功率vdmos物理结构与特性研究与建模

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1、摘要功率VDMOS是功率电力电子的主流产品之一。它具有高输入阻抗、高开关速度、宽安全工作区以及很好的热稳定性等特点，广泛地应用于开关电源、汽车电子、马达驱动、节能灯等各种领域。由于我国90％以上VDMOS产品需要进口，因此对VDMOS器件的物理特性及电学特性研究与建模有着重要实际意义。本文研究和建立了两个在VDMOS设计与应用中的关键模型。一个是VDMOS导通电阻模型，导通电阻是衡量VDMOS性能的重要指标。本文从VDMOS器件物理结构出发，利用半导体基本物理方程，提出了一种建立导通电阻模型的新方法。本文提出的导通电阻二维模型

2、与数值模拟结果以及试验数据的吻合度较好。该模型具有显示(ClosedForm)解析表达式，勿需迭代，物理意义明显，它可以准确分析导通电阻随各种结构参数变化的关系，这对于优化设计该类器件具有指导意义。另一个是VDMOS等效电路SPICE模型。本文详细分析了VDMOS的物理结构中各种寄生效应对VDMOS电学性能的影响，在此基础上建立了VDMOS等效电路模型，并利用MEDICI软件给出了提取VDMOS等效电路模型参数的方法与步骤。所建立的模型能够进行直流分析和瞬态分析，能够得到全电压范围内连续的I-V特性曲线，其中包括线性区、饱和区

3、和准饱和区，并实现了线性区与饱和区之间的平滑过渡。该等效电路模型能够应用于电力电子电路的CAD设计之中，满足工程应用的需要。此外，由于本文建立的模型基于器件物理结构，因此也可以用来对VDMOS器件进行结构优化设计。除以上两个模型以外，本文还补充分析了其他需要重点考虑的与VDMOS密切相关的参数与特性。关键词：VDMOS，导通电阻，SPICE，模型，MEDICIAbstractPowerVDMoSisawidelyusedpowersemiconductordeviceinswitched-modelpoWerconverter

4、s．amomotiveelectronics。motorcontrol。lamphallasts，andSOfomLbecauseitoffersbetterperformanceininputimpedance，switchingspeed,safetyoperatingareaandthermalstabilitythanbipolarpowertransistor．NowadaysMorethan90percentsofVDMoSproductsinchinaneedtobeimported．Themfom．itisve

5、ryimportanttostudyandmodelthephysicalandelectricalcheracteristicofVDMOS．Tw0keymodelsforVDMOSfordesignandapplicationaredevelopedbytheauthor．OneiSanewon-resistancemodelforVDMOSdevicas．Tbeon-resistancaisoneofthemostimportantdm∞cte—stiCSofpowerVDMOStransistors．Anewmetho

6、dofmodelisproposedbasedonphysicalstructureandpoissonequation．他modelwithaclearphysicalconceptandanalyticalclosedformexpressionsisingoodagreementwithsimniationandexperimentalresults．ItancomRsfortheorl—resistancevariationswithdifferentparameter．Inthispaper,optimaldesig

7、nprinciplesandphysicalparametersofVDMOSareobtainedbased011theon-resistanc宅model．TheotheriSanaccurateSPICEmodelforPOWerVDMOS．ThevariousparasiticdevicesinsidevDMOSareanaiysedanddiscussed．AnequivalentcircuitmodelforVDMoSisderivedbased011theparasiticdevices．111eapproach

8、andsystematicprocedureforparameterextractionalegiven．SimulmedresultsofthismodeIareinexcellentagreementwiththeresultsobtainedbyh也DICI．111is