一種垂直型場效應晶體管直流特性和電容特性仿真方法
【專利摘要】本發明公開了一種垂直型場效應晶體管直流特性和電容特性仿真方法，包括以下步驟：步驟10)獲取直流特性測試數據文件；步驟20）根據漂移區特性建立漂移區電阻；步驟30）建立垂直型場效應晶體管直流特性模型；步驟40）電容CiSS、CrSS測試，并通過計算得到CGS、CGD與漏極電壓相對應的電容值，獲取CGS、CGD的測試數據文件，步驟50）建立垂直型場效應晶體管電容CGD模型；步驟60）建立垂直型場效應晶體管電容CGS模型，本發明中垂直型場效應晶體管的直流特性模型可以解決BSIM3V3模型本身不具備垂直型場效應晶體管所具有的準飽和特性的問題，并且彌補了垂直型場效應晶體管電容模型的空白。
【專利說明】一種垂直型場效應晶體管直流特性和電容特性仿真方法【技術領域】
[0001]本發明涉及高壓功率半導體器件的仿真領域，具體來說，本發明提供一種垂直型場效應晶體管直流特性和電容特性仿真方法。
【背景技術】
[0002]隨著電子電力技術的不斷發展，功率半導體器件作為電子電力系統中能量控制和轉化的基本電子元器件，得到越來越廣泛的應用。垂直雙擴散金屬氧化物場效應晶體管(VDMOS)是新一代的電力電子開關器件。由于具有獨特的高輸入阻抗、高開關速度、寬安全工作區、低驅動功率、優越的頻率特性、很好的熱穩定性及低噪聲等優點，垂直雙擴散金屬氧化物場效應晶體管成為當前半導體分立器件中的高端產品，其應用范圍廣，市場需求大，發展前景好。目前，垂直雙擴散金屬氧化物場效應晶體管主要應用于電機調速、逆變器、電子開關及汽車電器等領域。由于我國90%以上垂直雙擴散金屬氧化物場效應晶體管產品需要進口，因此對垂直雙擴散金屬氧化物場效應晶體管器件的物理特性及電學特性研究與建模有著重要實際意義。
[0003]集成電路用器件模型是連接實際器件和電路仿真的橋梁。集成電路用器件的SPICE模型建立在基本元器件(如晶體管、垂直型場效應管、電阻、電容等)的工作機理和物理細節之上，可以用于SPICE仿真器，精確的在電路級、器件級仿真系統仿真器件的靜態和動態工作特性，驗證系統的邏輯功能，進行系統級的信號完整性分析。因此，SPICE模型在集成電路設計中得到了廣泛的應用。
[0004]針對垂直雙擴散金屬氧化物場效應晶體管器件的SPICE模型，Sanchez等初步建立了一種包含準飽和效應的模型，但該模型沒有考慮積累區電阻寄生結型場效應晶體管的溝道夾斷對于器件特性的影響，Victory等建立了一種基于表面勢的垂直雙擴散金屬氧化物場效應晶體管模型，但該模型僅考慮了寄生結型場效應晶體管溝道未夾斷的情況，且對漂移區電阻的計算并不精確，Chauhan等將垂直雙擴散金屬氧化物場效應晶體管器件看成一個普通的N溝道金屬氧化物半導體串聯一個受柵壓控制的電阻，該電阻僅僅由一個沒有物理意義的經驗公式給出，因此，該模型無法精確準確描述外界電壓的變化對垂直雙擴散金屬氧化物場效應晶體管器件內部特性造成的改變，鑒于已有垂直雙擴散金屬氧化物場效應晶體管模型精確性差等問題，至今為止，沒有一個標準的SPICE模型可以描述垂直雙擴散金屬氧化物場效應晶體管器件的特性。
[0005]本發明在經典的BSM3V3模型的基礎上，建立一套新的描述垂直雙擴散金屬氧化物場效應晶體管器件電學特性的SPICE模型，為了精確描述垂直雙擴散金屬氧化物場效應晶體管器件的電學特性，將垂直雙擴散金屬氧化物場效應晶體管器件視為普通N溝道金屬氧化物半導體與漂移區電阻的串聯。
【發明內容】
[0006]技術問題:本發明提供一種垂直型場效應晶體管直流特性和電容特性仿真方法，該方法簡單有效，其中直流特性模型能夠體現垂直型場效應晶體管的準飽和效應，電容模型彌補了垂直型場效應晶體管電容模型的空白。
[0007]技術方案:為了解決上述技術問題，本發明采用如下技術方案:
[0008]步驟10)獲取能夠被MBP識別的直流特性測試數據文件，MBP是一種側重于硅器件的器件建模軟件，
[0009]步驟101)在PCII6515芯片上找到垂直型場效應晶體管相對應的引腳，其中標記為I的是垂直型場效應晶體管的源端，標記為2的是垂直型場效應晶體管的柵端，標記為8的是垂直型場效應晶體管的漏極，將垂直型場效應晶體管放入半導體參數測試儀B1505A的芯片插槽，并將垂直型場效應晶體管的柵極G接半導體參數測試儀B1505A的HPSMU端口、源極S和襯底B接半導體參數測試儀B1505A的GNDU端口，漏極D接半導體參數測試儀B1505A 的 HCSMU 端 口，
[0010]步驟102)打開半導體參數測試儀B1505A上的EasyExpert測試軟件,對垂直型場效應晶體管進行測試，獲得一組測試溫度為25°C的輸出特性數據，對垂直型場效應晶體管進行測試的具體方法如下:
[0011]利用半導體參數測試儀B1505A對柵極G施加不同的正柵壓，正柵壓分別為4.1V、5V、6V、13V，然后分別在每一個對應的柵壓下，利用半導體參數測試儀B1505A的HCSMU端口對器件的漏極D進行正電壓掃描，掃描電壓范圍是從0V-20V，間隔步長為IV，每掃一點即記錄漏極電流大小，最后得到一組垂直型場效應晶體管器件的輸出特性數據，
[0012]步驟103)將測試溫度為25°C的輸出特性數據組成能夠被MBP識別的直流特性測試數據文件，
[0013]步驟20)根據垂直型場效應晶體管漂移區的特性建立漂移區電阻模型，所述漂移區電阻為:
【權利要求】
1.一種垂直型場效應晶體管直流特性和電容特性仿真方法，其特征在于，該方法包括以下步驟: 步驟10)獲取能夠被建模軟件MBP識別的直流特性測試數據文件，MBP是一種側重于娃器件的器件建模軟件， 步驟101)將垂直型場效應晶體管放入半導體參數測試儀B1505A的芯片插槽，并將垂直型場效應晶體管的柵極G接半導體參數測試儀B1505A的HPSMU端口、源極S和襯底B接半導體參數測試儀B1505A的GNDU端口，漏極D接半導體參數測試儀B1505A的HCSMU端口，步驟102)打開半導體參數測試儀B1505A上的EasyExpert測試軟件，對垂直型場效應晶體管進行測試，獲得一組測試溫度為25°C的輸出特性數據，對垂直型場效應晶體管進行測試的具體方法如下: 利用半導體參數測試儀B1505A對柵極G施加不同的正柵壓，正柵壓分別為4.1V、5V、6V、13V，然后分別在每一個對應的柵壓下，利用半導體參數測試儀B1505A的HCSMU端口對器件的漏極D進行正電壓掃描，掃描電壓范圍是從0V-20V，間隔步長為IV，每掃一點即記錄漏極電流大小，最后得到一組垂直型場效應晶體管器件的輸出特性數據， 步驟103)將測試溫度為25°C的輸出特性數據組成能夠被MBP識別的直流特性測試數據文件， 步驟20)根據垂直型場效應晶體管漂移區的特性建立漂移區電阻模型，所述漂移區電阻為:
【文檔編號】G06F17/50GK103838939SQ201410126962
【公開日】2014年6月4日 申請日期:2014年3月31日 優先權日:2014年3月31日
【發明者】孫偉鋒, 葉偉, 葉然, 馬榮晶, 周雷雷, 陸生禮, 時龍興 申請人:東南大學