JP2009251862A - Simulation circuit for mos transistor - Google Patents
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Abstract
Description
本発明はMOSトランジスタの模擬回路に係り、特に、MOSトランジスタの直流特性を精度良くシミュレーションできるMOSトランジスタの模擬回路に関する。 The present invention relates to a MOS transistor simulation circuit, and more particularly to a MOS transistor simulation circuit capable of accurately simulating the DC characteristics of a MOS transistor.
従来、幾つかのMOSトランジスタの模擬回路が公開されている。例えば、図7は、従来のMOSトランジスタの模擬回路の1例であり、シリコニクス社から公開されている模擬回路である。 Conventionally, several MOS transistor simulation circuits have been disclosed. For example, FIG. 7 shows an example of a conventional MOS transistor simulation circuit, which is a simulation circuit disclosed by Siliconics.
同図に示す模擬回路は、ゲート端子G(31)、ドレイン端子D(32)、及びソース端子S(33)を有している。ゲート端子G(31)はNチャネル横型MOSFET(以下「NMOS」と略称する)2(34)のゲート電極に接続している。ソース端子S(33)はNMOS2(34)のソース電極及びバルク電極に接続している。ドレイン端子D(32)はドレイン抵抗R2(35)を介してNMOS2(34)のドレイン電極に接続している。ゲート端子G(31)とソース端子S(33)との間にはゲート―ソース間容量C2(36)が接続されている。ドレイン端子D(32)とソース端子S(33)との間にはボディダイオードD2(38)が接続されている。ゲート端子G(31)にはPチヤネル横型MOSFET(以下「PMOS」と略称する)1(37)のゲート電極が接続され、このPMOS1(37)のバルク電極はドレイン端子D(32)に接続している。PMOS1(37)のドレイン電極及びソース電極は、PMOS1(37)の寄生ダイオードが動作しないようにするために共にソース端子S(33)に接続している。 The simulation circuit shown in the figure has a gate terminal G (31), a drain terminal D (32), and a source terminal S (33). The gate terminal G (31) is connected to the gate electrode of an N-channel lateral MOSFET (hereinafter abbreviated as “NMOS”) 2 (34). The source terminal S (33) is connected to the source electrode and bulk electrode of the NMOS 2 (34). The drain terminal D (32) is connected to the drain electrode of the NMOS 2 (34) via the drain resistor R2 (35). A gate-source capacitor C2 (36) is connected between the gate terminal G (31) and the source terminal S (33). A body diode D2 (38) is connected between the drain terminal D (32) and the source terminal S (33). A gate electrode of a P-channel lateral MOSFET (hereinafter abbreviated as “PMOS”) 1 (37) is connected to the gate terminal G (31), and a bulk electrode of the PMOS 1 (37) is connected to a drain terminal D (32). ing. The drain electrode and the source electrode of the PMOS 1 (37) are both connected to the source terminal S (33) in order to prevent the parasitic diode of the PMOS 1 (37) from operating.
このMOSトランジスタの模擬回路において、PMOS1(37)はNMOS2(34)のゲート電極とドレイン電極の間に形成された帰還容量としてのみ作用しており、直流特性はNMOS2(34)及びドレイン抵抗R2(35)で決定される。 In this MOS transistor simulation circuit, the PMOS1 (37) acts only as a feedback capacitor formed between the gate electrode and the drain electrode of the NMOS2 (34), and the DC characteristic is the NMOS2 (34) and the drain resistance R2 ( 35).
また、図8は、従来のMOSトランジスタの模擬回路の他の1例であり、IR社から公開されている模擬回路である。
図8に示すMOSトランジスタの模擬回路も、図7に示す模擬回路と同様に、ゲート端子G(41)、ドレイン端子D(42)、及びソース端子S(43)を有している。ゲート端子G(41)はゲート抵抗R3(44)を介してNMOS3(45)のゲート電極に、ドレイン端子D(42)はドレイン抵抗R4(46)を介してNMOS3(45)のドレイン電極に、ソース端子S(43)はソース抵抗R5(47)を介してNMOS3(45)のソース電極に接続している。ドレイン端子D(42)とソース端子S(43)との間にはボディダイオードD3(48)及び抵抗R6(49)が並列に接続されている。NMOS3(45)のゲート電極とドレイン電極との間には、電圧制御型電圧源、電流制御型電流源、及びコンデンサなどで構成された帰還容量模擬回路CGD1(50)が接続されている。
FIG. 8 shows another example of a conventional MOS transistor simulation circuit, which is a simulation circuit disclosed by IR.
The MOS transistor simulation circuit shown in FIG. 8 has a gate terminal G (41), a drain terminal D (42), and a source terminal S (43), similarly to the simulation circuit shown in FIG. The gate terminal G (41) is connected to the gate electrode of the NMOS 3 (45) via the gate resistor R3 (44), and the drain terminal D (42) is connected to the drain electrode of the NMOS 3 (45) via the drain resistor R4 (46). The source terminal S (43) is connected to the source electrode of the NMOS 3 (45) via the source resistor R5 (47). A body diode D3 (48) and a resistor R6 (49) are connected in parallel between the drain terminal D (42) and the source terminal S (43). Between the gate electrode and the drain electrode of the NMOS 3 (45), a feedback capacitance simulation circuit CGD1 (50) constituted by a voltage control type voltage source, a current control type current source, a capacitor and the like is connected.
図8に示す従来のMOSトランジスタの模擬回路において、CGD1(50)はNMOS3(45)の帰還容量としてのみ作用するため、直流特性はNMOS3(45)及び抵抗R3(44),R4(46),R5(47),R6(49)で決定される。 In the conventional MOS transistor simulation circuit shown in FIG. 8, since the CGD1 (50) acts only as a feedback capacitor of the NMOS 3 (45), the DC characteristics are NMOS 3 (45) and resistors R3 (44), R4 (46), It is determined by R5 (47) and R6 (49).
図9は、従来のMOSトランジスタの模擬回路の他の1例を示すものであり、以下の特許文献1に開示された模擬回路である。図9に示す模擬回路は、図8に示すIR社公開の模擬回路と同様に、ゲート端子G(51)、ドレイン端子D(52)、ソース端子S(53)を有している。ゲート電極G(51)はゲート抵抗R7(54)を介してNMOS4(55)のゲート電極に、ドレイン端子D(52)はドレイン抵抗R8(56)を介してNMOS4(55)のドレイン電極に接続されている。ソース端子S(53)はNMOS4(55)のソース電極に接続されている。NMOS4(55)のゲート電極とソース電極との間にはゲート―ソース間容量C3(57)が接続されている。ドレイン端子D(52)とソース端子S(53)との間にはボディダイオードD4(58)が接続されている。ドレイン端子D(52)とNMOS4(55)のゲート電極との間には、図8に示す回路構成とは異なる帰還容量模擬回路CGD2(59)が接続されている。このMOSトランジスタの模擬回路で模擬されるMOSトランジスタにおいても、直流特性は、NMOS4(55)及び抵抗R7(54),R8(56)で決定されることになる。
ところで、上記背景技術で述べた従来のMOSトランジスタの模擬回路(図7〜9)にあっては、ドレイン−ゲート間にMOSトランジスタの帰還容量を模擬する等価回路を設け、過渡特性のシミュレーション精度を向上させている。このような模擬回路(図7〜9に示す模擬回路)にあっては、一定ゲート電圧を印加した時のドレイン−ソース間電圧とドレイン電流との関係を示す直流特性は、NMOSと、NMOSに直列に接続した抵抗の値とで定まるものである。 By the way, in the conventional MOS transistor simulation circuit (FIGS. 7 to 9) described in the above background art, an equivalent circuit for simulating the feedback capacitance of the MOS transistor is provided between the drain and the gate to improve the simulation accuracy of the transient characteristics. It is improving. In such a simulation circuit (simulation circuits shown in FIGS. 7 to 9), the direct current characteristics indicating the relationship between the drain-source voltage and the drain current when a constant gate voltage is applied have NMOS and NMOS characteristics. It is determined by the resistance value connected in series.
図10は、従来のMOSトランジスタの模擬回路での直流特性シミュレーション結果と縦型MOSトランジスタの実測結果との比較を示すグラフ図である。
しかしながら、従来のMOSトランジスタの模擬回路での直流特性シミュレーション結果と縦型MOSトランジスタの実測結果との比較(図10参照)においては、ゲート電圧が低い場合にはシミュレーション結果と実測値とがほぼ一致するのに対し、ゲート電圧が高くなるに連れて、シミュレーション結果においては実測結果以上の出力電流が流れ、特に飽和領域ではシミュレーション結果と実測結果とに大きな差が生じていることが明らかとなっている。
FIG. 10 is a graph showing a comparison between a DC characteristic simulation result in a conventional MOS transistor simulation circuit and an actual measurement result of a vertical MOS transistor.
However, in the comparison between the DC characteristic simulation result in the conventional MOS transistor simulation circuit and the actual measurement result of the vertical MOS transistor (see FIG. 10), when the gate voltage is low, the simulation result almost coincides with the actual measurement value. On the other hand, as the gate voltage becomes higher, the output current more than the actual measurement result flows in the simulation result, and it is clear that there is a big difference between the simulation result and the actual measurement result especially in the saturation region. Yes.
これは縦型MOSFETが持つ内部のドリフト層のJFET抵抗によるものであり、このJFET抵抗はゲート−エミッタ間の電圧や、コレクタ―エミッタ間の電圧によって変化するものである。この事実から明らかなように、従来の模擬回路(図7〜9)では、前述のJFET抵抗の変化は、NMOSに備えさせたパラメータでは模擬することができないため、従来のMOSトランジスタの模擬回路では精度の良い直流特性のシミュレーションができないという問題点があった。 This is due to the JFET resistance of the internal drift layer of the vertical MOSFET, and this JFET resistance varies depending on the gate-emitter voltage and the collector-emitter voltage. As is apparent from this fact, in the conventional simulation circuit (FIGS. 7 to 9), the change in the JFET resistance cannot be simulated by the parameters provided in the NMOS. There was a problem that it was impossible to simulate DC characteristics with high accuracy.
本発明は、上記従来の問題点に鑑みてなされたものであって、MOSトランジスタの直流特性を精度良くシミュレーションできるMOSトランジスタの模擬回路を提供することを目的としている。 The present invention has been made in view of the above-described conventional problems, and an object thereof is to provide a MOS transistor simulation circuit capable of accurately simulating the DC characteristics of a MOS transistor.
上記課題を解決するために、本発明に係るMOSトランジスタの模擬回路は、ゲート端子、ドレイン端子、及びソース端子を有するMOSトランジスタの模擬回路において、ドレイン電極が前記ドレイン端子に接続され、かつソース電極及びバルク電極が前記ソース端子に接続されている横型MOSFET模擬回路と、前記横型MOSFET模擬回路と並列にアノードが前記ソース端子に接続され、かつカソードが前記ドレイン端子に接続されているボディダイオードと、前記ゲート端子と前記ソース端子との間に接続された抵抗と、入力側と出力側との間が絶縁されており、前記抵抗の両端の電圧を入力として所望の電圧を前記横型MOSFET模擬回路のゲート電極―ソース電極間に印加する電圧制御型電圧源と、を具備したことを特徴とする。 In order to solve the above-described problems, a MOS transistor simulation circuit according to the present invention is a MOS transistor simulation circuit having a gate terminal, a drain terminal, and a source terminal, wherein a drain electrode is connected to the drain terminal, and A lateral MOSFET simulation circuit in which a bulk electrode is connected to the source terminal; a body diode in which an anode is connected to the source terminal and a cathode is connected to the drain terminal in parallel with the lateral MOSFET simulation circuit; The resistor connected between the gate terminal and the source terminal is insulated from the input side and the output side, and the voltage at both ends of the resistor is input to obtain a desired voltage of the lateral MOSFET simulation circuit. A voltage-controlled voltage source that is applied between the gate electrode and the source electrode. To.
また、前記MOSトランジスタの模擬回路において、前記ゲート端子と前記ソース端子との間に接続される素子を、前記抵抗からコンデンサに置き換えることを特徴とする。
また、前記MOSトランジスタの模擬回路において、ドレイン電流の平方根をゲート―ソース間の電圧値で微分した微分値と前記ゲート―ソース間の電圧値との関係を示す特性(以下、「d(√ID)/d(VGS)―VGS特性」と呼称する)のシミュレーション結果が、実測のd(√ID)/d(VGS)―VGS特性と一致するように電圧制御型電圧源の電圧を決定する変換式を定義したことを特徴とする。
In the MOS transistor simulation circuit, an element connected between the gate terminal and the source terminal is replaced with a capacitor from the resistor.
In the MOS transistor simulation circuit, a characteristic indicating the relationship between the differential value obtained by differentiating the square root of the drain current with the voltage value between the gate and the source and the voltage value between the gate and the source (hereinafter referred to as “d (√ID ) / D (VGS) −VGS characteristic ”) is determined so that the simulation result matches the measured d (√ID) / d (VGS) −VGS characteristic. It is characterized by defining an expression.
さらに、本発明は、前記MOSトランジスタの模擬回路を、表面部分のMOSトランジスタ構造の模擬回路として使用した、IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)を範疇に含む半導体素子の模擬回路を提供するものである。 Furthermore, the present invention provides a semiconductor device simulation circuit that includes an IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor) in the category, in which the MOS transistor simulation circuit is used as a MOS circuit structure simulation circuit on the surface portion.
以上説明したように、本発明のMOSトランジスタの模擬回路によれば、ゲート端子に入力される電圧を電圧制御型電圧源で所望の電圧に変換し、横型MOSFET模擬回路のゲート電極に入力することにより、直流特性のシミュレーション結果が実測結果とフィッティングするMOSトランジスタ模擬回路を提供できる効果がある。 As described above, according to the MOS transistor simulation circuit of the present invention, the voltage input to the gate terminal is converted to a desired voltage by the voltage control type voltage source and input to the gate electrode of the lateral MOSFET simulation circuit. Thus, there is an effect that it is possible to provide a MOS transistor simulation circuit in which a DC characteristic simulation result is fitted to an actual measurement result.
さらに、電圧制御型電圧源に並列に接続された抵抗(検出用抵抗)をコンデンサ(検出用コンデンサ)に置き換えることにより、この検出用コンデンサを、ゲート―ソース間のゲート容量としても作用させるので、上記直流特性の改善効果に加えて、過渡特性のフィッティング精度を向上させる効果がある。 Furthermore, by replacing the resistor (detection resistor) connected in parallel with the voltage-controlled voltage source with a capacitor (detection capacitor), this detection capacitor also acts as a gate capacitance between the gate and source. In addition to the effect of improving the DC characteristics, there is an effect of improving the fitting accuracy of the transient characteristics.
また、電圧制御型電圧源のゲート電圧の変換式を、実測のd(√ID)/d(VGS)―VGS特性から算出することにより、シミュレーション結果が実測値とフィッティングするMOSトランジスタの模擬回路を簡便に構築することができる効果がある。 In addition, by calculating the conversion formula of the gate voltage of the voltage control type voltage source from the actually measured d (√ID) / d (VGS) -VGS characteristic, the simulation circuit of the MOS transistor for fitting the simulation result to the actually measured value can be obtained. There is an effect that can be easily constructed.
さらに、本発明に係るMOSトランジスタの模擬回路を、他の半導体素子のMOS構造部模擬回路に適用することにより、例えばMOS構造を持つIGBTなどの他の半導体素子についても、直流特性のシミュレーション結果を実測結果とフィッティングさせることが可能となる効果がある。 Furthermore, by applying the MOS transistor simulation circuit according to the present invention to the MOS structure simulation circuit of another semiconductor element, the simulation results of the DC characteristics can be obtained for other semiconductor elements such as IGBTs having a MOS structure. There is an effect that the measurement result can be fitted.
本発明に係るMOSトランジスタの模擬回路は、横型MOSFETの模擬回路と、当該横型MOSFETの模擬回路のゲート電極に接続された電圧制御型電圧源と、当該電圧制御型電圧源の入力側に並列に接続された電圧検知用デバイス(抵抗またはコンデンサ)とを備えて構成されるものであるが、前記ゲート端子に印加された電圧を前記電圧検知用デバイス及び前記電圧制御型電圧源で所望の電圧に変換し、前記ゲートに印加することにより、実測結果に則した直流特性のシミュレーション結果を得ることができるようにしている。 A MOS transistor simulation circuit according to the present invention includes a lateral MOSFET simulation circuit, a voltage control type voltage source connected to the gate electrode of the lateral MOSFET simulation circuit, and an input side of the voltage control voltage source in parallel. A voltage detection device (resistor or capacitor) connected to the gate terminal, and the voltage applied to the gate terminal is changed to a desired voltage by the voltage detection device and the voltage controlled voltage source. By converting and applying to the gate, it is possible to obtain a simulation result of DC characteristics in accordance with the actual measurement result.
以下、本発明のMOSトランジスタの模擬回路の最良の実施形態について、〔第1の実施形態〕〜〔第4の実施形態〕の順に図面を参照して詳細に説明する。
〔第1の実施形態〕
図1は、本発明の第1の実施形態に係るMOSトランジスタの模擬回路の回路図である。
The best mode of the MOS transistor simulation circuit of the present invention will be described below in detail in the order of [First Embodiment] to [Fourth Embodiment] with reference to the drawings.
[First Embodiment]
FIG. 1 is a circuit diagram of a MOS transistor simulation circuit according to the first embodiment of the present invention.
同図において、本実施形態のMOSトランジスタの模擬回路は、まず、端子として、ゲート端子G(1)と、ドレイン端子D(2)と、ソース端子S(3)とを有している。
ドレイン端子D(2)はノードN3(4)に接続され、ノードN3(4)には横型MOSFET模擬回路であるNMOS1(5)のドレイン電極が接続されている。NMOS1(5)のソース電極及びバルク電極はノードN4(6)に接続され、ノードN4(6)はソース端子S(3)に接続されている。ノードN3(4)にはボディダイオードD1(7)のカソードが接続されており、ボディダイオードD1(7)のアノードはノードN4(4)に接続されている。
In the figure, the MOS transistor simulation circuit of this embodiment first has a gate terminal G (1), a drain terminal D (2), and a source terminal S (3) as terminals.
The drain terminal D (2) is connected to the node N3 (4), and the drain electrode of the NMOS 1 (5) which is a lateral MOSFET simulation circuit is connected to the node N3 (4). The source electrode and bulk electrode of the NMOS 1 (5) are connected to the node N4 (6), and the node N4 (6) is connected to the source terminal S (3). The cathode of the body diode D1 (7) is connected to the node N3 (4), and the anode of the body diode D1 (7) is connected to the node N4 (4).
また、ゲート端子G(1)はノードN1(8)に接続されている。ノードN1(8)とノードN4(6)との間には電圧検出用抵抗R1(9)が接続されている。また、ノードN1(8)には電圧制御型電圧源EGD1(10)のプラス入力端子(+)が接続されており、さらにノードN4(6)には電圧制御型電圧源EGD1(10)のマイナス入力端子(一)が接続されている。さらに、電圧制御型電圧源EGD1(10)のマイナス出力端子(−)はノードN4(6)に接続されており、また、電圧制御型電圧源EGD1(10)のプラス出力端子(十)はノードN2(11)に接続されている。ノードN2(11)には横型MOSFET模擬回路NMOS1(5)のゲート電極が接続されている。これらの横型MOSFET模擬回路NMOS1(5)、ボディダイオードD1(7)、及び電圧検出用抵抗R1(9)と、電圧制御型電圧源EGD1(10)とで、本発明に係るMOSトランジスタの模擬回路の全体が構成されている。 The gate terminal G (1) is connected to the node N1 (8). A voltage detection resistor R1 (9) is connected between the node N1 (8) and the node N4 (6). Further, the positive input terminal (+) of the voltage controlled voltage source EGD1 (10) is connected to the node N1 (8), and the negative of the voltage controlled voltage source EGD1 (10) is connected to the node N4 (6). The input terminal (one) is connected. Further, the minus output terminal (−) of the voltage controlled voltage source EGD1 (10) is connected to the node N4 (6), and the plus output terminal (ten) of the voltage controlled voltage source EGD1 (10) is connected to the node. N2 (11). The gate electrode of the lateral MOSFET simulation circuit NMOS1 (5) is connected to the node N2 (11). These lateral MOSFET simulation circuit NMOS1 (5), body diode D1 (7), voltage detection resistor R1 (9), and voltage control type voltage source EGD1 (10), the MOS transistor simulation circuit according to the present invention The whole is composed.
以下、本実施形態のMOSトランジスタの模擬回路の動作特性について説明する。
電圧制御型電圧源EGD1(10)は、入力側と出力側とが絶縁され、ゲート端子Gとソース端子Sとの間のゲート―ソース間電圧VGSを入力して任意の出力電圧V1を出力する。この出力電圧V1が横型MOSFET模擬回路NMOS1(5)のゲート電極―ソース電極間に印加されることにより、シミュレーション結果としての、ドレイン端子Dとソース端子Sとの間のドレイン―ソース間電圧VDS及びドレイン電流IDが決定される。
The operating characteristics of the MOS transistor simulation circuit of this embodiment will be described below.
The voltage control type voltage source EGD1 (10) has an input side and an output side insulated from each other, inputs a gate-source voltage VGS between the gate terminal G and the source terminal S, and outputs an arbitrary output voltage V1. . By applying this output voltage V1 between the gate electrode and the source electrode of the lateral MOSFET simulation circuit NMOS1 (5), a drain-source voltage VDS between the drain terminal D and the source terminal S as a simulation result and The drain current ID is determined.
ここで、前述のシミュレーション結果としてのドレイン―ソース間電圧VDSとドレイン電流IDとが、それぞれ実測のドレイン―ソース間電圧VDSとドレイン電流IDに一致するように、電圧制御型電圧源(10)の出力電圧V1を設定することにより、直流特性の実測とシミュレーション結果とを精度良く一致させる。なお、この電圧制御型電圧源(10)による電圧変換は、式で実現してもよく、或いはテーブルを参照することで実現しても良い。
〔第2の実施形態〕
図2は、本発明の第2の実施形態に係るMOSトランジスタの模擬回路の回路図である。同図において、本発明の第1の実施形態に係るMOSトランジスタの模擬回路(図1)と重複する部分には同一の符号を附して説明を省略する。
Here, the drain-source voltage VDS and the drain current ID as the above-described simulation results match the measured drain-source voltage VDS and the drain current ID, respectively. By setting the output voltage V1, the actual measurement of the DC characteristic and the simulation result are matched with high accuracy. The voltage conversion by the voltage control type voltage source (10) may be realized by an equation or may be realized by referring to a table.
[Second Embodiment]
FIG. 2 is a circuit diagram of a MOS transistor simulation circuit according to the second embodiment of the present invention. In the figure, the same reference numerals are given to the same parts as those in the MOS transistor simulation circuit (FIG. 1) according to the first embodiment of the present invention, and the description thereof is omitted.
同図において、本実施形態のMOSトランジスタの模擬回路は、本発明の第1の実施形態で示したMOSトランジスタの模擬回路のうち、ノードN1とノードN4との間に接続した電圧検出用抵抗R1を電圧検出用コンデンサC1に置き換えている。 In the figure, the MOS transistor simulation circuit of this embodiment is a voltage detection resistor R1 connected between a node N1 and a node N4 in the MOS transistor simulation circuit shown in the first embodiment of the present invention. Is replaced with a voltage detection capacitor C1.
以下、本実施形態のMOSトランジスタの模擬回路の動作特性について説明する。
この電圧検出用コンデンサC1(12)は過渡特性に大きく影響するゲート―ソース間のゲート容量としても機能するため、このコンデンサC1(12)により直流特性のフィッティング精度の向上と共に過渡特性のフィッティング精度の向上も実現可能となる。
〔第3の実施形態〕
本発明の第3の実施形態に係るMOSトランジスタの模擬回路の回路図は、第1の実施形態に係るMOSトランジスタの模擬回路、及び第2の実施形態に係るMOSトランジスタの模擬回路と同じである。但し、電圧制御型電圧源EGD1の入力電圧VGBと出力電圧V1との間の電圧変換式を、実測のd(√ID)/(VGS)―VGS特性を用いて導出する。導出方法は以下のとおりである。
The operating characteristics of the MOS transistor simulation circuit of this embodiment will be described below.
Since the voltage detection capacitor C1 (12) also functions as a gate capacitance between the gate and the source that greatly affects the transient characteristics, the capacitor C1 (12) improves the fitting accuracy of the DC characteristics and improves the fitting accuracy of the transient characteristics. Improvements can also be realized.
[Third Embodiment]
The circuit diagram of the MOS transistor simulation circuit according to the third embodiment of the present invention is the same as the MOS transistor simulation circuit according to the first embodiment and the MOS transistor simulation circuit according to the second embodiment. . However, a voltage conversion equation between the input voltage VGB and the output voltage V1 of the voltage control type voltage source EGD1 is derived using the actually measured d (√ID) / (VGS) -VGS characteristic. The derivation method is as follows.
まず、このMOSトランジスタの模擬回路において、横型MOSFET模擬回路NMOS1(5)のゲート電極−ソース電極間に印加される電圧V1とドレイン電流IDとの飽和領域における関係は、(1)式で定義される。 First, in this MOS transistor simulation circuit, the relationship in the saturation region between the voltage V1 applied between the gate electrode and the source electrode of the lateral MOSFET simulation circuit NMOS1 (5) and the drain current ID is defined by equation (1). The
上記の方法で電圧変換式を導出した模擬回路について、直流特性を実測値とシミュレーション値とで比較した結果は、図4のグラフ図で示される。図4は、電圧変換式を導出した模擬回路の直流特性を、実測値とシミュレーション値との比較で示したグラフ図である。電圧変換を行わない場合に比べ、高VG(高いゲート電圧)の領域で、実測とシミュレーションとの誤差がかなり低減されている効果が理解できよう。
〔第4の実施形態〕
第1の実施形態乃至第3の実施形態はMOSトランジスタの模擬回路に係る実施形態であったが、本実施形態は、本発明に係るMOSトランジスタの模擬回路を、MOS構造を有する他の半導体素子(ここではIGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor))に対して応用したものである。まず、IGBTの一般的な等価回路を図5に示す。
The graph of FIG. 4 shows the result of comparing the DC characteristics of the simulated circuit in which the voltage conversion equation is derived by the above method with the actual measurement value and the simulation value. FIG. 4 is a graph showing the direct current characteristics of the simulation circuit from which the voltage conversion equation is derived by comparing the measured value with the simulated value. It can be understood that the error between the actual measurement and the simulation is considerably reduced in the region of high VG (high gate voltage) as compared with the case where voltage conversion is not performed.
[Fourth Embodiment]
The first to third embodiments are embodiments related to the MOS transistor simulation circuit. However, in this embodiment, the MOS transistor simulation circuit according to the present invention is replaced with another semiconductor element having a MOS structure. (Here, it is applied to IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor)). First, a general equivalent circuit of an IGBT is shown in FIG.
図5は、IGBTの一般的な等価回路である。このIGBTの表面構造はMOS構造となっており、IGBTの模擬回路はMOSトランジスタの模擬回路とBJT(Bipolar Junction Transistor)模擬回路とを組み合わせて構成される。 FIG. 5 is a general equivalent circuit of an IGBT. The surface structure of the IGBT has a MOS structure, and the IGBT simulation circuit is configured by combining a MOS transistor simulation circuit and a BJT (bipolar junction transistor) simulation circuit.
図6は、本発明の第4の実施形態に係るIGBTの模擬回路の回路図である。
同図に示すように、IGBTの模擬回路のうち、MOSトランジスタ部分(横型MOSFET模擬回路NMOS5(24))に本発明に係るMOSトランジスタの模擬回路を適用している。
FIG. 6 is a circuit diagram of an IGBT simulation circuit according to the fourth embodiment of the present invention.
As shown in the figure, the MOS transistor simulation circuit according to the present invention is applied to the MOS transistor portion (lateral MOSFET simulation circuit NMOS5 (24)) in the IGBT simulation circuit.
これにより、これまでのIGBTの模擬回路に比べて直流特性の精度を向上することが可能となる。 As a result, it is possible to improve the accuracy of the direct current characteristics as compared with conventional IGBT simulation circuits.
本発明は、MOSトランジスタ及びMOSトランジスタ構造を持つIGBT等の半導体素子のSPICE(Simulation Program Integrated Circuit Emphasis)等のシミュレータを用いたシミュレーションにおいて、好適な直流特性をシミュレーションできるMOSトランジスタ模擬回路の構築や、MOSトランジスタ構造を持つIGBT等の半導体素子の模擬回路等の構築に適用可能である。 The present invention provides a MOS transistor simulation circuit capable of simulating suitable DC characteristics in a simulation using a simulator such as SPICE (Simulation Program Integrated Circuit Emphasis) of a semiconductor element such as an IGBT having a MOS transistor and a MOS transistor structure, The present invention can be applied to the construction of a simulation circuit of a semiconductor element such as an IGBT having a MOS transistor structure.
1 ゲート端子G
2 ドレイン端子D
3 ソース端子S
4 ノードN3
5 NMOS1
6 ノードN4
7 ボディダイオード
8 ノードN1
9 電圧検知用抵抗R1
10 電圧制御型電圧源EGD1
11 ノードN2
12 電圧検知用コンデンサC1
21 ゲート端子G
22 コレクタ端子C
23 エミツタ端子
24 NMOS5
25 バイポーラトランジスタ(pnp-Tr1)
26 電圧検知用抵抗R1
27 電圧制御型電圧源EGD1
1 Gate terminal G
2 Drain terminal D
3 Source terminal S
4 Node N3
5 NMOS1
6 Node N4
7 Body diode 8 Node N1
9 Resistance R1 for voltage detection
10 Voltage controlled voltage source EGD1
11 Node N2
12 Voltage detection capacitor C1
21 Gate terminal G
22 Collector terminal C
23 Emitter terminal 24 NMOS5
25 Bipolar Transistor (pnp-Tr1)
26 Resistance R1 for voltage detection
27 Voltage controlled voltage source EGD1
Claims (4)
ドレイン電極が前記ドレイン端子に接続され、かつソース電極及びバルク電極が前記ソース端子に接続されている横型MOSFET模擬回路と、
前記横型MOSFET模擬回路と並列にアノードが前記ソース端子に接続され、かつカソードが前記ドレイン端子に接続されているボディダイオードと、
前記ゲート端子と前記ソース端子との間に接続された抵抗と、
入力側と出力側との間が絶縁されており、前記抵抗の両端の電圧を入力として所望の電圧を前記横型MOSFET模擬回路のゲート電極―ソース電極間に印加する電圧制御型電圧源と、
を具備したことを特徴とするMOSトランジスタの模擬回路。 In a simulated circuit of a MOS transistor having a gate terminal, a drain terminal, and a source terminal,
A lateral MOSFET simulation circuit in which a drain electrode is connected to the drain terminal, and a source electrode and a bulk electrode are connected to the source terminal;
A body diode having an anode connected to the source terminal and a cathode connected to the drain terminal in parallel with the lateral MOSFET simulation circuit;
A resistor connected between the gate terminal and the source terminal;
A voltage-controlled voltage source that is insulated between the input side and the output side, and that applies a voltage across the resistor as an input to apply a desired voltage between the gate electrode and the source electrode of the lateral MOSFET simulation circuit;
A MOS transistor simulation circuit comprising:
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