200V SOI-LDMOS器件SPICE动态模型研究

摘要

绝缘体上硅横向双扩散MOS(SOI-LDMOS)器件由于其开关速度快、输入阻抗高、寄生参数小等优势，已经被广泛地应用在功率集成电路领域。SPICE器件模型是对器件电学特性的描述与预测，精确的器件模型可以大大缩短电路的开发周期。在实际的功率集成电路中，SOI-LDMOS器件总是工作在动态条件下，然而，目前业界并没有能够精确描述SOI-LDMOS器件动态特性的SPICE模型，因此，本文对SOI-LDMOS器件SPICE动态模型的研究意义重大。
　　本文首先介绍了200VSOI-LDMOS器件的结构及工艺流程，并详细分析了由非均匀沟道和漂移区导致的器件特殊的电容特性。在此基础上，将器件分成沟道区、栅氧漂移区和场氧漂移区三个部分，并对这三个部分分别进行建模。在沟道区建模时，建立了一种新的考虑非均匀沟道的沟道区动态模型，在栅氧漂移区建模时，建立了一种基于表面势近似的栅氧漂移区动态模型，而场氧漂移区部分则被简单地看作一个电阻模型。接着，按照电荷分配方案综合上述各区域模型得到最终的动态模型，并用Verilog_A模型描述语言对模型的表达式进行描述。最后，分别用Medici器件仿真数据、实际测试数据以及等离子平板显示(PDP)扫描驱动芯片输出级电路的测试数据对所建立的SPICE动态模型进行验证。
　　验证结果表明，本文所建立的200VSOI-LDMOS器件的动态模型的平均误差在10％以内，模型在电路中的收敛性较好，同时模型适用于不同尺寸的器件，有较好的可扩展性，达到了本文预期的指标。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 课题研究背景

1．1．1 功率集成电路的发展

1．1．2 SOI-LDMOS器件的发展概况

1．2 SPICE仿真器及SPICE器件模型概述

1．3 LDMOS器件SPICE动态模型的研究现状

1．3．1 Hisim_HV的动态模型

1．3．2 MOS Model 20 (MM20)的动态模型

1．3．3 其他LDMOS动态模型

1．4 本文的研究内容及结构

第二章 SOI-LDMOS器件的工作原理及器件特性

2．1 SOI-LDMOS的器件结构及工作原理

2．1．1 200V SOI-LDMOS的器件结构及工艺

2．1．2 SOI-LDMOS器件的工作原理

2．2 SOI-LDMOS器件的准饱和效应

2．3 SOI-LDMOS器件的自热效应

2．4 SOI-LDMOS器件的电容特性分析

2．4．1 横向非均匀沟道对电容特性的影响

2．4．2 漂移区对电容特性的影响

2．5 本章小结

第三章 基于表面势的SOI-LDMOS器件动态模型

3．1 SOI-LDMOS器件动态模型建模基础

3．1．1 沟道区直流模型

3．1．2 漂移区直流模型

3．2 基于电荷的电容模型

3．2．1 准静态假设

3．2．2 准静态假设下的端电流

3．2．3 MOS器件本征电容的定义

3．2．4 SOI-LDMOS器件动态模型的电荷分配方案

3．3 SOI-LDMOS器件横向非均匀沟道建模

3．4 SOI-LDMOS器件沟道区电荷模型

3．4．1 ψs与位置x的近似

3．4．2 QB(ch)模型

3．4．3 Qinv(ch)模型

3．4．4 QDi(ch)模型

3．5 SOI-LDMOS器件漂移区电荷模型

3．6 本章小结

第四章 SOI-LDMOS器件动态模型的实现与验证

4．1 SOI-LDMOS器件动态模型的实现

4．1．1 Verilog-A模型描述语言

4．1．2 模型公式的实现

4．1．3 模型收敛性改善

4．2 SOI-LDMOS器件动态模型验证

4．2．1 模型参数提取

4．2．2 Medici器件仿真数据验证

4．2．3 实际测试数据验证

4．3 SOI-LDMOS器件模型在实际电路中的应用

4．4 本章小结

第五章 总结与展望

5．1 总结

5．2 展望

致谢

参考文献

硕士期间取得的成果