所有高压 MOSFET 和 IGBT SPICE 模型都一样吗？

如果有足够的时间，大多数工程师都有正确的意图。作为一名工程师，您多久想要了解电路应用中每个部件的行为方式？是的——检查一下。半导体公司的模型通常是否真实代表了电路应用条件下的器件？呃……不确定。即使有正确的意图，在全面、快速地了解供应商提供的仿真模型是否准确地表示给定应用空间中的设备方面仍然存在差距。

与竞争模型不同，飞兆半导体的超级结 MOSFET 和 IGBT SPICE 模型基于适用于整个技术平台的一个物理可扩展模型，而不是针对每种器件尺寸和变化的独立离散模型库。该模型直接跟踪布局和工艺技术参数（图 1）。可扩展的参数允许使用 CAD 电路设计工具进行设计优化。常见的情况是，固定、离散器件尺寸或额定值的库中可能不存在针对给定应用的器件。因此，设计人员常常受到次优设备的束缚。图 2 显示了一种模型能够跟踪超级结 MOSFET 中具有挑战性的缩放 CRSS 特性以及 IGBT 中的传输特性。

从历史上看，SPICE 级别的功率 MOSFET 模型一直基于简单的离散子电路或行为模型。简单的子电路模型通常过于初级，无法充分捕获所有器件性能，例如 IV（电流与电压）、CV（电容与电压）、瞬态和热行为，并且不包含与器件结构和工艺参数的任何关系。电热行为模型提高了准确性，但模型与物理器件结构和工艺参数的关系并不明显。此外，此类行为模型还存在速度和收敛问题。这是一个关键点，设计者不希望模型只是被扔到墙上而无法收敛或由于某些数值溢出错误而在模拟中立即失败。

Fairchild 的新 HV SPICE 模型不仅仅是匹配数据表。进行广泛的器件和电路级表征以确保模型的准确性。例如，使用行业标准双脉冲测试电路来验证模型的精度，如图 3 所示。模型的电热精度是通过实际电路工作条件下的器件运行来验证的（图 4），而不仅仅是数据表冷却曲线。具有电热启用符号的完整电热仿真功能（图 5）允许系统级电热优化。

 

 

现在，新开发的基于物理的、可扩展的 SPICE 模型封装了工艺技术，处于设计周期的前沿。设计人员可以通过 SPICE 模型在器件制造之前模拟产品性能，从而缩短设计和制造周期，从而降低成本并加快上市时间。SPICE 模型可与新的 HV 技术开发同时使用，从而实现虚拟产品原型设计。在成熟的技术中，设计人员可以通过这些新开发的 SPICE 模型扩展到不存在的器件尺寸，以优化性能。