About SPICE Model of Power MOSFET

1. Power MOSFETのスパイスモデル 株式会社ビー・テクノロジーhttp://www.bee-tech.com/horigome@bee-tech.com 1 Copyright (C) Bee Technologies Inc. 2011 1.パワーMOSFETのスパイスモデル1.1 スタンダードモデル(パラメータモデル)1.2 プロフェッショナルモデル (ミラー容量を考慮した等価回路モデル) 2011年4月21日(木曜日)

2. Power MOSFETのスパイスモデルの推移 MOSFET LEVEL=3(共通) ミラー効果がない(スタンダードモデル) ミラー効果がある(プロフェッショナルモデル) ミラー効果が影響する電気的特性は、 「ゲートチャージ特性」->「スイッチング特性」 2 Copyright (C) Bee Technologies Inc. 2011

3. Power MOSFETのスパイスモデルの推移 3 Copyright (C) Bee Technologies Inc. 2011 デバイスモデリング教材をご活用下さい(12種類)

4. Power MOSFETのスパイスモデルの種類 4 Copyright (C) Bee Technologies Inc. 2011

5. Power MOSFETのスパイスモデル 5 Copyright (C) Bee Technologies Inc. 2011 MOSFET LEVEL LEVEL=1 Shichman-Hodges Model LEVEL=2 形状に基づいた解析モデル LEVEL=3 半経験則短チャネルモデル LEVEL=4 BSIM Model LEVEL=6 BSIM3 MODEL ・・・・・・・ ・・ MOSFET LEVEL=3 半経験則短チャネルモデルの特徴 (1)2次元的な電位分布によるデバイスの長さ及び幅に対してスレッシュホルド電圧 が敏感に影響を受ける。 (2)ドレインが誘起するBarrier loweringによるドレイン電圧に対してのスレッシュ ホルド電圧の考慮。 (3)リニア領域と飽和領域との間での緩やかな変化及びホットエレクトロンの速度 飽和によって若干減少する飽和電圧、飽和電流の考慮。

6. Power MOSFETのスパイスモデル 6 Copyright (C) Bee Technologies Inc. 2011 MOSFET LEVEL=3

7. Power MOSFETのスパイスモデルの種類の相違点 7 Copyright (C) Bee Technologies Inc. 2011 MOSFET LEVEL=3 MODEL Bee Technologies MODEL(Professional)

8. ミラー容量補正回路の考え方 8 Copyright (C) Bee Technologies Inc. 2011 Fig.1の回路図でコンデンサCoにdV/dtなる 立ち上がりを持つ電圧を印加すると流れる 電流は、(1)式になります。 ・・・・・・・・・・(1) Fig.1 ここで基準容量Crefを外部電圧VINで制御出来る電圧制御可変容量は、 (2)式になります。 ・・・・・・・・・・(2) Cref:固定値

9. ミラー容量補正回路の考え方 9 Copyright (C) Bee Technologies Inc. 2011 (2)式を満足させる等価回路図(Fig.2)は下記になります。 Fig.2 ・・・・・・・・・・(3) R2をI2に影響しない微少抵抗(1E-6)とし、IoをC(VIN)に流れる電流と考慮 すると(4)式で表現出来ます。 ・・・・・・・・・・(4)

10. ミラー容量補正回路の考え方 10 Copyright (C) Bee Technologies Inc. 2011 (2),(3),(4)式から ・・・・・・・・・・(5) R1はABM/Iなるアナログビヘイビアモデルを使用し、(5)式を満足すれば ・・・・・・・・・・(6) R1は高抵抗(1E6)とする

11. ミラー容量補正回路の考え方 11 Copyright (C) Bee Technologies Inc. 2011 C(VIN)は(2)式のように外部電圧VINによって制御出来ます。 C(VIN)>Crefの時、(5)式に従いI1は増加します C(VIN)=Crefの時、I1=0 C(VIN)<Crefの時、 (5)式に従いI1はマイナスになります Fig.3

12. ミラー容量補正回路の考え方 12 Copyright (C) Bee Technologies Inc. 2011 電圧制御可変容量の等価回路を応用し、ミラー容量に適応させます。 MOSFETのVdg-Cdg特性はFig.4のような特性を示します。 Fig.4

13. ミラー容量補正回路の考え方 13 Copyright (C) Bee Technologies Inc. 2011 Vdgが0からVdssの区間ではFig.4に示される式にVdg-C(Vdg)特性は依存 し、Vdgがマイナスの区間では容量はCoで一定になります。 Fig.5のように制御システムを考慮 すると、Vdgを検出するとETABLE により、Vdgに0～Vdssのリミッタを かけます Fig.5

14. ミラー容量補正回路の考え方 14 Copyright (C) Bee Technologies Inc. 2011 ・・・・・・・・・・(7) (7)式はVdgが0以下ではCoが一定となります。EVALUEにより、 (7)式によるC(Vdg)を、 ・・・・・・・・・・(8) と考え、制御電圧発生回路の出力と考えます。この電圧により、容量可変回路を制御すればABM/Iの電流はVdgにより、(8)式に従って変化するのでミラー容量を補正する事が可能になります。

15. ミラー容量補正回路の考え方 15 Copyright (C) Bee Technologies Inc. 2011 M1：MOSFET LEVEL=3 MODEL ミラー容量が表現出来るパワーMOSFETモデルの等価回路図 (Bee Technologies Model) プロフェッショナルモデル

16. Power MOSFETのスパイスモデル 16 Copyright (C) Bee Technologies Inc. 2011 *$ *PART NUMBER: SPW11N60CFD *MANUFACTURER: Infineon Technologies *VDSS=650V, ID=11A *All Rights Reserved Copyright (c) Bee Technologies Inc. 2010 .SUBCKT SPW11N60CFD_Dsp 1 2 3 X_U1 1 2 3 M11N60CFD_P X_U2 3 1 D11N60CFD_sp .ENDS *$ .SUBCKT M11N60CFD_P D G S CGD 1 G 3300p R1 1 G 10MEG S1 1 D G D SMOD1 D1 2 D DGD R2 D 2 10MEG S2 2 G D G SMOD1 M1 D G S S M11N60CFD .MODEL SMOD1 VSWITCH( VON=0V VOFF=-10mV RON=1m ROFF=1E12) .MODEL DGD D( CJO=1.317E-9 M=5.777 VJ=0.3905 ) .MODEL M11N60CFD NMOS + LEVEL=3 + L=2.8900E-6 W=.82 KP=20.624E-6 ・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・ ・・・・・・・・・(省略)・・・・・・・・・・ ・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・ + CBD=1.0000E-9 MJ=1.8680 + PB=.42 RG=0.1 RB=1.0000E-3 + GAMMA=0 KAPPA=0 + IS=1.0000E-15 N=5 RB=1 .ENDS *$

17. 回路解析シミュレーション及びデバイスモデリングの情報提供 デバイスモデリング研究所(http://beetech-icyk.blogspot.com/) 17 Copyright (C) Bee Technologies Inc. 2011

18. Bee Technologies Group デバイスモデリング スパイス・パーク(スパイスモデル・ライブラリー) デザインキット コンセプトキット(準備中) デバイスモデリング教材 【本社】 株式会社ビー・テクノロジー 〒105-0012 東京都港区芝大門二丁目2番7号 7セントラルビル4階 代表電話: 03-5401-3851 設立日:2002年9月10日 資本金:8,830万円 【子会社】 Bee Technologies Corporation (アメリカ) Siam Bee Technologies Co.,Ltd. (タイランド) 本ドキュメントは予告なき変更をする場合がございます。 ご了承下さい。また、本文中に登場する製品及びサービスの名称は全て関係各社または個人の各国における商標または登録商標です。本原稿に関するお問い合わせは、当社にご連絡下さい。 お問合わせ先) info@bee-tech.com 18 Copyright (C) Bee Technologies Inc. 2011