N-Channel MOSFET
基于表面电势方程的 n 沟道或 p 沟道 MOSFET 模型。
类型: AcausalElectricPowerSystems.Semiconductors.MOSFET
N-Channel MOSFET 图书馆中的路径:
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P-Channel MOSFET 图书馆中的路径:
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说明
N-Channel MOSFET 和 P 沟道 MOSFET 模块根据表面电势方程对具有金属氧化物半导体(MOS)结构的 n 沟道或 p 沟道场效应晶体管进行建模。
该模块还能模拟热效应。
基于表面势能方程的模型
基于表面势能方程的模型考虑了以下效应:
-
完全非线性电容模型(包括非线性米勒电容)。
-
电荷守恒
-
载流子速度饱和与通道长度调制。
-
集成二极管
-
嵌入式二极管模型中的反向恢复。
-
温度对物理参数的影响
-
热效应建模选项的动态自热(模拟自热对器件电气特性的影响)。
该模型是标准 PSP 模型[1]的简化版,只包含其中的一部分,以便在模型的准确性和复杂性之间找到平衡。有关该模型所包含现象的物理假设的更多详情,请参阅 [2]。
下文给出了 n 沟道 MOSFET 的表面电势方程。p 沟道 MOSFET 的方程推导类似,但电荷和电流乘以"-1"。
该模型基于泊松方程:
其中
-
- 静电电位;
-
- 电子电荷;
-
- 底物中受体的浓度;
-
- 半导体材料(如硅)的介电常数;
-
- 本征费米级与硅块费米级之间的差异;
-
- 表面层相对于主体层的准费米势;
-
- 温度势;
-
- 玻尔兹曼常数;
-
- 温度
泊松方程用于推导表面势能方程:
其中
-
- 是施加的栅极-基底电压;
-
- 是平坦区的应力;
-
- 表面电势;
-
- 基底系数:
-
- 比表面电容
该程序块使用表面电势方程的显式近似值,以避免对该隐式方程进行数值求解。
一旦已知表面电势,漏极电流 的确定方法如下
其中
-
- 是设备的宽度; -
- 通道长度; -
- 在弱场中的移动性; -
- 速度饱和度 -
- 漏极与源极之间的表面电位差; -
和 - 源极和漏极的反转电荷密度; -
- 沿沟道的平均反转电荷密度; -
- 迁移率降低系数。更多信息,请参阅*表面粗糙度散射系数*参数的说明; -
- 沟道长度调制:其中
-
- 是信道长度的调制系数; -
- 漏极-基底电压; -
- 漏极-基底电压降至与速度饱和或截止(以先到者为准)相对应的最大值; -
- 通道长度调制电压。
-
该装置可直接根据表面电势计算反转电荷密度。
该单元还能根据表面电势计算非线性电容。源极和漏极电荷使用偏压相关的 Ward-Dutton 电荷分离方案分配,如文献 [3] 所述。这些电荷是明确计算出来的,因此在该模型中电荷是守恒的。电容电流是通过计算相应电荷的时间导数得出的。实际上,建模中的电荷与氧化物电容归一化,并以伏特为单位计算。
MOSFET
源极-衬底结短路时的阈值电压大致按以下方式确定:
其中
一般来说,三通道和四通道模型包括一个由表面电势公式定义的本征 MOSFET、一个集成二极管、串联电阻和固定结电容,如 n 通道 MOSFET 的原理图所示。
![]()
![]()
集成二极管建模
该模块模拟具有指数伏安特性 (VAC) 的集成二极管。
结电容和扩散电容的计算公式为
其中
-
- 是通过二极管的电流; -
- 是反向饱和电流; -
- 漏极-基底电压; -
- 表意系数; -
- 温度势能; -
- 二极管结电容; -
- 零偏压时的结电容; -
- 集成二极管的电压; -
- 二极管的扩散电容; -
- 传输时间。
参数
主
#
Transistor type —
晶体管类型
N-Channel | P-Channel
Details
晶体管型号:
-
N通道-n沟道MOSFET; -
P通道-p沟道MOSFET。
| 值 |
|
| 默认值 |
|
| 程序使用名称 |
|
| 可计算 |
无 |
#
Number of terminals —
联系人参数化
Three | Four
Details
块中的触点的数量。
| 值 |
|
| 默认值 |
|
| 程序使用名称 |
|
| 可计算 |
无 |
#
Gain —
增益
A/V^2
Details
MOSFET增益
| 计量单位 |
|
| 默认值 |
|
| 程序使用名称 |
|
| 可计算 |
是 |
#
Flatband voltage —
平区电压
V | uV | mV | kV | MV
Details
平区电压
| 计量单位 |
|
| 默认值 |
|
| 程序使用名称 |
|
| 可计算 |
是 |
#
Body factor —
基材比
V^(1/2) | MV^(1/2) | kV^(1/2) | mV^(1/2)
Details
底物因子
| 计量单位 |
|
| 默认值 |
|
| 程序使用名称 |
|
| 可计算 |
是 |
#
Surface potential at strong inversion —
具有强反演的表面电位
V | uV | mV | kV | MV
Details
价值
| 计量单位 |
|
| 默认值 |
|
| 程序使用名称 |
|
| 可计算 |
是 |
#
Velocity saturation factor —
率饱和系数
1/V | 1/MV | 1/kV | 1/mV
Details
价值
| 计量单位 |
|
| 默认值 |
|
| 程序使用名称 |
|
| 可计算 |
是 |
# Channel-length modulation factor — 信道长度调制系数
Details
比率 0,这意味着信道长度调制被禁用。
| 默认值 |
|
| 程序使用名称 |
|
| 可计算 |
是 |
#
Channel-length modulation voltage —
通道长度调制电压
V | uV | mV | kV | MV
Details
电压;电压
| 计量单位 |
|
| 默认值 |
|
| 程序使用名称 |
|
| 可计算 |
是 |
#
Surface roughness scattering factor —
表面粗糙度的散射系数
1/V | 1/MV | 1/kV | 1/mV
Details
移动性降低的功率。 移动性等于
| 计量单位 |
|
| 默认值 |
|
| 程序使用名称 |
|
| 可计算 |
是 |
# Linear-to-saturation transition coefficient — 线性面积-饱和过渡系数
Details
该系数表征MOSFET特性从线性区域到饱和的平滑过渡,特别是在启用速度饱和时。 此参数通常可以保留在默认值,但您可以使用它来微调弯曲特性。 2 以前 8.
| 默认值 |
|
| 程序使用名称 |
|
| 可计算 |
是 |
#
Measurement temperature —
测量温度
K | degC | degF | degR | deltaK | deltadegC | deltadegF | deltadegR
Details
温度
| 计量单位 |
|
| 默认值 |
|
| 程序使用名称 |
|
| 可计算 |
是 |
欧姆电阻
#
Source ohmic resistance —
晶体管源极电阻
Ohm | mOhm | kOhm | MOhm | GOhm
Details
晶体管的源极电阻,即与源极接触相关的串联电阻。 该值必须大于或等于 0.
| 计量单位 |
|
| 默认值 |
|
| 程序使用名称 |
|
| 可计算 |
是 |
#
Drain ohmic resistance —
晶体管漏极电阻
Ohm | mOhm | kOhm | MOhm | GOhm
Details
晶体管的漏极电阻,即与漏极接触相关的串联电阻。 该值必须大于或等于 0.
| 计量单位 |
|
| 默认值 |
|
| 程序使用名称 |
|
| 可计算 |
是 |
#
Gate ohmic resistance —
晶体管栅极电阻
Ohm | mOhm | kOhm | MOhm | GOhm
Details
晶体管的栅极电阻,即与栅极接触相关的串联电阻。 该值必须大于或等于 0.
| 计量单位 |
|
| 默认值 |
|
| 程序使用名称 |
|
| 可计算 |
是 |
#
Bulk ohmic resistance —
晶体管基板的电阻
Ohm | mOhm | kOhm | MOhm | GOhm
Details
晶体管衬底的电阻,即与衬底接触相关的串联电阻。
依赖关系
要使用此参数,请将*Number of terminals*参数设置为 四.
| 计量单位 |
|
| 默认值 |
|
| 程序使用名称 |
|
| 可计算 |
是 |
通道电容
#
Oxide capacitance —
氧化物容量
F | pF | nF | uF | mF
Details
栅极和沟道之间的容量。
| 计量单位 |
|
| 默认值 |
|
| 程序使用名称 |
|
| 可计算 |
是 |
#
Gate-source overlap capacitance —
栅源结容量
F | pF | nF | uF | mF
Details
定与栅极-源极结相关联的线性电容。
| 计量单位 |
|
| 默认值 |
|
| 程序使用名称 |
|
| 可计算 |
是 |
#
Gate-drain overlap capacitance —
栅极-漏极结容量
F | pF | nF | uF | mF
Details
定与栅极-漏极结相关联的线性容量。
| 计量单位 |
|
| 默认值 |
|
| 程序使用名称 |
|
| 可计算 |
是 |
本体二极管
#
Reverse saturation current —
反向饱和电流
A | pA | nA | uA | mA | kA | MA
Details
电流
将此参数设置为非零值,以模拟电流通过内置二极管,适用于在模拟过程中MOSFET电流变化很大的应用,例如,当MOSFET驱动电感负载时。
对于MOSFET电流从不改变符号的应用,例如在小信号放大器中,将此参数设置为 0 以提高仿真速度。
| 计量单位 |
|
| 默认值 |
|
| 程序使用名称 |
|
| 可计算 |
是 |
#
Built-in voltage —
内置二极管的电压
V | uV | mV | kV | MV
Details
内置二极管的电压
| 计量单位 |
|
| 默认值 |
|
| 程序使用名称 |
|
| 可计算 |
是 |
# Ideality factor — 理想系数
Details
理想系数
| 默认值 |
|
| 程序使用名称 |
|
| 可计算 |
是 |
#
Zero-bias junction capacitance —
零偏移时的过渡容量
F | pF | nF | uF | mF
Details
漏极和衬底之间的电容在零偏置,仅由于内置二极管,
| 计量单位 |
|
| 默认值 |
|
| 程序使用名称 |
|
| 可计算 |
是 |
#
Transit time —
过境时间
s | ns | us | ms | min | hr | d
Details
时间
如果*反向饱和电流*和*过境时间*参数的值是非零,那么该块使反向恢复到内置二极管模型。
| 计量单位 |
|
| 默认值 |
|
| 程序使用名称 |
|
| 可计算 |
是 |
温度相关性
#
Parameterization —
温度依赖性参数化
None - Simulate at parameter measurement temperature | Model temperature dependence
Details
选择以下方法之一来参数化温度依赖性:
-
无-在参数测量温度下进行模拟-温度依赖性未建模。 这是默认方法。 -
模型温度依赖性-模拟依赖温度的影响。 指定设备仿真的温度值 和其他块参数的温度依赖性系数。
| 值 |
|
| 默认值 |
|
| 程序使用名称 |
|
| 可计算 |
无 |
# Gain temperature exponent — 增益系数的温度依赖程度的指标
Details
假设MOSFET的增益
依赖关系
要使用此参数,请将*Parameterization*参数设置为 模型温度依赖性.
| 默认值 |
|
| 程序使用名称 |
|
| 可计算 |
是 |
#
Flatband voltage temperature coefficient —
平坦区电压的温度依赖性系数
V/K
Details
假设平坦区的电压
依赖关系
要使用此参数,请将*Parameterization*参数设置为 模型温度依赖性.
| 计量单位 |
|
| 默认值 |
|
| 程序使用名称 |
|
| 可计算 |
是 |
#
Surface potential at strong inversion temperature coefficient —
强反演下表面电位的温度依赖系数
V/K
Details
假设强反演下的表面电位
依赖关系
要使用此参数,请将*Parameterization*参数设置为 模型温度依赖性.
| 计量单位 |
|
| 默认值 |
|
| 程序使用名称 |
|
| 可计算 |
是 |
# Velocity saturation temperature exponent — 饱和速度的温度依赖程度的指标
Details
假设速度的饱和度
依赖关系
要使用此参数,请将*Parameterization*参数设置为 模型温度依赖性.
| 默认值 |
|
| 程序使用名称 |
|
| 可计算 |
是 |
# Surface roughness scattering temperature exponent — 表面粗糙度的散射系数的温度依赖程度的指标
Details
该参数导致MOSFET在高栅极电压下的电导率随温度而降低。
假设表面粗糙度的散射系数
依赖关系
要使用此参数,请将*Parameterization*参数设置为 模型温度依赖性.
| 默认值 |
|
| 程序使用名称 |
|
| 可计算 |
是 |
# Resistance temperature exponent — 电阻的温度依赖程度的指标
Details
假定串联电阻对应于半导体电阻。 因此,它们随着温度的升高呈指数下降。:
依赖关系
要使用此参数,请将*Parameterization*参数设置为 模型温度依赖性.
| 默认值 |
|
| 程序使用名称 |
|
| 可计算 |
是 |
# Body diode reverse saturation current temperature exponent — 反向饱和电流的温度依赖程度的指标
Details
假设内置二极管的反向饱和电流与其自身载流子浓度的平方成正比。:
哪里 3 因为
依赖关系
要使用此参数,请将*Parameterization*参数设置为 模型温度依赖性.
| 默认值 |
|
| 程序使用名称 |
|
| 可计算 |
是 |
#
Device simulation temperature —
器件仿真温度
K | degC | degF | degR | deltaK | deltadegC | deltadegF | deltadegR
Details
温度
依赖关系
要使用此参数,请将*Parameterization*参数设置为 模型温度依赖性.
| 计量单位 |
|
| 默认值 |
|
| 程序使用名称 |
|
| 可计算 |
是 |
热端口
# Enable thermal port — 打开热端口
Details
要启用热效应模拟,请选中此选项的复选框。
| 默认值 |
|
| 程序使用名称 |
|
| 可计算 |
无 |
#
Thermal network —
选择内部热模型
Specify junction and case thermal parameters | Cauer model | Cauer model parameterized with Foster coefficients | External
Details
选择内部热模型:
-
指定结和壳体热参数; -
警示模型; -
用Foster系数参数化的Cauer模型; -
外部.
| 值 |
|
| 默认值 |
|
| 程序使用名称 |
|
| 可计算 |
无 |
#
Junction-case and case-ambient (or case-heatsink) thermal resistances, [R_JC R_CA] —
热阻矢量
K/W
Details
向量资料 [R_JC,R_CA] 热阻的两个值中。 第一个值 R_JC -这是结和外壳之间的热阻。 第二个值, R_CA —这是*H*端口和设备主体之间的热阻。
依赖关系
要使用此参数,请将*热网络*参数设置为 指定结和壳体热参数.
| 计量单位 |
|
| 默认值 |
|
| 程序使用名称 |
|
| 可计算 |
是 |
#
Thermal resistances, [R1 R2 ... Rn] —
考尔模型的热阻矢量
K/W
Details
矢量从
依赖关系
要使用此参数,请将*热网络*参数设置为 警示模型.
| 计量单位 |
|
| 默认值 |
|
| 程序使用名称 |
|
| 可计算 |
是 |
#
Thermal resistances, [R1 R2 ... Rn] —
福斯特模型的热阻矢量
K/W
Details
矢量从
依赖关系
要使用此参数,请将*热网络*参数设置为 用Foster系数参数化的Cauer模型.
| 计量单位 |
|
| 默认值 |
|
| 程序使用名称 |
|
| 可计算 |
是 |
#
Thermal mass parameterization —
热容量参数化
By thermal time constants | By thermal mass
Details
选择设置热容量的方法:
-
通过热时间常数-热时间常数方面的热容量的参数化。 默认情况下使用此值。 -
按热质量计算-设置热容值。
依赖关系
要使用此参数,请将*热网络*参数设置为 指定结和壳体热参数, 警示模型 或 用Foster系数参数化的Cauer模型.
| 值 |
|
| 默认值 |
|
| 程序使用名称 |
|
| 可计算 |
无 |
#
Junction and case thermal masses, [M_J M_C] —
考尔模型的热容值向量
J/K | kJ/K
Details
向量资料 [M_J,M_C] 热容量的两个值中。 第一个值 M_J —这是过渡的热容量。 第二个值, M_C —这是表壳的热容量。
依赖关系
要使用此参数,请将*热网络*参数设置为 指定结和壳体热参数,并为参数*热质量参数化*值 按热质量计算.
| 计量单位 |
|
| 默认值 |
|
| 程序使用名称 |
|
| 可计算 |
是 |
#
Thermal masses, [M1 M2 ... Mn] —
考尔模型的热容值向量
J/K | kJ/K
Details
矢量从
依赖关系
要使用此参数,请将*热网络*参数设置为 警示模型,并为参数*热质量参数化*值 按热质量计算.
| 计量单位 |
|
| 默认值 |
|
| 程序使用名称 |
|
| 可计算 |
是 |
#
Thermal masses, [M1 M2 ... Mn] —
福斯特模型的热容值向量
J/K | kJ/K
Details
矢量从
依赖关系
要使用此参数,请将*热网络*参数设置为 用Foster系数参数化的Cauer模型,并为参数*热质量参数化*值 按热质量计算.
| 计量单位 |
|
| 默认值 |
|
| 程序使用名称 |
|
| 可计算 |
是 |
#
Junction and case thermal time constants, [t_J t_C] —
热时间常数向量
s | ns | us | ms | min | hr | d
Details
向量资料 [t_J,t_C] 热时间常数的两个值中。 第一个值 t_J -这是过渡时间的热常数。 第二个值, t_C -这是船体的热时间常数。
依赖关系
要使用此参数,请将*热网络*参数设置为 指定结和壳体热参数,并为参数*热质量参数化*值 通过热时间常数.
| 计量单位 |
|
| 默认值 |
|
| 程序使用名称 |
|
| 可计算 |
是 |
#
Thermal time constants, [t1 t2 ... tn] —
考尔模型的热时间常数向量
s | ns | us | ms | min | hr | d
Details
矢量从
热容的值计算为
依赖关系
要使用此参数,请将*热网络*参数设置为 警示模型,并为参数*热质量参数化*值 通过热时间常数.
| 计量单位 |
|
| 默认值 |
|
| 程序使用名称 |
|
| 可计算 |
是 |
#
Thermal time constants, [t1 t2 ... tn] —
福斯特模型的热时间常数向量
s | ns | us | ms | min | hr | d
Details
矢量从
热容的值计算为
依赖关系
要使用此参数,请将*热网络*参数设置为 用Foster系数参数化的Cauer模型,并为参数*热质量参数化*值 通过热时间常数.
| 计量单位 |
|
| 默认值 |
|
| 程序使用名称 |
|
| 可计算 |
是 |
#
Junction and case initial temperatures, [T_J T_C] —
初始温度矢量
K | degC | degF | degR | deltaK | deltadegC | deltadegF | deltadegR
Details
向量资料 [T_J,T_C] 的两个温度值中。 第一个值 T_J -这是转变的初始温度。 第二个值, T_C —这是案件的初始温度。
依赖关系
要使用此参数,请将*热网络*参数设置为 指定结和壳体热参数.
| 计量单位 |
|
| 默认值 |
|
| 程序使用名称 |
|
| 可计算 |
是 |
#
Thermal masses initial temperatures, [T1 T2 ... Tn] —
考尔模型的初始温度矢量
K | degC | degF | degR | deltaK | deltadegC | deltadegF | deltadegR
Details
温度值的向量。 它对应于模型中每个热容量的温差。
依赖关系
要使用此参数,请将*热网络*参数设置为 警示模型.
| 计量单位 |
|
| 默认值 |
|
| 程序使用名称 |
|
| 可计算 |
是 |
#
Initial node temperatures, [T1 T2 ... Tn] —
福斯特模型的初始温度向量
K | degC | degF | degR | deltaK | deltadegC | deltadegF | deltadegR
Details
福斯特模型的每个元素的绝对温度值的向量。
依赖关系
要使用此参数,请将*热网络*参数设置为 用Foster系数参数化的Cauer模型.
| 计量单位 |
|
| 默认值 |
|
| 程序使用名称 |
|
| 可计算 |
是 |
文学
[1] Gildenblat, G., et al."PSP MOSFET 模型简介"。Proc.Conf., Nanotech 2005.2005.
[2] Van Langevelde, R., A. J. Scholten, and D. B. M. M. Klaassen."MOS Model 11 的物理背景。1101 级"。Nat.Lab.Unclassified Report 2003/00239.2003 年 4 月。
[3] Oh, S-Y., D.E.Ward, and R. W. Dutton."MOS 晶体管的瞬态分析"。IEEE J. Solid State Circuits.SC-15,第 636-643 页,1980 年。