宽禁带生态系统：快速开关和颠覆性的仿真环境 – 第二部分

品慧电子讯之前，我们在博客系列《快速开关和颠覆性的仿真生态系统》的第1部分介绍了安森美半导体独一无二的宽禁带生态系统及我们的物理可扩展模型。在这第2部分，我们将介绍我们的碳化硅功率MOSFET模型。

现在介绍该模型的几个元素，如下所示。首先，我们讨论关键通道区域。这里我们使用著名的伯克利BSIM 3v3模型。只要有可能，我们就尽力不做重复工作。在本例中，我们尝试建模一个适合BSIM模型的MOSFET通道。该模型以物理为基础，通过亚阈值、弱反和强反准确地捕捉转换过程。此外，它具有很好的速度和收敛性，广泛适用于多个仿真平台。

图1显示典型的碳化硅MOSFET器件的横截面。图2展示我们精简版本的子电路模型。

接下来，我们需要包含由EPI区域的多晶硅重叠形成的门极到漏极的临界电容CGD。该电容器基本上是高度非线性金属氧化物半导体(MOS)电容器。该电容的耗尽区域依赖于复杂的工艺参数，包括掺杂分布、p阱dpw之间的距离和外延层的厚度。基于物理的模型考虑到所有这些影响，采用SPICE不可知论的行为方法实现。稍后，我们将谈谈什么是SPICE不可知论方法。

从横截面开始，我们将介绍芯片布局可扩展性的一些概念和构造，如图3所示，灰色区域是有源区。蓝色无源区与裸芯边缘、门极焊盘(gate pad)和门极流道(gate runners)相关联。基于物理几何的导子决定了无源区和有源区之间的分布，这是实现可扩展性所必需的。我们非常关注在有源和无源区边界区域形成的寄生电容。一旦您开始忽略布局中的寄生电容，什么时候停止？所有可忽略的电容最终加起来就成了一个问题。在这种情况下无法实现扩展。我们的理念是使寄生电容为0。

碳化硅MOSFET支持非常快的dV/dts，约每纳秒50 V至100 V，而dI/dts则支持每纳秒3 A至6 A。本征器件门极电阻很重要，可用来抗电磁干扰(EMI)。在图3中右边的设计有较少的门极流道，因此RG较高；很好地限制振铃。图3左边的设计有许多门极流道，因此RG较低。左边的设计适用于快速开关，但每个区域有更高的RDSon，因为门极流道吞噬了有源区。

我们在该系列博客的下一篇将谈谈碳化硅功率MOSFET模型验证，请继续关注。

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