屏蔽栅沟槽功率MOSFET仿真及SPICE模型研究

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与传统VDMOS、沟槽MOS器件不同,功率器件屏蔽栅沟槽(SGT)MOSFET在沟槽中栅极的下方加入了多晶硅屏蔽栅极,并且与源极的电位相同,在垂直耗尽层的基础上又引入了水平方向的耗尽层,能获得近似梯形的电场分布,因此在通过掺杂保证器件导通电阻较小的同时,又能获得更优异的击穿特性;屏蔽栅极同时有利于降低器件的米勒电容,提高器件的开关性能。因此,SGT-MOSFET在中低压领域具有明显的竞争力,广泛应用于如电源管理(Power Management)、电机驱动、DC/DC和AC/DC分系统电流切换、负载切换(Load Switching)、快速/无线充电(Quick/Wireless Charging)等多个领域。器件模型作为工艺与仿真设计的桥梁,SGT-MOSFET器件建模在国内还没有一套成熟的流程与方法,建立起适用于该器件的模型以及建模方法流程显得尤为重要。本文首先利用TCAD仿真工具进行SGT-MOSFET器件结构及特性仿真并分析工作特性机理然后获得仿真数据,得到了一个关态击穿电压为85伏特,导通电阻(VGS=7V)为9mΩ的器件,由于HSPICE仿真器和PSPICE仿真器中对于温度补偿模型和电容模型建模的不同方法策略,分别基于这两个常用的仿真器进行了SGT-MOSFET的SPICE MODEL建模,建立了一个准确且适用电压范围广的宏模型,并且基于HSPICE仿真器提出了一种功率器件漏源电容子电路模型的建模方法。此模型主要由CORE-MOSFET、二极管、电容、电阻组成,能够准确的模拟SGT-MOSFET的直流、交流特性,并且此宏模型都是由简单的器件组成,对于各种EDA仿真软件的适用性较好。本文建立的SGT-MOSFET模型,仿真速度快且准确同时具有灵活性,模型已经过几十伏特到一百五十伏特耐压范围SGT-MOSFET器件的数十组实际测试数据的验证,模型仿真结果与实测数据间均方根误差(RMS)均在5%以内,满足产业界的要求,同时建立了一套完整的SGT-MOSFET器件建模流程,包括数据处理、模型建立、提参建模、结果验证的整套建模方法,完成了论文的预期目标。
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