[发明专利]基于碳化硅肖特基二极管的Spice模型及其构建方法

说明书

本发明公开了一种基于碳化硅肖特基二极管的Spice模型及其构建方法，模型包括：压控电容，用于表示碳化硅肖特基二极管的耗尽层电容；压控电阻，与所述压控电容并联，用于表示所述碳化硅肖特基二极管的耗尽层电流；压控体电阻，与所述压控电容和所述压控电阻并联的节点串联，用于表示所述碳化硅肖特基二极管的体电阻；以及接触电阻，与所述压控体电阻串联。本发明具有如下优点：得到的二极管动态曲线同实验数据匹配良好。此模型可以用于准确评估二极管的动态性能，同时可以用于指导碳化硅肖特基二极管的设计及应用。

技术领域

本发明涉及半导体技术领域，具体设计一种基于碳化硅肖特基二极管的Spice模型及其构建方法。

背景技术

在功率系统应用中，碳化硅肖特基二极管比硅基PIN具有更高效的开关速度及更低的开关损耗。然而，由于高浓度掺杂的外延层浓度，碳化硅肖特基二极管的耗尽层电容一般要大于硅基PIN。当碳化硅肖特基二极管应用在斩波电路中时，会导致输出电流电压的电磁振荡，造成系统稳定性问题，如引发电磁干扰及额外的能量损耗。振荡的主要原因是由于肖特基二极管的耗尽层电容、耗尽层电阻、电路中的寄生杂散电感及级联电阻组成的RLC二阶网络引起的。因此，需要建立一个精确的碳化硅肖特基二极管模型来评估器件的动态特性和坚固性。

现在对碳化硅肖特基二极管的模型已有一些报道，如文献The impact ofparasitic inductance on the performance of silicon carbide Schottky barrierdiodes(IEEE Trans.Power Electron.,vol.27,no.8,pp.3826-3833,Aug.2012)和Theimpact of temperature and switching rate on the dynamic characteristics ofsilicon carbide Schottky barrier diodes and MOSFETs(IEEE Trans.Ind.Electron.,vol.62,no.1,pp.163-171,Jan.2015)。在这些模型中，二极管的耗尽层电容和级联电阻都被认为是固定不变的，所以由其拟合出来的二极管的动态特性曲线与实验数据相比出现了明显的偏差，特别是在振荡频率和幅度方面。这就造成了对二极管动态特性评估的不准确性，如二极管的开关时间、电流电压的过冲及开关损耗的计算，而这些动态参数对于二极管在高频率高功率应用中是十分关键的。

发明内容

本发明旨在至少解决上述技术问题之一。

为此，本发明的第一个目的在于提出一种基于碳化硅肖特基二极管的Spice模型。

本发明的第二个目的在于提出一种构建上述基于碳化硅肖特基二极管的Spice模型的方法。

为了实现上述目的，本发明的实施例公开了一种基于碳化硅肖特基二极管的Spice模型，包括：压控电容，用于表示碳化硅肖特基二极管的耗尽层电容；压控电阻，与所述压控电容并联，用于表示所述碳化硅肖特基二极管的耗尽层电流；压控体电阻，与所述压控电容和所述压控电阻并联的节点串联，用于表示所述碳化硅肖特基二极管的体电阻；以及接触电阻，与所述压控体电阻串联。

根据本发明实施例的基于碳化硅肖特基二极管的Spice模型，得到的二极管动态曲线同实验数据匹配良好。此模型可以用于准确评估二极管的动态性能，同时可以用于指导碳化硅肖特基二极管的设计及应用。

另外，根据本发明上述实施例的基于碳化硅肖特基二极管的Spice模型，还可以具有如下附加的技术特征：

进一步地，所述压控电容和电压的关系如以下公式：