[发明专利]一种垂直型场效应晶体管直流特性和电容特性仿真方法

说明书

技术领域

本发明涉及高压功率半导体器件的仿真领域，具体来说，本发明提供一种垂直型场效应晶体管直流特性和电容特性仿真方法。

背景技术

随着电子电力技术的不断发展，功率半导体器件作为电子电力系统中能量控制和转化的基本电子元器件，得到越来越广泛的应用。垂直双扩散金属氧化物场效应晶体管(VDMOS)是新一代的电力电子开关器件。由于具有独特的高输入阻抗、高开关速度、宽安全工作区、低驱动功率、优越的频率特性、很好的热稳定性及低噪声等优点，垂直双扩散金属氧化物场效应晶体管成为当前半导体分立器件中的高端产品，其应用范围广，市场需求大，发展前景好。目前，垂直双扩散金属氧化物场效应晶体管主要应用于电机调速、逆变器、电子开关及汽车电器等领域。由于我国90％以上垂直双扩散金属氧化物场效应晶体管产品需要进口，因此对垂直双扩散金属氧化物场效应晶体管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。

集成电路用器件模型是连接实际器件和电路仿真的桥梁。集成电路用器件的SPICE模型建立在基本元器件（如晶体管、垂直型场效应管、电阻、电容等）的工作机理和物理细节之上，可以用于SPICE仿真器，精确的在电路级、器件级仿真系统仿真器件的静态和动态工作特性，验证系统的逻辑功能，进行系统级的信号完整性分析。因此，SPICE模型在集成电路设计中得到了广泛的应用。

针对垂直双扩散金属氧化物场效应晶体管器件的SPICE模型，Sanchez等初步建立了一种包含准饱和效应的模型，但该模型没有考虑积累区电阻寄生结型场效应晶体管的沟道夹断对于器件特性的影响，Victory等建立了一种基于表面势的垂直双扩散金属氧化物场效应晶体管模型，但该模型仅考虑了寄生结型场效应晶体管沟道未夹断的情况，且对漂移区电阻的计算并不精确，Chauhan等将垂直双扩散金属氧化物场效应晶体管器件看成一个普通的N沟道金属氧化物半导体串联一个受栅压控制的电阻，该电阻仅仅由一个没有物理意义的经验公式给出，因此，该模型无法精确准确描述外界电压的变化对垂直双扩散金属氧化物场效应晶体管器件内部特性造成的改变，鉴于已有垂直双扩散金属氧化物场效应晶体管模型精确性差等问题，至今为止，没有一个标准的SPICE模型可以描述垂直双扩散金属氧化物场效应晶体管器件的特性。

本发明在经典的BSIM3V3模型的基础上，建立一套新的描述垂直双扩散金属氧化物场效应晶体管器件电学特性的SPICE模型，为了精确描述垂直双扩散金属氧化物场效应晶体管器件的电学特性，将垂直双扩散金属氧化物场效应晶体管器件视为普通N沟道金属氧化物半导体与漂移区电阻的串联。

发明内容

技术问题：本发明提供一种垂直型场效应晶体管直流特性和电容特性仿真方法，该方法简单有效，其中直流特性模型能够体现垂直型场效应晶体管的准饱和效应，电容模型弥补了垂直型场效应晶体管电容模型的空白。

技术方案：为了解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：

步骤10）获取能够被MBP识别的直流特性测试数据文件，MBP是一种侧重于硅器件的器件建模软件，

步骤101）在PCII6515芯片上找到垂直型场效应晶体管相对应的引脚，其中标记为1的是垂直型场效应晶体管的源端，标记为2的是垂直型场效应晶体管的栅端，标记为8的是垂直型场效应晶体管的漏极，将垂直型场效应晶体管放入半导体参数测试仪B1505A的芯片插槽，并将垂直型场效应晶体管的栅极G接半导体参数测试仪B1505A的HPSMU端口、源极S和衬底B接半导体参数测试仪B1505A的GNDU端口，漏极D接半导体参数测试仪B1505A的HCSMU端口，

步骤102）打开半导体参数测试仪B1505A上的EasyExpert测试软件，对垂直型场效应晶体管进行测试，获得一组测试温度为25℃的输出特性数据，对垂直型场效应晶体管进行测试的具体方法如下：

利用半导体参数测试仪B1505A对栅极G施加不同的正栅压，正栅压分别为4.1V、5V、6V、13V，然后分别在每一个对应的栅压下，利用半导体参数测试仪B1505A的HCSMU端口对器件的漏极D进行正电压扫描，扫描电压范围是从0V-20V，间隔步长为1V，每扫一点即记录漏极电流大小，最后得到一组垂直型场效应晶体管器件的输出特性数据，

步骤103）将测试温度为25℃的输出特性数据组成能够被MBP识别的直流特性测试数据文件，

步骤20）根据垂直型场效应晶体管漂移区的特性建立漂移区电阻模型，所述漂移区电阻为：