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《功率mos器件单粒子栅穿效应的pspice模拟》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在教育资源-天天文库。
1、第34卷第2期原子能科学技术Vol.34,No.22000年3月AtomicEnergyScienceandTechnologyMar.2000功率MOS器件单粒子栅穿效应的PSPICE模拟唐本奇,王燕萍,耿 斌,陈晓华(西北核技术研究所,陕西西安 710024)摘要:建立了功率MOS器件单粒子栅穿效应的等效电路模型和相应的模型参数提取方法,对VDMOS器件的单粒子栅穿效应的机理进行了模拟和分析,模拟结果与文献中的实验数据相符合,表明所建立的器件模型和模拟方法是可靠的。关键词:功率MOS器件;单粒子栅穿;PSPI
2、CE电路模拟中图分类号:TL99文献标识码:A文章编号:100026931(2000)022016120580年代末至90年代初,功率MOS器件的单粒子烧毁SEB(SingleEventBurnout)一直是空间核辐射效应研究的热点之一,随着设计的改进和新材料的应用,器件抗SEB的性能逐步提高,由空间核辐射粒子引起的器件表面失效———单粒子栅穿SEGR(SingleEventGateRup2ture)效应日渐凸现出来,成为目前国外单粒子效应研究中极为活跃的领域。单粒子栅穿效应的理论分析存在器件模拟和等效电路模拟两
3、种方法,国外多采用大型器件模拟软件包开展SEGR的效应分析,本工作建立功率MOS器件SEGR效应的等效电路模型和相应的模型参数提取方法,通过PSPICE程序的电路模拟,分析VDMOS器件SEGR效应的变化规律。1 功率MOS器件SEGR效应等效电路模型的建立纵向DMOS晶体管的器件结构示于图1,其源、漏极不在同一平面,电流在体内垂直流动,具有较高的耐压能力。本工作建立的功率MOS器件SEGR效应的等效电路模型示于图2,将VDMOSFET等效[1]为一个由横向MOSFET驱动的纵向JFET器件,横向MOSFET反映
4、器件的快速开关特性,-+纵向JFET模拟器件的高压大电流特性,用一个体二极管Dbody并联一个Vbreak来反映pnn结的单向特性和功率特性,器件的电容效应由栅2源电容C21、栅电极与沟道之间的氧化层电容C23和积累层电容C24来共同模拟,电感Ls表示功率MOSFET的源、漏极的寄生电感,控制电路E41、D1、Vpinch和控制电流源IDSCHRG使JEFT的栅2源电压箝位于阈值电压Vpinch,从而使器收稿日期:1999201212;修回日期:1999205215作者简介:唐本奇(1966—),男,湖南常德人,
5、副研究员,博士,半导体器件与微电子学专业162原子能科学技术 第34卷件的输出特性在达到饱和时保持恒定。图1 纵向DMOS器件基本结构图图2 功率MOS器件SEGR效应的等效电路模型Fig.1SchematicdiagramFig.2TheSEGRequivalentcircuitofaverticalDMOStransistorofpowerMOSFET--入射离子穿透栅极,在n漂移区中产生电子2空穴对,对于n沟道器件,栅极接地,漏极正偏,在漂移区电场的作用下,电子沿入射离子径迹向漏极移动,空穴向栅极漂移,由
6、电荷收集效应形成了导电流,引起漏极与Si/SiO2界面局部短路,导致很大一部分漏压加在栅氧化层上,氧化层电场瞬时增大。如果该电场瞬时增量足够大,持续时间足够长,将引起入射径迹附近的氧化层介质击穿,储存在MOS电容里的很大部分电荷被放电,使得该处温度升高,氧化层介质局部烧毁,栅2衬底短路。由于在PSPICE库模型中没有栅穿模型,为此,增加了一个电阻RS和一个电容CIS,分别表示体电阻和栅电容,采用两个开关和一个电压控制源来模拟栅穿及效应发生后栅压的变化情况,两个压控开关S1、S2受电容两端电压的控制,当电容两端的电
7、场达到临界击穿电场Ecr时,控制开关S1、S2导通,此时MOS1的栅漏极短路,栅压与电压控制源(受VDS控制)两端的电压相等。要给出入射离子在外延层中产生的瞬发电流脉冲的一般表达式,不仅要考虑入射粒子与物质的相互作用,还必须计及等离子体浓度梯度和所加电场的影响和变化。对于较重的重离子,它在入射过程中产生的等离子体密度很高,在初始的一段时间内,若仅考虑扩散作用,可以得到:22neph=n0exp-r/r0(1)其中,121n0=10·LET·2πr0-4r0=4×10D·t第2期 唐本奇等:功率MOS器件单粒子栅
8、穿效应的PSPICE模拟163KTun+upD=·q2 经过一段时间的扩散后,等离子体内部的浓度逐渐降低,此时,若仅考虑漂移电场的影响,[2]可以得到:I(t)=I0sec<[exp(-α·t)-exp(-β·t)](2)其中,I0为粒子入射产生的峰值电流,α为与pn结有关的时间常数,β为建立粒子径迹所需的时间常数,<为粒子入射角。2 模型的参数提取为确定横向MOSFE
