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)展和廣泛應用，功率半導體器件也取得了飛快的進步，其市場應用也逐步擴大。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用于功率集成電路，這是因為：一方面LDMOS具有很高的擊穿電壓和良好的導通特性；另一方面，其柵、源和漏電極都在表面引出，從而非常容易和標準CMOS工藝相兼容，生產成本低。因此，近年來體硅LDMOS得到廣泛的關注和研究。 器件模型是電路仿真中不可缺少的重要元素，電路仿真結果能

2、否正確的反映高壓集成電路的電學特性，很大程度上依賴于所選取的器件模型的準確程度。由于高壓LDMOS結構的多樣性和復雜性，目前用于電路仿真的高壓器件模型相當有限。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，模型的準確與否很大程度上依賴于等效電路的拓撲結構，同時由于構造等效電路的標準元器件不能準確反映高壓器件的特殊性，仿真的結果很難滿足功率集成電路 CAD

3、設計的需要。本文在深入分析高壓LDMOS器件工作原理的基礎上，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)，依據器件在滿足一定的擊穿電壓的前提下，具有較低的導通電阻的要求，利用MEDICI數值模擬軟件，并結合半導體理論，優(yōu)化和設定了LDMOS器件的各個結構參數。其次，從器件的動態(tài)特性出發(fā)，深入分析了器件的物理工作機理，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、瞬

4、態(tài)分析提供了依據。再次，在上述分析的基礎之上，首次將切比雪夫多項式逼近的方法用于建立器件I-V和C-V特性的數學模型，利用數學工具MATLAB計算最優(yōu)系數，從而把器件的電學行為轉化為利用數學方程式表達的形式。最后，針對本文中的LDMOS器件的結構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特性的數學方程式嵌入SPICE模擬器中，解決了模型和SPICE之間的兼容問題。通過驗證建立的數學模型、SPICE宏模型與MEDICI模擬之