【導讀】之前，我們在博客系列《快速開關和顛覆性的仿真生態(tài)系統(tǒng)》的第1部分介紹了安森美半導體獨一無二的寬禁帶生態(tài)系統(tǒng)及我們的物理可擴展模型。在這第2部分，我們將介紹我們的碳化硅功率MOSFET模型。
現(xiàn)在介紹該模型的幾個元素，如下所示。首先，我們討論關鍵通道區(qū)域。這里我們使用著名的伯克利BSIM 3v3模型。只要有可能，我們就盡力不做重復工作。在本例中，我們嘗試建模一個適合BSIM模型的MOSFET通道。該模型以物理為基礎，通過亞閾值、弱反和強反準確地捕捉轉(zhuǎn)換過程。此外，它具有很好的速度和收斂性，廣泛適用于多個仿真平臺。
圖1顯示典型的碳化硅MOSFET器件的橫截面。圖2展示我們精簡版本的子電路模型。
接下來，我們需要包含由EPI區(qū)域的多晶硅重疊形成的門極到漏極的臨界電容CGD。該電容器基本上是高度非線性金屬氧化物半導體(MOS)電容器。該電容的耗盡區(qū)域依賴于復雜的工藝參數(shù)，包括摻雜分布、p阱dpw之間的距離和外延層的厚度。基于物理的模型考慮到所有這些影響，采用SPICE不可知論的行為方法實現(xiàn)。稍后，我們將談談什么是SPICE不可知論方法。
從橫截面開始，我們將介紹芯片布局可擴展性的一些概念和構造，如圖3所示，灰色區(qū)域是有源區(qū)。藍色無源區(qū)與裸芯邊緣、門極焊盤(gate pad)和門極流道(gate runners)相關聯(lián)。基于物理幾何的導子決定了無源區(qū)和有源區(qū)之間的分布，這是實現(xiàn)可擴展性所必需的。我們非常關注在有源和無源區(qū)邊界區(qū)域形成的寄生電容。一旦您開始忽略布局中的寄生電容，什么時候停止？所有可忽略的電容最終加起來就成了一個問題。在這種情況下無法實現(xiàn)擴展。我們的理念是使寄生電容為0。
碳化硅MOSFET支持非常快的dV/dts，約每納秒50 V至100 V，而dI/dts則支持每納秒3 A至6 A。本征器件門極電阻很重要，可用來抗電磁干擾(EMI)。在圖3中右邊的設計有較少的門極流道，因此RG較高；很好地限制振鈴。圖3左邊的設計有許多門極流道，因此RG較低。左邊的設計適用于快速開關，但每個區(qū)域有更高的RDSon，因為門極流道吞噬了有源區(qū)。
我們在該系列博客的下一篇將談談碳化硅功率MOSFET模型驗證，請繼續(xù)關注。
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