[发明专利]一种SiC IGBT器件行为模型建立方法

说明书

本发明提供一种SiC IGBT器件行为模型建立方法，模拟给定栅射极电压任意集射极电压下的集电极电流值，定集射极电压任意栅射极电压下的集电极电流值，以及任意集射极电压和任意栅射极电压下的集电极电流值，和任意集射极电压、任意栅射极电压以及任意温度下的集电极电流值，并模拟寄生电容随集射极电压的变化和关断过程的集电极电流的下降和拖尾过程。本发明没有复杂和强耦合的物理关系，采用受控电流源的方式使得模型更加简单和容易实施；采用了插值方法和提取全阻断电压范围的寄生电容变化，保证了静态和动态仿真结果的准确性；本发明计算过程为一次或二次方程的求解过程，使得仿真速度更快且更容易收敛。

技术领域

本发明属于半导体器件仿真领域，更具体地，涉及一种SiC IGBT器件行为模型建立方法。

背景技术

随着碳化硅(SiC)材料不断发展和进步，将SiC材料及其相关技术应用到绝缘栅双极性晶体管(IGBT)而形成的SiC IGBT具有高压、高速和高温等优异性能。近年来，SiC IGBT器件代替硅基半导体器件的测试结果证明了SiC IGBT在未来高压大功率传输中的重要地位。但是，SiC IGBT的真正发展和应用仅仅有10年，其制造工艺、封装技术、驱动控制和保护技术、可靠性等一系列问题仍然存在。因此，对于电路设计者来说，利用电路仿真提前设计和预测功率变换系统电热性能是节约成本和优化设计的重要途径。其中，对于基于SiCIGBT的功率变换系统来说，准确快速的SiC IGBT模型是电路仿真的重要一环。

目前在商用的电路仿真器中已经集成了Si IGBT的两类模型：物理模型和行为模型。物理模型是基于IGBT器件内部半导体物理过程建立起来的模型。因为该模型描述的是器件内部各物理量的变化，因此该模型具有较高的准确性，比较适合用于分析IGBT工作机理。但是，由于该模型的复杂性，其仿真速度和收敛性很难保证在电路仿真中的实用性。而且该物理模型需要从静态曲线和动态波形中提取20个以上物理量，且仿真精确度很大程度上依赖于这些物理量的提取准确度。Si IGBT的行为模型可以快速模拟器件的外部特性，但是，与物理模型类似的，仿真的精度也依赖于参数拟合精确度。目前商用仿真器中集成的针对Si IGBT的物理模型和行为模型用于模拟SiC IGBT器件的特性时存在很大的误差，这是因为SiC IGBT与Si IGBT在材料性能和电压等级方面的差异。

相关研究已经对Si IGBT的物理模型进行改进，并成功应用到SiC IGBT中。这些物理模型同样存在Si IGBT物理模型具有的问题。并且在宽禁带材料的器件中，这些模型更难收敛，因此，这些研究对这些模型做了不同程度的简化处理，为了折中仿真速度和仿真精度。SiC IGBT的行为模型不考虑器件内部的工作机理，而是作为一个“黑箱”，利用电路元件等效模拟SiC IGBT器件的外部特性，如I-V特性和C-V特性等。由于该模型全部为普通电路元件，因此其仿真速度和收敛性都要优于物理模型。同样的，该模型的仿真精度依赖于对曲线的拟合效果。已有的行为模型的研究大多采用多项式拟合的方法来近似拟合器件特性，但是实际器件的特性无法与拟合的曲线完全对应，用于Si IGBT的拟合曲线已完全不适用于SiC IGBT的器件特性。

发明内容

针对现有技术的缺陷，本发明的目的在于提供一种SiC IGBT器件行为模型建立方法，旨在解决现有基于半导体物理或Si基器件建模方法中存在建模复杂、难以收敛、仿真速度慢和不够精确的问题。

为实现上述目的，本发明提供一种SiC IGBT器件行为模型建立方法，包括如下步骤：

S110，预先确定SiC IGBT器件在给定栅射极电压下的若干个离散的集射极电压值和对应的集电极电流值；基于所述给定栅射极电压下的待求集电极电流对应的集射极电压在所述离散的集射极电压值之间的相邻关系，采用线性插值方式确定所述待求集电极电流值；

S120，利用预先拟合的SiC IGBT器件在给定集射极电压下的集电极电流与栅射极电压的二次多项式，确定该给定集射极电压下不同的栅射极电压对应的集电极电流值；