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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 CRSS(b) IGBT IC与VGE
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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: ID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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