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