N 沟道 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 沟道 MOSFET 图书馆中的路径:
|
|
P 沟道 MOSFET 图书馆中的路径:
|
说明
N 沟道 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
#
晶体管类型 —
晶体管类型
N 沟道
| P 通道
Details
晶体管型号类型:
-
n 沟道 MOSFET;
-
P 沟道"--p 沟道 MOSFET。
值 |
|
默认值 |
|
程序使用名称 |
|
可计算 |
无 |
#
终端数量 —
触点参数化
三
| 四
Details
模块中触点的数量。
值 |
|
默认值 |
|
程序使用名称 |
|
可计算 |
无 |
#
增益 —
放大
A/V^2
Details
MOSFET 的增益
计量单位 |
|
默认值 |
|
程序使用名称 |
|
可计算 |
是 |
#
平带电压 —
平面应力
V
| MV
| 千伏
| mV
Details
平区电压
计量单位 |
|
默认值 |
|
程序使用名称 |
|
可计算 |
是 |
#
机身系数 —
基底系数
V^(1/2)
| MV^(1/2)
| kV^(1/2)
| mV^(1/2)
Details
表面电势方程中的衬底系数
计量单位 |
|
默认值 |
|
程序使用名称 |
|
可计算 |
是 |
#
强反转时的地表电位 —
强反转时的表面电位
V
| MV
| 千伏
| 毫伏
Details
表面电势方程中的值
计量单位 |
|
默认值 |
|
程序使用名称 |
|
可计算 |
是 |
#
速度饱和系数 —
速度饱和系数
1/V
| 1/MV
| 1/kV
| 1/mV
Details
漏极电流方程中的
计量单位 |
|
默认值 |
|
程序使用名称 |
|
可计算 |
是 |
# 通道长度调制因子 — 信道长度调制因子
Details
系数
默认值 |
|
程序使用名称 |
|
可计算 |
是 |
#
通道长度调制电压 —
通道长度调制电压
V
| MV
| kV
| mV
Details
计量单位 |
|
默认值 |
|
程序使用名称 |
|
可计算 |
是 |
#
表面粗糙度散射系数 —
表面粗糙度散射系数
1/V
| 1/MV
| 1/kV
| 1/mV
Details
迁移率降低力。流动性等于
计量单位 |
|
默认值 |
|
程序使用名称 |
|
可计算 |
是 |
# 线性到饱和过渡系数 — 线性区域-饱和过渡系数
Details
该系数表示 MOSFET 特性从线性区到饱和过渡的平滑程度,尤其是在启用速度饱和的情况下。通常情况下,该参数可保持默认值,但也可用于微调特性曲率
默认值 |
|
程序使用名称 |
|
可计算 |
是 |
#
测量温度 —
测量温度
K
| degC
| 华氏度
| 摄氏度
| deltaK
| deltadegC
| deltadegF
| deltadegR
Details
测量单位参数的温度
计量单位 |
|
默认值 |
|
程序使用名称 |
|
可计算 |
是 |
欧姆电阻
#
源欧姆电阻 —
晶体管源电阻
欧姆
| 戈姆
| 欧姆
| 千欧
| 毫欧
Details
晶体管的源电阻,即与源引脚相关的串联电阻。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 |
#
漏极欧姆电阻 —
晶体管漏极电阻
欧姆
| 高欧
| 欧姆
| 千欧
| 毫欧
Details
晶体管的漏极电阻,即与漏极引脚相关的串联电阻。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 |
#
栅极欧姆电阻 —
晶体管栅极电阻
欧姆
| 高欧
| 欧姆
| 千欧
| 毫欧
Details
晶体管的栅极电阻,即与栅极触点相关的串联电阻。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 |
#
体积欧姆电阻 —
晶体管衬底电阻
欧姆
| 戈姆
| 摩尔
| 千欧
| 毫欧
Details
晶体管衬底电阻,即与衬底触点相关的串联电阻。
依赖关系
要使用此参数,请将*端子数*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
#
氧化物电容 —
氧化物容量
F
| mF
| nF
| pF
| uF
Details
栅极和沟道之间的电容。
计量单位 |
|
默认值 |
|
程序使用名称 |
|
可计算 |
是 |
#
栅极-源极重叠电容 —
栅极至源极结电容
F
| mF
| nF
| pF
| uF
Details
与栅极-源极结点相关的固定线性电容。
计量单位 |
|
默认值 |
|
程序使用名称 |
|
可计算 |
是 |
#
栅漏重叠电容 —
栅漏电容
F
| mF
| nF
| pF
| uF
Details
与栅极到漏极结点相关的固定线性电容。
计量单位 |
|
默认值 |
|
程序使用名称 |
|
可计算 |
是 |
本体二极管
#
反向饱和电流 —
反向饱和电流
A
| MA
| kA
| mA
| nA
| pA
| uA
Details
集成二极管公式中的电流
将该参数设置为非零值,以模拟 MOSFET 电流在模拟期间改变符号的应用(如 MOSFET 驱动电感负载时)中流经集成二极管的电流。
对于 MOSFET 电流从不改变符号的应用,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 |
#
内置电压 —
集成二极管电压
V
| MV
| 千伏
| mV
Details
嵌入式二极管电压
计量单位 |
|
默认值 |
|
程序使用名称 |
|
可计算 |
是 |
# 理想系数 — 意识形态因素
Details
集成二极管计算公式中的表意系数
默认值 |
|
程序使用名称 |
|
可计算 |
是 |
#
零偏压结电容 —
零偏置时的结电容
F
| mF
| nF
| pF
| uF
Details
零偏压时漏极和基底之间的电容,仅由集成二极管引起,
计量单位 |
|
默认值 |
|
程序使用名称 |
|
可计算 |
是 |
#
传输时间 —
过境时间
d
| s
| 主要
| ms
| ns
| 我们
| 最小
Details
集成二极管方程中的时间
如果*反向饱和电流*和*转移时间*参数的值不为零,则该模块在嵌入式二极管模型中包含反向恢复。
计量单位 |
|
默认值 |
|
程序使用名称 |
|
可计算 |
是 |
温度相关性
#
参数化 —
温度依赖性参数
无 - 在参数测量温度下模拟
| 模型温度依赖性
Details
从以下方法中选择一种进行温度相关性参数化:
-
无—在参数测量温度下模拟`--不模拟温度相关性。这是默认方法。
-
模拟温度相关性` - 模拟温度相关性效应。指定设备建模温度值
和其他块参数的温度相关系数。
值 |
|
默认值 |
|
程序使用名称 |
|
可计算 |
无 |
# 增益温度指数 — 增益系数随温度变化的程度
Details
假设 MOSFET
依赖关系
要使用该参数,请将*参数化*参数设置为 "模拟温度依赖性"。
默认值 |
|
程序使用名称 |
|
可计算 |
是 |
#
平带电压温度系数 —
平面区应力随温度变化的系数
V/K
Details
假定平带电压
依赖关系
要使用该参数,请将*参数化*参数设置为 "模拟温度依赖性"。
计量单位 |
|
默认值 |
|
程序使用名称 |
|
可计算 |
是 |
#
强反转时的地表电位温度系数 —
强反转时表面电势随温度变化的系数
V/K
Details
强反转时的表面势
依赖关系
要使用该参数,请将*参数化*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 |
# 速度饱和温度指数 — 速度饱和度随温度变化的程度
Details
速度饱和度
依赖关系
要使用该参数,请将*参数化*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 |
# 表面粗糙度散射温度指数 — 表面粗糙度散射系数随温度变化的程度指数
Details
该参数会导致 MOSFET 在高栅极电压下的电导率随温度而降低。
表面粗糙度散射系数
依赖关系
要使用该参数,请将*参数化*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 |
# 电阻温度指数 — 电阻的温度依赖性
Details
假设串联电阻与半导体电阻相对应。因此,它们随着温度的升高呈指数式下降:
依赖关系
要使用该参数,请将*参数化*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 |
# 体二极管反向饱和电流温度指数 — 反向饱和电流的温度依赖程度
Details
集成二极管的反向饱和电流假定与本征载流子浓度的平方成正比:
其中
依赖关系
要使用该参数,请将*参数化*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 |
#
设备模拟温度 —
设备建模温度
K
| 摄氏度
| 摄氏度
| 度
| deltaK
| deltadegC
| deltadegF
| deltadegR
Details
依赖关系
要使用此参数,请将*参数化*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
# 启用热端口 — 开启加热口
Details
要启用热效应建模,请选中该选项的复选框。
默认值 |
|
程序使用名称 |
|
可计算 |
无 |
#
热网 —
选择内部热模型
指定结点和外壳热参数
| 考尔模型
| 用福斯特系数参数化的考尔模型
| 外部
Details
选择内部热模型:
-
指定结点和外壳热参数
-
考尔模型
-
用福斯特系数参数化的考尔模型";
-
外部`.
值 |
|
默认值 |
|
程序使用名称 |
|
可计算 |
无 |
#
结壳热阻和壳体-环境(或壳体-散热器)热阻,[R_JC R_CA] —
热阻向量
K/W
Details
矢量包含两个热阻值。第一个值 `R_JC
是结点与机箱之间的热阻。第二个值 R_CA
是 H 端口与设备外壳之间的热阻。
依赖关系
要使用该参数,请将*热网络*参数设置为 "指定结点和机箱热参数"。
计量单位 |
|
默认值 |
|
程序使用名称 |
|
可计算 |
是 |
#
热阻,[R1 R2 ... Rn] —
考尔模型的热阻矢量
K/W
Details
依赖关系
要使用此参数,请将*热网络*参数设置为 "考尔模型"。
计量单位 |
|
默认值 |
|
程序使用名称 |
|
可计算 |
是 |
#
热阻,[R1 R2 ... Rn] —
福斯特模型的热阻矢量
K/W
Details
依赖关系
要使用此参数,请将*热网*参数设置为 "用福斯特系数参数化的考尔模型"。
计量单位 |
|
默认值 |
|
程序使用名称 |
|
可计算 |
是 |
#
热质量参数化 —
热容量参数化
通过热时间常数
| 按热质
Details
选择指定热容量的方法:
-
热时间常数"- 根据热时间常数设置热容量参数。默认使用该值。
-
按热量质量"- 以热容量值为参数。
依赖关系
要使用此参数,请将*热网络*参数设置为 "指定接合点和外壳热参数"、"考尔模型 "或 "用福斯特系数参数化的考尔模型"。
值 |
|
默认值 |
|
程序使用名称 |
|
可计算 |
无 |
#
结点和外壳热质量,[M_J M_C] —
考赫特模型的热容值矢量
J/K
| kJ/K
Details
矢量 [M_J M_C]
包含两个热容量值。第一个值 M_J
是过渡层的热容量。第二个值 M_C
是外壳的热容量。
依赖关系
要使用此参数,请将*热网络*参数设置为 "指定连接点和壳体热参数",并将*热质量参数化*参数设置为 "按热质量"。
计量单位 |
|
默认值 |
|
程序使用名称 |
|
可计算 |
是 |
#
热质量,[M1 M2 ... Mn] —
考尔模型的热容值矢量
J/K
| kJ/K
Details
依赖关系
要使用该参数,请将*热网*参数设置为 "考尔模型",*热质参数化*参数设置为 "按热质"。
计量单位 |
|
默认值 |
|
程序使用名称 |
|
可计算 |
是 |
#
热质量,[M1 M2 ... Mn] —
福斯特模型的热容量矢量
J/K
| kJ/K
Details
依赖关系
要使用此参数,请将*热网*参数设置为 "用福斯特系数参数化的考尔模型",*热质参数化*参数设置为 "按热质"。
计量单位 |
|
默认值 |
|
程序使用名称 |
|
可计算 |
是 |
#
结点和外壳热时间常数,[t_J t_C] —
热时间常数矢量
d
| s
| hr
| ms
| ns
| 我们
| 最小
Details
由两个热时间常数值组成的矢量`[t_J t_C]。第一个值 `t_J
是过渡的热时间常数。第二个值 t_C
是物体的热时间常数。
依赖关系
要使用此参数,请将*热网络*参数设置为 "指定结点和壳体热参数",并将*热质量参数化*参数设置为 "通过热时间常数"。
计量单位 |
|
默认值 |
|
程序使用名称 |
|
可计算 |
是 |
#
热时间常数,[t1 t2 ... tn] —
考尔模型的热时间常数矢量
d
| s
| hr
| 毫秒
| ns
| 我们
| 分钟
Details
热容量值的计算公式为
依赖关系
要使用该参数,请将*热网络*参数设置为 "考尔模型",*热质量参数化*参数设置为 "通过热时间常数"。
计量单位 |
|
默认值 |
|
程序使用名称 |
|
可计算 |
是 |
#
热时间常数,[t1 t2 ... tn] —
福斯特模型的热时间常数矢量
d
| s
| hr
| 毫秒
| ns
| 我们
| 分钟
Details
热容值计算公式为
依赖关系
要使用该参数,请将*热网络*参数设置为 "用福斯特系数参数化的考尔模型",并将*热质量参数化*参数设置为 "通过热时间常数"。
计量单位 |
|
默认值 |
|
程序使用名称 |
|
可计算 |
是 |
#
结点和外壳初始温度,[T_J T_C] —
初始温度矢量
K
| 摄氏度
| 摄氏度
| degR
| deltaK
| deltadegC
| deltadegF
| deltadegR
Details
由两个温度值组成的向量 [T_J T_C]
。第一个值 T_J
是初始过渡温度。第二个值 T_C
是初始情况温度。
依赖关系
要使用该参数,请将*热网络*参数设置为 "指定结点和外壳热参数"。
计量单位 |
|
默认值 |
|
程序使用名称 |
|
可计算 |
是 |
#
热质量初始温度,[T1 T2 ... Tn] —
考尔模型的初始温度向量
K
| 摄氏度
| 摄氏度
| degR
| deltaK
| 摄氏度
| deltadegF
| deltadegR
Details
温度值向量。相当于模型中每个热容量的温度差。
依赖关系
要使用此参数,请将*热网*参数设置为 "考尔模型"。
计量单位 |
|
默认值 |
|
程序使用名称 |
|
可计算 |
是 |
#
初始节点温度,[T1 T2 ... Tn] —
福斯特模型的初始温度矢量
K
| 摄氏度
| 华氏度
| degR
| deltaK
| deltadegC
| 摄氏度
| deltadegR
Details
福斯特模型各元素绝对温度值的向量。
依赖关系
要使用该参数,请将*热网*参数设置为 "用福斯特系数参数化的考尔模型"。
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。