[發明專利]利用高壓場效應晶體管子電路模型描述自熱效應的方法

有效

• 申請號: 201410668047.5
• 申請日: 2014-11-20
• 公開（公告）號: CN104331580B
• 公開（公告）日: 2017-07-11
• 發明（設計）人: 王正楠
• 申請（專利權）人: 上海華虹宏力半導體制造有限公司
• 主分類號: G06F17/50
• 分類號: G06F17/50
• 代理公司: 上海思微知識產權代理事務所(普通合伙)31237
• 代理人: 鄭瑋

技術領域

本發明涉及半導體設計領域，更具體地說，本發明涉及一種利用高壓場效應晶體管子電路模型描述自熱效應的方法。

背景技術

高壓場效應LDMOS(橫向擴散金屬氧化物半導體)管在模擬電路中的電源電路設計中有著廣泛的應用，其應用電壓范圍較高，耐壓大，被用于大功率電路應用中，由于高壓場效應管會工作在高電壓大電流的工作區域，工作時器件功率遠遠高于常規低壓MOS管，因此造成器件本身發熱量也隨著功率增大而增大。而當器件自身溫度的提升導致的結果就是溝道電流隨著溫度的提升而減小，也就是業界所說的“自熱效應”。自熱效應在器件測試和器件建模中不可避免，測試造成的功率發熱導致的電流下降在普通MOS模型中無法描述，因此有必要在模型中對其進行描述。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是針對現有技術中存在上述缺陷，提供一種能夠描述自熱效應的高壓場效應管子電路模型的建立方法。

為了實現上述技術目的，根據本發明，提供了一種利用高壓場效應晶體管子電路模型描述自熱效應的方法，包括：建立高壓場效應晶體管子電路模型，所述高壓場效應晶體管子電路模型包括第一LDMOS管、第二LDMOS管、熱電阻、電壓控制電壓源以及電流控制電流源；其中，第一LDMOS管和第二LDMOS管的柵極都連接外部柵極電壓，第一LDMOS管MOS1的漏端連接外部漏極電壓，第二LDMOS管的漏端連接電壓控制電壓源，熱電阻的一端連接至電流控制電流源，熱電阻的另一端連接至第一LDMOS管的源極和第二LDMOS管的源極，而且使得流過第二LDMOS管的電流為電流控制電流源的輸出電流；利用仿真工具對高壓場效應晶體管子電路模型進行仿真，并且將第二LDMOS管的仿真得到的功耗發熱對第一LDMOS管進行溫度補償反饋，通過擬合熱電阻的電阻數值對自熱效應下的漏極電流電壓曲線進行擬合，獲得對LDMOS自熱效應的描述。

其中，外部漏極電壓的電壓值等于電壓控制電壓源的輸出電壓值。

優選地，所述方法用于描述模擬電路的自熱效應。

優選地，所述方法用于描述數字電路的自熱效應。

優選地，所述方法用于數字器件測試。

優選地，所述方法用于模擬器件測試。

優選地，所述仿真工具為HSPICE。

附圖說明

結合附圖，并通過參考下面的詳細描述，將會更容易地對本發明有更完整的理解并且更容易地理解其伴隨的優點和特征，其中：

圖1示意性地示出了根據本發明優選實施例的40V高壓場效應管Id vs Vds在25℃室溫下的測試結果。

圖2示意性地示出了根據本發明優選實施例的40V高壓場效應管Id vs Vds測試結果同普通MOS管模型擬合結果比對；其中點線為實測值，實線為仿真結果。

圖3示意性地示出了本發明優選實施例采用的高壓場效應晶體管子電路模型。

圖4示意性地示出了根據本發明優選實施例的擬合曲線。

需要說明的是，附圖用于說明本發明，而非限制本發明。注意，表示結構的附圖可能并非按比例繪制。并且，附圖中，相同或者類似的元件標有相同或者類似的標號。

具體實施方式

為了使本發明的內容更加清楚和易懂，下面結合具體實施例和附圖對本發明的內容進行詳細描述。

要實現對LDMOS自熱效應的描述，必須從器件原理出發。具體地說，自熱效應導致的漏端電流下降是由于電流流過器件時自身功率較大，導致LDMOS管自身的溫度升高引起的溝道遷移率下降造成的。根據這個原來，在模型中可以假設器件溝道中存在一個熱電阻，該熱電阻同自發熱(即，自熱)存在一定的數學關系。具體地：

步驟1.假設在固定外部環境溫度T的條件下，在器件漏端存在一個外加電壓Vds，柵極電壓為Vgs；在LDMOS沒有自熱效應存在的情況下，流過漏端的電流為一個隨柵電壓和漏端電壓變化的電流函數I(Vds,Vgs)。

步驟2.當電流函數I(Vds,Vgs,T)流過假定的熱電阻以后，產生功率發熱，器件自身的溫度發生變化，定義為ΔT。ΔT為一個可變函數，定義為ΔT＝Res_T*I(Vgs,Vds)*Vds。關系式中Res_T為假定的熱電阻，數值待定。

步驟3.ΔT和外部環境溫度T共同對器件產生共同影響，使器件自身的溫度變為T+ΔT。將變化后的溫度T+ΔT重新計算入電流函數I(VDS,VGS,T’)中，獲得自熱效應后的電流值，其中T’＝T+ΔT。