(57)【要約】【課題】本発明は、極めて有用性の高いｐ−ｎ接合を有する半導体素子のデバイス・シミュレータを提供する。【解決手段】ｐ−ｎ接合を有する半導体素子Ｄ１の逆回復特性をシミュレートするデバイス・シミュレータであって、前記半導体素子Ｄ１に切替スイッチ素子Ｓ１を接続し、この切替スイッチ素子Ｓ１に抵抗、コンデンサＣ１その他デバイスを少なくとも１つ備えた回路を接続して、シミュレーション回路を構成し、前記半導体素子Ｄ１にジャンクションリカバリー手段を備えるとともに、前記デバイスを備えた回路にバルクリカバリー手段を備え、前記切替スイッチ素子Ｓ１の電圧が規定値以下になった際に、前記ジャンクションリカバリー手段により得られた出力に前記バルクリカバリー手段により得られた出力が付加するように構成してあることを特徴とするデバイス・シミュレータ。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ｐ−ｎ接合を有する半導体素子の逆回復特性をシミュレートするデバイス・シミュレータであって、前記半導体素子に切替スイッチ素子を接続し、この切替スイッチ素子に抵抗、コンデンサその他デバイスを少なくとも１つ備えた回路を接続して、シミュレーション回路を構成し、前記半導体素子にジャンクションリカバリー手段を備えるとともに、前記デバイスを備えた回路にバルクリカバリー手段を備え、前記切替スイッチ素子の電圧が規定値以下になった際に、前記ジャンクションリカバリー手段により得られた出力に前記バルクリカバリー手段により得られた出力が付加するように構成してあることを特徴とするデバイス・シミュレータ。
【請求項２】
前記切替スイッチ素子の電圧が規定値以下になった際に、前記半導体素子に流れる電流を電圧に変換したものと基準電圧との差と、前記デバイスを備えた回路に印加された電圧と前記基準電圧との差とを減算した値を電流変換して、前記シミュレーション回路のカソードからアノードに流し込むようにしてあることを特徴とする請求項１記載のデバイス・シミュレータ。
【請求項３】
逆回復特性を形成する前記デバイスの時定数の異なる回路を複数段作成して、逆回復特性のバルクリカバリーを付加することを特徴とする請求項１又は２記載のデバイス・シミュレータ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はｐ−ｎ接合を有する半導体素子に適用される半導体素子のシミュレータに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
実際のｐ−ｎ接合を有する半導体素子の逆回復特性は、ジャンクションリカバリーとバルクリカバリーからなるが、シミュレーションソフトで用いられているダイオードモデルは、逆回復特性がジャンクションリカバリーのみの表現になり、バルクリカバリーの表現が出来なかった。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
前記のように、シミュレーションソフトで用いられているダイオードモデルは、ｐ−ｎ接合モデルがジャンクションリカバリー波形のみの表現である為、バルクリカバリー波形の影響を受けるノイズや振動の解析が出来ず、実際の現象と大きく異なった解析結果となるという課題が生じた。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
本発明は前記課題を解決するため、ｐ−ｎ接合を有する半導体素子の逆回復特性をシミュレートするデバイス・シミュレータであって、前記半導体素子に切替スイッチ素子を接続し、この切替スイッチ素子に抵抗、コンデンサその他デバイスを少なくとも１つ備えた回路を接続して、シミュレーション回路を構成し、前記半導体素子にジャンクションリカバリー手段を備えるとともに、前記デバイスを備えた回路にバルクリカバリー手段を備え、前記切替スイッチ素子の電圧が規定値以下になった際に、前記ジャンクションリカバリー手段により得られた出力に前記バルクリカバリー手段により得られた出力が付加するように構成してあることを特徴とする。
【０００５】
前記切替スイッチ素子の電圧が規定値以下になった際に、前記半導体素子に流れる電流を電圧に変換したものと基準電圧との差と、前記デバイスを備えた回路に印加された電圧と前記基準電圧との差とを減算した値を電流変換して、前記シミュレーション回路のアノード側に流し込むようにしてあることを特徴とする。
【０００６】
また、逆回復特性を形成する前記デバイスの時定数の異なる回路を複数段作成して、逆回復特性のバルクリカバリーを付加することを特徴とする。
【０００７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を図面に基づいて実施例を示して説明する。
図１は実在するダイオードのＩＦ−ＩＲ法により測定した逆回復波形図である。この図より、ジャンクションリカバリー波形とバルクリカバリー波形が存在していることが分かり、また、ジャンクションリカバリー波形とバルクリカバリー波形の境目で、ほぼ電圧が順方向から逆方向へ転移していることがわかる。しかし、シミュレータのｐ−ｎ接合モデルは図３のようにジャンクションリカバリー波形しか表現出来ない。そこで、本発明に係るシミュレーション回路が必要となる。これを図２で示す。
【０００８】
図２は本発明に係るデバイス・シミュレータに用いるシミュレーション回路の一実施例を表わしたものである。このシミュレーション回路の構成は以下の通りである。ｐ−ｎ接合を有する半導体素子Ｄ１でジャンクションリカバリーを構成し、この半導体素子Ｄ１のアノードに切替スイッチ素子Ｓ１を接続し、この切替スイッチ素子Ｓ１に電流電圧変換器Ｅ１を介して半導体素子Ｄ１のカソードに接続している。また、切替スイッチ素子Ｓ１に抵抗Ｒ１とコンデンサＣ１との並列回路を接続し、バルクリカバリー手段を構成している。さらに、半導体素子Ｄ１と並列に電流源１０を接続してある。この電流源１０はジャンクションリカバリー手段で検出した電圧にバルクリカバリー手段で検出した電圧を差し引いた電圧を減算した値を電流変換する。さらに、カソードを接地してあり、本実施例の基準電位は０である。
【０００９】
以上のように構成してあるシミュレーション回路は、以下のように作用する。半導体素子Ｄ１に順方向の電流が流れ込む場合は、半導体素子Ｄ１に流れる電流を電流電圧変換器Ｅ１にて電圧に変換し、電流源１０に表れる。このとき、切替スイッチＳ１はオンになっているため、バルクリカバリーを構成する抵抗Ｒ１にかかる電圧Ｖ（Ｎ０２）は、半導体素子Ｄ１に流れる電流を電圧変換して表れたＶ（Ｎ０１）とほぼ等しくなり、その結果、これが電流源１０で電流変換してシミュレーション回路のアノード側にほとんど流れず、ジャンクションリカバリー手段にほとんど影響を与えない。
【００１０】
半導体素子Ｄ１に順方向から逆方向へ電流が瞬時に転流した場合も、半導体素子Ｄ１に順方向の電流が流れ込む場合とほぼ同様の作用をするが、切替スイッチＳ１により設定の電圧以下（図２ではＶＯＦＦ＝３６０ｍ）になったことを検出すると、切替スイッチＳ１はオフになり、切替スイッチＳ１に内部抵抗ＲＯＦＦが接続されたものと等価となり、コンデンサＣ１が放電を始める。この時、この回路にかかる電圧Ｖ（Ｎ０２）が検出される。即ち、この場合は、半導体素子Ｄ１に流れる電流を電圧に変換した値Ｖ（Ｎ０１）と、コンデンサＣ１と抵抗Ｒ１とで構成する回路で発生する電圧Ｖ（Ｎ０２）とが減算され、電流源１０にて、電流変換されてシミュレーション回路のアノード側に流れ込む。その結果、図３に示すように、逆回復特性波形は、ジャンクションリカバリー波形にバルクリカバリー波形が付加した波形になる。
【００１１】
バルクリカバリー波形は製品によりさまざまである。これに対応する為に、本実施例では、抵抗Ｒ１とコンデンサＣ１による時定数により実測値に合うように合わせ込んでいる。また、電圧検出点も製品によって異なる為、電流波形を確認しながら、合わせ込む必要がある。図２図示の半導体装置Ｄ１の逆回復特性を図１に示す波形になるよう合わせ込んだシミュレーション波形が、図３に示す波形である。
【００１２】
図４は図２の抵抗Ｒ１の抵抗値を可変し、時定数を変化させることによりバルクリカバリー波形がどのように変化するかを示した逆回復波形図である。図４で示すように、抵抗Ｒ１の抵抗値を大きくすると傾きが緩やかになり、ソフトリカバリー波形になる。
【００１３】
図５は特殊な逆回復特性の実測波形である。この図のバルクリカバリー波形において、ｔｉｍｅ＝０．０２μｓまで比較的急峻に回復しているが、それ以降は緩やかに回復していることがわかる。このような特殊な逆回復特性を、図２図示の実施例にかかるシミュレーション回路では表現することは困難である。そこで、図６に示すシミュレーション回路を用いる。
【００１４】
図６に示すシミュレーション回路は、バルクリカバリー波形を形成する回路を複数段（この図では例として二段）に構成したものである。例として二段構成の回路で説明する。基本的な回路動作は図２図示実施例の回路とほぼ同じであるが、電流電圧変換器Ｅ１，Ｅ２の電流を電圧へ変換する際、電流電圧変換器Ｅ１，Ｅ２の分配比を変え、また第二の切替スイッチＳ２に接続する抵抗Ｒ２の抵抗値を、第一の切替スイッチＳ１に接続する抵抗Ｒ１の抵抗値と異なるように設定し、第二の切替スイッチＳ２に接続するコンデンサＣ２の容量を、第一の切替スイッチＳ１に接続するコンデンサＣ１の容量と異なるように設定し、各段で時定数を変え、その波形を合成して、図５のような特殊なバルクリカバリー波形を再現しようとするものである。なお、抵抗Ｒ１，Ｒ２又はコンデンサＣ１，Ｃ２のいずれか一方が異なっていれば、各段の時定数を変えることができる。
【００１５】
これを用いて、図５の波形を再現すべく合わせ込んだ波形を図７及び図８に示してある。なお、図７ではジャンクションリカバリー波形とこれにバルクリカバリー波形を付加した波形を示し、図８では１段目の回路で再現したバルクリカバリー波形と、同様に２段目の回路で再現したバルクリカバリー波形を各々示し、さらにこれらとジャンクションリカバリー波形とを合成した波形を示してある。このように、構成を多段にすることにより、より複雑なバルクリカバリー波形を再現することが出来る。
【００１６】
図９は、従来のｐ−ｎ接合モデルと本発明の回路が、振動を解析できるか検証する為の試験回路である。この解析結果が図１０と図１０のＡ付近を拡大した図１１である。これを見ると、バルクリカバリー波形を付加しソフトリカバリー波形にした回路では、振動は発生せず解析が成功している。しかし、従来のｐ−ｎ接合モデルでは大きく振動している。振動はバルクリカバリー波形の影響により発生する為、バルクリカバリー波形の再現が出来ない従来のｐ−ｎ接合モデルでは、素子の違いによる振動の有無を解析することが出来ない。本発明による回路では、素子に合ったバルクリカバリー波形を形成することが出来る為、素子の違いによる振動の有無を解析できる。
【００１７】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、従来のｐ−ｎ接合モデルでは表現できなかったバルクリカバリー波形を、素子に合った、又は、任意の波形を付加することができ、特殊な波形にも対応できる。この事により、振動などバルクリカバリー波形の影響を受ける解析が可能となる。よって、本発明の半導体シミュレータは、実用上、極めて有用性の高いものである。
【００１８】
逆回復特性を形成する前記デバイスの時定数の異なる回路を複数段作成して、逆回復特性のバルクリカバリーを付加することにより、より複雑なバルクリカバリー波形を再現することが出来る。
【図面の簡単な説明】
【図１】弊社製ダイオードのＩＦ−ＩＲ法による逆回復特性実測波形である。
【図２】本発明に係るデバイス・シミュレータに用いるシミュレーション回路の第一実施例を示す原理構成図である。
【図３】ｐ−ｎ接合モデルと第一実施例のシミュレータとの逆回復特性比較図である。
【図４】第一実施例のシミュレータによるバルクリカバリーの可変図である。
【図５】特殊な逆回復特性実測波形図である。
【図６】本発明に係るデバイス・シミュレータに用いるシミュレーション回路の第二実施例を示す原理構成図である。
【図７】第二実施例における逆回復特性図である。
【図８】第二実施例の回路における逆回復特性、１段目、２段目の波形図である。
【図９】振動解析を行う為の、試験回路図である。
【図１０】振動解析結果図である。
【図１１】図１０のＡ付近の拡大図である。
【符号の説明】
Ｅ１，Ｅ２　電流電圧変換器
Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３，Ｒ３１　抵抗
Ｃ１，Ｃ２　コンデンサ
Ｓ１，Ｓ２　切替スイッチ
Ｄ１　半導体装置
Ｌ１，Ｌ２　インダクタ
１０　電流源
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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