基于Chebyshev理論的高壓LDMOS器件SPICE宏模型.pdf

1、隨著功率集成電路飛速發(fā)展和廣泛應(yīng)用，功率半導(dǎo)體器件也取得了飛快的進(jìn)步，其市場應(yīng)用也逐步擴(kuò)大。高壓體硅LDMOS作為功率DMOS器件的一種橫向高壓器件非常適合應(yīng)用于功率集成電路，這是因?yàn)椋阂环矫鍸DMOS具有很高的擊穿電壓和良好的導(dǎo)通特性；另一方面，其柵、源和漏電極都在表面引出，從而非常容易和標(biāo)準(zhǔn)CMOS工藝相兼容，生產(chǎn)成本低。因此，近年來體硅LDMOS得到廣泛的關(guān)注和研究。 器件模型是電路仿真中不可缺少的重要元素，電路仿真結(jié)果能

2、否正確的反映高壓集成電路的電學(xué)特性，很大程度上依賴于所選取的器件模型的準(zhǔn)確程度。由于高壓LDMOS結(jié)構(gòu)的多樣性和復(fù)雜性，目前用于電路仿真的高壓器件模型相當(dāng)有限。因此建立能夠用于SPICE仿真的高壓器件模型成為亟待解決的問題。 傳統(tǒng)的高壓器件SPICE模型是基于等效電路模型建立的，模型的準(zhǔn)確與否很大程度上依賴于等效電路的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，同時(shí)由于構(gòu)造等效電路的標(biāo)準(zhǔn)元器件不能準(zhǔn)確反映高壓器件的特殊性，仿真的結(jié)果很難滿足功率集成電路 CAD

3、設(shè)計(jì)的需要。本文在深入分析高壓LDMOS器件工作原理的基礎(chǔ)上，圍繞高壓LDMOS器件SPICE宏模型的建立展開研究。 首先，從器件的靜態(tài)特性出發(fā)，依據(jù)器件在滿足一定的擊穿電壓的前提下，具有較低的導(dǎo)通電阻的要求，利用MEDICI數(shù)值模擬軟件，并結(jié)合半導(dǎo)體理論，優(yōu)化和設(shè)定了LDMOS器件的各個(gè)結(jié)構(gòu)參數(shù)。其次，從器件的動(dòng)態(tài)特性出發(fā)，深入分析了器件的物理工作機(jī)理，建立了高壓LDMOS器件的柵源和柵漏寄生電容的物理模型，為器件的大信號(hào)、瞬

4、態(tài)分析提供了依據(jù)。再次，在上述分析的基礎(chǔ)之上，首次將切比雪夫多項(xiàng)式逼近的方法用于建立器件I-V和C-V特性的數(shù)學(xué)模型，利用數(shù)學(xué)工具M(jìn)ATLAB計(jì)算最優(yōu)系數(shù)，從而把器件的電學(xué)行為轉(zhuǎn)化為利用數(shù)學(xué)方程式表達(dá)的形式。最后，針對(duì)本文中的LDMOS器件的結(jié)構(gòu)提出了新的子電路宏模型，將描述等效電路中的I-V和C-V特性的數(shù)學(xué)方程式嵌入SPICE模擬器中，解決了模型和SPICE之間的兼容問題。通過驗(yàn)證建立的數(shù)學(xué)模型、SPICE宏模型與MEDICI模擬之