碳化硅基VDMOS器件SPICE模型研究.pdf

1、碳化硅半導(dǎo)體材料具有寬禁帶、高飽和速度、高臨界擊穿電場及高熱導(dǎo)率等優(yōu)勢，近年來，基于碳化硅襯底的縱向雙注入金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管(VDMOS)得到廣泛的關(guān)注和應(yīng)用。SPICE模型是器件工藝與電路系統(tǒng)設(shè)計之間的橋梁，精確的碳化硅基VDMOS器件SPICE模型對于高性能功率系統(tǒng)的設(shè)計至關(guān)重要。然而，目前還沒有能夠?qū)μ蓟杌鵙DMOS器件電學(xué)特性作出精確描述的SPICE模型。因此，針對碳化硅基VDMOS器件的SPICE模型研究具有重要意

2、義。
　　本文系統(tǒng)建立了用于電路系統(tǒng)仿真的碳化硅基VDMOS器件模型。首先介紹了碳化硅基VDMOS器件的基本結(jié)構(gòu)及工作原理，并重點分析了器件結(jié)構(gòu)和高密度界面態(tài)對器件電學(xué)特性的影響。其次，對于器件直流特性部分，針對溝道區(qū)提出了基于表面勢的電流模型，并給出了一種表面勢計算方法，而且將漂移區(qū)劃分為積累區(qū)、JFET區(qū)、N-外延區(qū)及N+襯底區(qū)，分區(qū)域推導(dǎo)建立其電流模型，考慮到二級物理效應(yīng)及界面態(tài)電荷對器件的影響，還提出了閾值電壓偏移模型、遷

3、移率模型、速度飽和模型及自熱模型;對于器件交流特性部分，根據(jù)載流子的運動路徑對器件內(nèi)部電荷進行了劃分，進而在直流模型的基礎(chǔ)上，建立了碳化硅基VDMOS器件的端電荷模型。最后，通過Verilog-A語言實現(xiàn)了碳化硅基VDMOS器件模型，并使用實際測試數(shù)據(jù)對模型進行了全面驗證。
　　本文所建立的碳化硅基VDMOS器件直流模型和交流模型均方根誤差(RMS)分別在5％和10％以內(nèi)，較為準確地描述了器件的直流和交流特性，模型精度和收斂性均達