700V外延LDMOS模型的建立与参数提取

700V外延LDMOS模型的建立与参数提取

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1、700V外延LDMOS模型的建立与参数提取摘要:本文借助二维数值模拟软件MEDICI对700V外延型LDMOS特性进行分析,对其电流饱和机理做了研究,在此基础上采用宏模型的建模方法,给出LDMOS的等效电路模型。并用参数提取软件Aurora,提取了相应得参数。在Cadence下仿真取得了较好的效果。关键词:LDMOS,饱和栅压,等效电路模型BuildingmodelandExtractingparametersofa700VextensionLDMOSDeviceAbstract:Analyse

2、saremadeonthe700VextensionLDMOSDevicebyusingtwo-dimensionalnumericalsimulatorMEDICIandinvestingitssaturationmechanismsofcurrent.Basingonthesefacts,weuseasub-circuitmodelbytheconceptofmacromodel.Andweextractparametersofitbyusingparameterextractionsoft

3、wareAurora.GoodresultsareobtainedwhenitissimulatedinCadence.Keywords:LDMOS,Saturationvoltageofgate,sub-circuitmodel51引言高压集成电路目前已被广泛应用于开关电源[1]、电机驱动、工业控制、汽车电子、日常照明、家用电器等领域。高压集成电路一般由高压和低压器件组成。高压器件中最为关键的设计就是LDMOS的设计。为了能将设计出的LDMOS管用于电路的仿真,建立一个准确的LDMOS的模型就

4、变得尤为关键。本文研究的LDMOS的结构,如图1。其耐压能力可达到近750V。图1LDMOS结构           图2LDMOS输出特性2LDMOS的特性分析从输出特性的曲线(图2)上可以看出当栅压上升到一定值时,输出电流Id会出现饱和现象。假设此时的栅压为准饱和栅压Vgsat。则当VgsVgsat时Vg增大Id基本不变。我们就这两种不同的工作状态,对LDMOS的工作原理进行分析。2.1低栅压下的工作情况(Vgs

5、沟道电子的速度饱和引起[2]。这是由于:(1)沟道很短,且由两次扩散形成,沟道中载流子浓度分布不均匀,在沟道发生夹断之前,沟道内载流子浓度最低处的电场强度就已经达到饱和,使得载流子速度发生了饱和。(2)沟道载流子浓度低,较低的漏压就能使沟道发生速度饱和,此时的漏压尚不能使漂移区达到速度饱和。5一旦沟道内电子达到速度饱和后,继续增大漏压,并不能改变电流的大小。且漂移区中会有“包”出现(见图3)。图中实线代表电流线,虚线为耗尽层边界。图3Vgs=6VVds=75V时的电流流向    图4Vgs=6v

6、时,不同漏压下的                      “包”出现区域电势分布通过观察我们发现,“包”是由于栅以及覆盖于器件表面的场板,与其下方的漂移区之间存在MOS电容的关系而产生的。随漏压上升,漂移区表面的电势上升。在纵向电场的作用下,栅及场板下放的漂移区中载流子将发生耗尽,这导致电流导通区域变窄了。从电学特性上分析,“包”的出现使得大部分增加的压降,落在“包”出现的区域内(见图4),漂移区后半部分的压降基本不变。且此时的输出电流已达到饱和(由沟道饱和电流决定),所以“包”的变化并不影响

7、电流大小。随漏压升高耗尽更为显著,“包”会增大。相反随栅压上升表面耗尽减弱,“包”会缩小。“包”的边界与外延层同衬底间所形成的PN结的耗尽层边界相夹,决定了电流的导通区域。“包”的大小变化改变了电流的导通区域的截面积,使得LDMOS的漂移区电阻发生变化。这种由栅、漏压控制电流导通区域的情况类似JFET的效应,可用一个JFET器件来表示。2.2高栅压下的工作情况(Vgs>Vgsat)高栅压下的电流饱和是由漂移区中载流子速度饱和引起的。这是由于:在漏压逐渐升高的情况下,漏下方的耗尽层将逐渐展宽,使得

8、电流的导通区域变窄,漂移区的电阻值上升。当漏压增大到足够大时,且满足此时沟道区并未发生夹断或速度饱和的情况,载流子积累在N+漏附近,会形成类似pn结的空间电荷区,产生较大的电场。当电场值达到饱和速度电场临界值,便会引起速度饱和的发生。高栅压下“包”将不会再出现(见图5)。从硅表面电势变化图(图6)来看,电流饱和之后,电势线后半部分发生弯曲,表明了饱和后增加的电压大部分降落在了漂移区末端。这一现象不难看出,漏收集端存在一等价的有源负载,它的阻值受漏压控制,我们可以将它的物理意义等效成一个结构寄生J

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