高压MOSFET与IGBT SPICE模型

与竞争对手的模型不同，Fairchild的超级结MOSFET和IGBT SPICE模型基于一个物理可扩展模型，适用于整个技术平台，而非针对每个器件尺寸和型号分别建模的独立分立式模型库。模型直接跟踪布局和制程技术参数（图1）。可扩展参数允许采用CAD电路设计工具进行设计优化。对于给定应用，最佳设备无法在固定的、分立式设备尺寸或额定值数据库中找到。因此，设计人员常常束手束脚，不得已地采用次优器件。图2显示了一个模型跟踪超级结MOSFETS的挑战性缩放CRSS特性并在IGBT中传递特性的能力。

以前，SPICE级的功率MOSFET模型是以简单分立式子电路或性能模型为基础的。简单的子电路模型常常过于简单，不足以捕获所有器件性能，如IV（电流与电压）、 CV（电容与电压）、瞬态和热性能，且不包含任何器件结构关系和制程参数。电热性能模型改进了精度，但是，模型与物理设备结构和制程参数之间的关系仍不够明确。而且，众所周知，这种性能模型存在速度和聚合问题。这点非常关键，设计人员不希望模型在仿真中不能立即收敛或直接发生故障，仅仅是因为某些数字性溢出故障。

图1：超级结MOSFET (a)和IGBT (b)横截面，模型中包含嵌入式样品制程参数

图2：可从一个物理模型扩展(a) SuperFET C_RSS(b) IGBT I_C与V_GE

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Fairchild的新型HV SPICE模型不仅仅是匹配数据表。我们执行了广泛的设备和电路级别的特性分析来确保模型精度。例如，采用行业标准双脉冲测试电路来验证模型的精度，如图所示。通过实际电路工作条件下的设备操作来验证模型的电热精度（图4），而非仅仅提供数据表冷却曲线图。完整的电热仿真性能带电热启用符号（图5）允许系统级的电热优化。

图3：SuperFET双脉冲检验(a)简化原理图(b)导通(c)关断

图4：电热检验： I_D与脉冲宽度

图5：电热IGBT符号

现在，新开发的物理可扩展SPICE模型集成了工艺技术，位于设计流程的最前沿。凭借SPICE模型，设计人员可先模拟产品性能再进行器件制造，这样就能缩短设计和制造周期，进而降低成本并加快产品上市时间。SPICE模型可配合新HV技术开发使用，以便制作虚拟产品原型。在成熟技术中，设计人员可对虚拟器件尺寸进行扩展以优化新开发的SPICE模型。

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