8 Ausblick

IN dieser Arbeit wurde ein physikalisch fundiertes analytisches Kompaktmodell für Hochvolt-DMOS-Transistoren zur Schaltungssimulation entwickelt. Es basiert auf einem subcircuit-Ansatz, der aus Effizienzgründen aus einer minimalen Anzahl von Elementen besteht. Die Teilmodelle des subcircuits sind an die spezielle Struktur des DMOS-Transistors angepaßt, um hohe Genauigkeit zu gewährleisten. Außderdem erlauben die auf die DMOS-Struktur zugeschnittenen Einzelmodelle aufgrund der Tatsache, daß die charakteristischen Größen des DMOS-Transistors Modellparameter sind, die Erweiterung des Modells für verschiedene Zellenzahlen (Skalierbarkeit). Dadurch können die Parameter mit Ausnahme jener, die die Zellenzahl festlegen, unabhängig von der Zellenzahl beibehalten werden.

Von den Einzelmodellen ist wahrscheinlich das MOSFET-Modell für den Kanal am besten an die DMOS-Struktur angepaßt. Besonders das Modell für das JFET-Gebiet ist hingegen aus einem sehr einfachen Ansatz hergeleitet, der den über die ,,Kanallänge`` des JFETs nichtkonstanten Abstand der -bodies benachbarter DMOS-Zellen nicht berücksichtigt. Dies ist der erste Punkt in der Liste von Verbesserungsmöglichkeiten:

• Verbesserung des Modells für das JFET-Gebiet. Insbesondere ist auch die Spannungsabhängigkeit der Tiefe des Übergangs zwischen JFET- und Widerstandsgebiet zu berücksichtigen.

Abschnitt 7.1 hat gezeigt, daß das Modell für die Selbsterwärmung des DMOS-Transistors und die Temperaturabhängigkeit der Kennlinien zu ungenau ist.

• Genauere Modellierung des Temperaturverhaltens des DMOS-Transistors.

Der wesentlichste Schwachpunkt für den praktischen Einsatz ist aber sicher, daß für die Parameteranpassung vollständige Messungen nur für sehr niedrige Zellenzahlen zur Verfügung standen. Dies ist gerade deshalb problematisch, da die im Grunde sehr einfache Skalierung möglicherweise für niedrige Zellenzahlen, wo sich bei Änderung der Zellenzahl der Anteil der Randzellen prozentuell sehr stark ändert, nicht genau genug ist.

• Die Anpassung der Parameter ist zu verbessern. Insbesondere sollte diese für höhere Zellenzahlen, speziell auch für das AC-Verhalten, anhand von Messungen an Einzeltransistoren überprüft und verbessert werden. Sehr wünschenswert wäre auch ein Vergleich des AC-Modells mit Messungen bei von Null verschiedenen Drainspannungen. Dafür wären allerdings relativ aufwendige -Parameter-Messungen notwendig. Dies alles könnte neben einem verbesserten Parametersatz auch Anhaltspunkte für Verbesserungsmöglichkeiten im Modell selbst oder in der Skalierbarkeit geben.

In der Schaltungssimulation ist oft eine richtige Modellierung spezieller Charakteristika (z.B. der Steigung der Ausgangskennlinien) wichtiger als die globale Minimierung der Abweichung der simulierten von den gemessenen Kennlinien.

• Mit Hilfe von typischen Schaltungen ist zu verifizieren, daß die wesentlichen Charakteristika der Kennlinien für die Schaltungssimulation ausreichend gut beschrieben werden. Die Steigung der Ausgangskennlinien etwa ist für die richtige Beschreibung der Verstärkung bzw. des Phasenrands in einer Regelschleife (vgl. Abschnitt 7.2.1) eine bedeutende Größe. Die Parameteranpassung muß mit Rücksicht auf diese für die Schaltungssimulation wesentlichen Charakteristika der Kennlinien durchgeführt werden (vgl. [75], wo eine Parameteranpassungsstrategie verwendet wird, bei der neben dem Fehler in den Strömen auch jene in den Leitwerten minimiert werden).

Das Modell basiert, wie erwähnt, auf einem subcircuit-Ansatz und enthält drei innere Knoten (siehe Abb. 6.1). Zusammen mit dem virtuellen Knoten für die Bestimmung der Gate-Drain-Kapazität aus dem implizit gegebenen Oberflächenpotential der Driftzone, den der Netzwerksimulator SABER automatisch in die Systemmatrix der nichtlinearen Iteration einfügt, sind pro DMOS-Transistor in einer Schaltung vier zusätzliche Knoten mitzulösen. Dies ergibt einen weiteren Punkt in den Verbesserungsmöglichkeiten:

• Es sollte untersucht werden, ob ein geschlossen lösbares DMOS-Modell ohne allzu großen Verlust an Genauigkeit gegenüber dem subcircuit-Modell möglich ist. Das Problem des eigentlich nur iterativ zu berechnenden Oberflächenpotentials könnte durch eine analytische Näherung (etwa ähnlich wie in [91]) umgangen werden.

Diese analytische Näherung für das Oberflächenpotential könnte auch verwendet werden, um das DMOS-Modell in den für vernachlässigbare Kosten erhältlichen Schaltungssimulator SPICE Version 3 zu implementieren, der (im Gegensatz zu SPICE Version 2) eine wohldefinierte Schnittstelle für die Anbindung von neuen Modellen aufweist. Die Erweiterung für die Eigenerwärmung des Transistors könnte allerdings nicht in SPICE Version 3 übernommen werden.

Weiters ist zu untersuchen, inwieweit dieses Modell für andere Spannungsbereiche anwendbar ist. Dies ist deshalb von Interesse, da aus der hier behandelten Technologie DMOS-Transistor-Typen mit bzw. Durchbruchspannung abgeleitet wurden. Insbesondere der DMOS-Transistor mit Durchbruchspannung wird in sehr großen Stückzahlen (Harddisk-Antriebe, Autoelektronik) gefertigt werden.