宽禁带生态系统的碳化硅功率MOSFET模型

作者：James Victory

现在介绍该模型的几个元素，如下所示。首先，我们讨论关键通道区域。这里我们使用著名的伯克利BSIM 3v3模型。只要有可能，我们就尽力不做重复工作。在本例中，我们尝试建模一个适合BSIM模型的MOSFET通道。该模型以物理为基础，通过亚阈值、弱反和强反准确地捕捉转换过程。此外，它具有很好的速度和收敛性，广泛适用于多个仿真平台。

图1显示典型的碳化硅MOSFET器件的横截面。图2展示我们精简版本的子电路模型。

接下来，我们需要包含由EPI区域的多晶硅重叠形成的门极到漏极的临界电容CGD。该电容器基本上是高度非线性金属氧化物半导体（MOS）电容器。该电容的耗尽区域依赖于复杂的工艺参数，包括掺杂分布、p阱dpw之间的距离和外延层的厚度。基于物理的模型考虑到所有这些影响，采用SPICE不可知论的行为方法实现。稍后，我们将谈谈什么是SPICE不可知论方法。

从横截面开始，我们将介绍芯片布局可扩展性的一些概念和构造，如图3所示，灰色区域是有源区。蓝色无源区与裸芯边缘、门极焊盘（gate pad）和门极流道（gate runners）相关联。基于物理几何的导子决定了无源区和有源区之间的分布，这是实现可扩展性所必需的。我们非常关注在有源和无源区边界区域形成的寄生电容。一旦您开始忽略布局中的寄生电容，什么时候停止？所有可忽略的电容最终加起来就成了一个问题。在这种情况下无法实现扩展。我们的理念是使寄生电容为0。

碳化硅MOSFET支持非常快的dV/dts，约每纳秒50 V至100 V，而dI/dts则支持每纳秒3 A至6 A。本征器件门极电阻很重要，可用来抗电磁干扰（EMI）。在图3中右边的设计有较少的门极流道，因此RG较高；很好地限制振铃。图3左边的设计有许多门极流道，因此RG较低。左边的设计适用于快速开关，但每个区域有更高的RDSon，因为门极流道吞噬了有源区。