CN117709266A - 一种垂直结构功率mosfet大信号等效电路模型 - Google Patents

一种垂直结构功率mosfet大信号等效电路模型 Download PDF

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Abstract

本发明涉及半导体集成电路技术领域，特别是涉及一种垂直结构功率MOSFET大信号等效电路模型，包括：栅源等效电路单元、栅漏等效电路单元、漏源等效电路单元、沟道区热电阻单元、寄生源区等效电阻Rs、寄生漏极等效电阻Rd、寄生栅极等效电阻Rg，其中，栅漏等效电路单元与沟道区热电阻单元串联，与栅源等效电路单元并联，形成第一支路；漏源等效电路单元并联到第一支路上，形成第二支路；寄生源区等效电阻Rs、寄生漏极等效电阻Rd分别串联到第二支路的两端，寄生栅极等效电阻Rg连接到沟道区热电阻单元上。本发明能精确反映功率MOSFET器件的物理本质，准确的模拟器件物理特性，具有参数少、提取参数简单的优点。

Description

一种垂直结构功率MOSFET大信号等效电路模型
技术领域
本发明涉及半导体集成电路技术领域，特别是涉及一种垂直结构功率MOSFET大信号等效电路模型。
背景技术
功率半导体是电力控制的核心，功率MOSFET器件是应用最广泛的功率半导体器件，作为一种常用的功率开关器件，具有开关速度快、输入阻抗高、热稳定性好等特点，广泛应用于低中高压的电路中，是覆盖电压范围最广，下游应用最多的功率器件之一。与平面结构相比，垂直结构功率MOSFET器件更适合功率电子应用。对于相同面积的芯片，垂直结构功率电子器件具有更高的电流密度。
作为超宽禁带半导体材料的典型代表，氧化镓(Ga2O3)材料功率性能好、损耗低、单晶衬底品质好、加工成本低等优点，使其在制备功率开关器件方面占据明显的优势。现有通过对鳍型β-Ga2O3垂直MOSFET进行的研究，由于其增强模式双栅极的结构优势，可以得到较低的单位面积导通电阻和较低的势垒降低效应，具备了高导通电流和高击穿电压的优异特性，从而实现了器件良好的功率特性。但能精确表征垂直结构功率MOSFET的集约模型和建模方法仍然缺失。因此，为能精确反映垂直结构功率MOSFET的器件物理本质、模拟器件特性，亟需一种垂直结构功率MOSFET大信号等效电路模型。
发明内容
本发明的目的是提供一种垂直结构功率MOSFET大信号等效电路模型，能精确反映功率MOSFET器件的物理本质，准确的模拟器件物理特性，同时可以将所建立的等效电路模型嵌入仿真软件中，适用于功率MOSFET集成电路的仿真与设计。
为实现上述目的，本发明提供了如下方案：
一种垂直结构功率MOSFET大信号等效电路模型，包括：栅源等效电路单元、栅漏等效电路单元、漏源等效电路单元、沟道区热电阻单元、寄生源区等效电阻Rs、寄生漏极等效电阻Rd、寄生栅极等效电阻Rg；其中，所述栅漏等效电路单元与所述沟道区热电阻单元串联，与所述栅源等效电路单元并联，形成第一支路；所述漏源等效电路单元并联到所述第一支路上，形成第二支路；所述寄生源区等效电阻Rs、寄生漏极等效电阻Rd分别串联到所述第二支路的两端，所述寄生栅极等效电阻Rg连接到所述沟道区热电阻单元上。
进一步地，所述栅源等效电路单元包括：栅源本征电容CGS、栅源过覆盖电容CGSO，所述栅源本征电容CGS和所述栅源过覆盖电容CGSO并联于栅介质端G’和源区端S’之间。
进一步地，所述栅漏等效电路单元包括：栅漏本征电容CGD、栅漏过覆盖电容CGDO，所述栅漏本征电容CGD和所述栅漏过覆盖电容CGDO并联于栅介质端G’和漏端D’之间。
进一步地，所述漏源等效电路单元包括：源漏电容CDS、源漏电流IDS，所述源漏电容CDS和所述源漏电流IDS并联于漏端D’和源区端S’之间。
进一步地，所述沟道区热电阻单元包括：热电阻Rcs、热电阻Rcd、热电阻Rox、热电阻Rgd、热电阻Rgs，所述热电阻Rcs位于沟道中心C与源区端S’之间，所述热电阻Rcd位于沟道中心C与漏端D’之间，所述热电阻Rox位于沟道中心C与栅介质端G’之间，所述热电阻Rgd位于栅介质端G’和漏端D’之间，所述热电阻Rgs位于栅介质端G’和源区端S’之间。
进一步地，所述寄生源区等效电阻Rs位于源极S和源区端S’之间。
进一步地，所述寄生漏极等效电阻Rd位于漏极D和漏端D’之间。
进一步地，所述寄生栅极等效电阻Rg位于栅极G和栅介质端G’之间。
本发明的有益效果为：
本发明建立了可用于集成电路设计的N型掺杂氧化镓(Ga2O3)材料的垂直结构功率MOSFET大信号等效电路模型，该等效电路模型包括GS等效电路单元、GD等效电路单元、DS等效电路单元，以及沟道区热电阻单元、寄生源区等效电阻Rs、寄生漏极等效电阻Rd、寄生栅极等效电阻Rg；该等效电路模型能精确反映功率MOSFET器件的物理本质，准确的模拟器件物理特性，具有参数少、提取参数简单的优点，同时可以将所建立的等效电路模型嵌入仿真软件中，适用于功率MOSFET集成电路的仿真与设计。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例的垂直结构功率MOSFET剖面示意图；
图2为本发明实施例的垂直结构功率MOSFET大信号等效电路示意图；
其中，001-漏极，002-N型重掺杂Ga2O3衬底，003-N型掺杂Ga2O3沟道区，004-栅介质区，005-栅极，006-N型重掺杂Ga2O3源区，007-源极，100-栅源等效电路单元，101-栅源本征电容CGS，102-栅源过覆盖电容CGSO，200-栅漏等效电路单元，201-栅漏本征电容CGD，202-栅漏过覆盖电容CGDO，300-漏源等效电路单元，301-源漏电容CDS，302-源漏电流IDS，400-沟道区热电阻单元，401-热电阻Rcs，402-热电阻Rcd，403-热电阻Rox，404-热电阻Rgd、405-热电阻Rgs，501-寄生源区等效电阻Rs，502-寄生漏极等效电阻Rd，503-寄生栅极等效电阻Rg。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
如图1所示的一种垂直结构功率MOSFET剖面示意图，垂直结构功率MOSFET器件由漏极001、N型重掺杂Ga2O3衬底002、N型掺杂Ga2O3沟道区003、栅介质区004、栅极005、N型重掺杂Ga2O3源区006、源极007组成。
漏极001的上部形成N型重掺杂Ga2O3衬底002，在N型重掺杂Ga2O3衬底002上外延漂移形成N型掺杂Ga2O3沟道区003，在N型掺杂Ga2O3沟道区003两侧分别各向同性沉积栅介质区004，在栅介质区004上分别覆盖两个对称的栅极005，在N型掺杂Ga2O3沟道区003的上表面中部分别形成N型重掺杂Ga2O3源区006和源极007，进而形成了一种垂直结构的功率MOSFET。
基于上述垂直结构的功率MOSFET，本实施例提供了一种垂直结构功率MOSFET大信号等效电路模型，如图2所示，包括：
栅源(GS)等效电路单元100、栅漏(GD)等效电路单元200、漏源(DS)等效电路单元300，以及沟道区热电阻单元400、寄生源区等效电阻Rs501、寄生漏极等效电阻Rd502、寄生栅极等效电阻Rg503。
栅漏等效电路单元200与沟道区热电阻单元400串联，与栅源等效电路单元100并联，形成第一支路；
漏源等效电路单元300并联到第一支路上，形成第二支路；
寄生源区等效电阻Rs501、寄生漏极等效电阻Rd502分别串联到第二支路的两端；
寄生栅极等效电阻Rg503连接到沟道区热电阻单元400上。
栅源等效电路单元100位于栅介质(与栅极接触)端G’和源区(与沟道接触)端S’之间，栅源等效电路单元100由栅源本征电容CGS101、栅源过覆盖电容CGSO102组成，栅源本征电容CGS101和栅源过覆盖电容CGSO102并联于栅介质(与栅极接触)端G’和源区(与沟道接触)端S’之间。
栅漏等效电路单元200位于栅介质(与栅极接触)端G’和漏(极与衬底接触)端D’之间，栅漏等效电路单元200由栅漏本征电容CGD201、栅漏过覆盖电容CGDO202组成，栅漏本征电容CGD201和栅漏过覆盖电容CGDO202并联于栅介质(与栅极接触)端G’和漏(极与衬底接触)端D’之间。
漏源等效电路单元300位于漏(极与衬底接触)端D’和源区(与沟道接触)端S’之间，漏源等效电路单元300由源漏电容CDS301、源漏电流IDS302组成，源漏电容CDS301位于漏(极与衬底接触)端D’和源区(与沟道接触)端S’之间，源漏电流IDS302位于漏(极与衬底接触)端D’和源区(与沟道接触)端S’之间。
沟道区热电阻单元400由沟道中心C到源区之间热电阻Rcs401、沟道中心C到漏极之间热电阻Rcd402、沟道中心C到栅介质之间热电阻Rox403、栅介质与漏极之间热电阻Rgd404、栅介质与源区之间热电阻Rgs405组成，沟道中心C到源区间热电阻Rcs401位于沟道中心C到源区(与沟道接触)端S’之间，沟道中心C到漏极间热电阻Rcd402位于沟道中心C到漏(极与衬底接触)端D’之间，沟道中心C到栅介质间热电阻Rox403位于沟道中心C与栅介质(与栅极接触)端G’之间，栅介质与漏极间热电阻Rgd404位于栅介质(与栅极接触)端G’和漏(极与衬底接触)端D’之间，栅介质与源区间热电阻Rgs405位于栅介质(与栅极接触)端G’和源区(与沟道接触)端S’之间。
寄生源区等效电阻Rs501位于源极S和源区端S’之间。
寄生漏极等效电阻Rd502位于漏极D和漏端D’之间。
寄生栅极等效电阻Rg503位于栅极G和栅介质端G’之间。
本发明建立了可用于集成电路设计的N型掺杂氧化镓(Ga2O3)材料的垂直结构功率MOSFET大信号等效电路模型，能精确反映功率MOSFET器件的物理本质，准确的模拟器件物理特性，具有参数少、提取参数简单的优点，同时可以将所建立的等效电路模型嵌入仿真软件中，适用于功率MOSFET集成电路的仿真与设计。
以上所述的实施例仅是对本发明优选方式进行的描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案做出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。

Claims (8)

1.一种垂直结构功率MOSFET大信号等效电路模型，其特征在于，包括：栅源等效电路单元(100)、栅漏等效电路单元(200)、漏源等效电路单元(300)、沟道区热电阻单元(400)、寄生源区等效电阻Rs(501)、寄生漏极等效电阻Rd(502)、寄生栅极等效电阻Rg(503)；其中，所述栅漏等效电路单元(200)与所述沟道区热电阻单元(400)串联，与所述栅源等效电路单元(100)并联，形成第一支路；所述漏源等效电路单元(300)并联到所述第一支路上，形成第二支路；所述寄生源区等效电阻Rs(501)、寄生漏极等效电阻Rd(502)分别串联到所述第二支路的两端，所述寄生栅极等效电阻Rg(503)连接到所述沟道区热电阻单元(400)上。
2.根据权利要求1所述的垂直结构功率MOSFET大信号等效电路模型，其特征在于，所述栅源等效电路单元(100)包括：栅源本征电容CGS(101)、栅源过覆盖电容CGSO(102)，所述栅源本征电容CGS(101)和所述栅源过覆盖电容CGSO(102)并联于栅介质端G’和源区端S’之间。
3.根据权利要求1所述的垂直结构功率MOSFET大信号等效电路模型，其特征在于，所述栅漏等效电路单元(200)包括：栅漏本征电容CGD(201)、栅漏过覆盖电容CGDO(202)，所述栅漏本征电容CGD(201)和所述栅漏过覆盖电容CGDO(202)并联于栅介质端G’和漏端D’之间。
4.根据权利要求1所述的垂直结构功率MOSFET大信号等效电路模型，其特征在于，所述漏源等效电路单元(300)包括：源漏电容CDS(301)、源漏电流IDS(302)，所述源漏电容CDS(301)和所述源漏电流IDS(302)并联于漏端D’和源区端S’之间。
5.根据权利要求1所述的垂直结构功率MOSFET大信号等效电路模型，其特征在于，所述沟道区热电阻单元(400)包括：热电阻Rcs(401)、热电阻Rcd(402)、热电阻Rox(403)、热电阻Rgd(404)、热电阻Rgs(405)，所述热电阻Rcs(401)位于沟道中心C与源区端S’之间，所述热电阻Rcd(402)位于沟道中心C与漏端D’之间，所述热电阻Rox(403)位于沟道中心C与栅介质端G’之间，所述热电阻Rgd(404)位于栅介质端G’和漏端D’之间，所述热电阻Rgs(405)位于栅介质端G’和源区端S’之间。
6.根据权利要求1所述的垂直结构功率MOSFET大信号等效电路模型，其特征在于，所述寄生源区等效电阻Rs(501)位于源极S和源区端S’之间。
7.根据权利要求1所述的垂直结构功率MOSFET大信号等效电路模型，其特征在于，所述寄生漏极等效电阻Rd(502)位于漏极D和漏端D’之间。
8.根据权利要求1所述的垂直结构功率MOSFET大信号等效电路模型，其特征在于，所述寄生栅极等效电阻Rg(503)位于栅极G和栅介质端G’之间。
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Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20060107246A1 (en) * 2004-11-18 2006-05-18 Akihiro Nakamura Designing method for high-frequency transistor and high-frequency transistor having multi-finger gate
CN103995933A (zh) * 2014-06-18 2014-08-20 上海傲亚微电子有限公司 一种新型晶体管小信号等效电路模型
CN105022878A (zh) * 2015-07-21 2015-11-04 中国科学院上海高等研究院 射频soi-mos变容管衬底模型及其参数提取方法
CN106202627A (zh) * 2016-06-23 2016-12-07 南京展芯通讯科技有限公司 包含本征电感的晶体管小信号等效电路模型及参数提取方法
CN113536723A (zh) * 2021-07-09 2021-10-22 华东师范大学 一种功率器件漏源寄生电容子电路模型及其建模方法
CN113761823A (zh) * 2020-06-02 2021-12-07 无锡华润上华科技有限公司 一种屏蔽栅沟槽mosfet的建模方法

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20060107246A1 (en) * 2004-11-18 2006-05-18 Akihiro Nakamura Designing method for high-frequency transistor and high-frequency transistor having multi-finger gate
CN103995933A (zh) * 2014-06-18 2014-08-20 上海傲亚微电子有限公司 一种新型晶体管小信号等效电路模型
CN105022878A (zh) * 2015-07-21 2015-11-04 中国科学院上海高等研究院 射频soi-mos变容管衬底模型及其参数提取方法
CN106202627A (zh) * 2016-06-23 2016-12-07 南京展芯通讯科技有限公司 包含本征电感的晶体管小信号等效电路模型及参数提取方法
CN113761823A (zh) * 2020-06-02 2021-12-07 无锡华润上华科技有限公司 一种屏蔽栅沟槽mosfet的建模方法
CN113536723A (zh) * 2021-07-09 2021-10-22 华东师范大学 一种功率器件漏源寄生电容子电路模型及其建模方法

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
田野: ""低损耗、高可靠性屏蔽栅功率MOSFET的研究与实现"", 《中国博士学位论文全文数据库（信息科技辑）》, 15 January 2022 (2022-01-15), pages 59 - 60 *

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