高压VDMOS物理模型及其等效电路模型的研究与应用

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彩色等离子显示器(PDP)作为新一代的显示技术具有非常广阔的应用前景,其专用驱动芯片中应用的高压VDMOS器件和功率集成电路都需要自主研发,芯片制造商也没有成熟的模型支持,所以,建立用于电路仿真的高压VDMOS器件模型成为电路设计成败的关键。 本文深入研究了高压VDMOS器件内部物理机制,在此基础上,建立了高压VDMOS的物理模型。其中,对VDMOS双扩散的沟道区,本文提出了更为符合沟道区中实际情况的假设,即沟道区中横向电场为线性分布而非常数,基于此假设,本文用解析方法求解了沟道区中的横向电场与横向电压分布,从而建立了一个更加稳定有效的VDMOS沟道区模型;对VDMOS的漂移区,根据其电场分布特点和电场对电子迁移率的影响等多方面的考虑,给出了VDMOS物理模型中的关于漂移区纵向电场的微分方程,该方程可以更好地描述漂移区电场分布,更为重要的是,该微分方程虽然较为复杂,但是本文依然用解析方法在整个漂移区范围内求解了该微分方程,而且在电子流动横截面积发生变化的部分中,求解该微分方程而得到的电场分布,没有忽略电子密度分布对电场分布的影响,因此得到了一个更为精确有效的VDMOS漂移区模型。 基于本文的VDMOS物理模型,细致分析了VDMOS中各种电荷分布变化,各种寄生效应,以及漂移区电子流向变化,温度变化和元胞形状等因素的影响,提出了一个VDMOS的等效电路模型。该等效电路模型物理意义完整,精度高,收敛性好,并且考虑了PDP行驱动芯片中VDMOS器件的特殊结构和应用环境。 为了将提出的模型能够用于功率集成电路的设计,本文详细研究了目前能够得到的各种电路模拟软件,最终确定采用成熟可靠的,能够将外部模型嵌入其中的电路模拟软件SABER,而且根据SABER对外部用户自定义模型的具体要求,对模型的不同部分计算和功能实现作了分工,并且对其进行了适当的改造,从而将模型嵌入了电路模拟软件SABER。 为了验证模型的精确性和有效性,按照PDP行驱动芯片中高压VDMOS的工艺条件和结构参数,分别对静态特性和动态特性进行了计算,计算结果与实测值符合的较好,进一步,将模型用于PDP行驱动芯片的设计,该模型很好地预测了电路的性能,指导了芯片的设计,实际的PDP点屏测试结果表明,芯片整体性能可靠,完全能满足PDP系统工作的需要。
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