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公開番号2025098627
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-07-02
出願番号2023214883
出願日2023-12-20
発明の名称シミュレーション装置、モデリング装置およびシミュレーション方法
出願人株式会社日立製作所
代理人弁理士法人筒井国際特許事務所
主分類G06F 30/367 20200101AFI20250625BHJP(計算;計数)
要約【課題】シミュレーションの精度を向上する。
【解決手段】本開示では、CgdでのVgsの依存性をVgs=0に限定し、かつ、CgdでのVdsの依存性を「Vds-Vgs」というオフセットで簡略化して含むCgd(0、Vds-Vgs)を使用するのではなく、Vgs≠0であるVgsの依存性も考慮したCgd(Vgs、Vds)を使用して、Cgdを設定する。
【選択図】図14
特許請求の範囲【請求項１】
パワートランジスタのゲートとソース間の電圧であるゲートソース間電圧Ｖｇｓと、前記パワートランジスタのドレインと前記ソース間の電圧であるドレインソース間電圧Ｖｄｓを入力する入力部と、
前記ゲートソース間電圧Ｖｇｓと前記ドレインソース間電圧Ｖｄｓに基づいて前記パワートランジスタの前記ゲートと前記ドレイン間の容量であるゲートドレイン間容量Ｃｇｄを設定する設定部と、
を備える、シミュレーション装置であって、
前記設定部は、前記ゲートソース間電圧Ｖｇｓと前記ドレインソース間電圧Ｖｄｓの関数であるＣｇｄ(Ｖｇｓ、Ｖｄｓ)に基づいて、前記ゲートドレイン間容量Ｃｇｄを設定する、シミュレーション装置。
続きを表示（約 1,900 文字）【請求項２】
請求項１に記載のシミュレーション装置において、
Ｃｇｄ（０、Ｖｄｓ）＝Ｃｇｄ（Ｖｇｓ＝０、Ｖｄｓ）とし、
Ｃｇｄ（０、Ｖｄｓ－Ｖｇｓ）＝Ｃｇｄ（Ｖｇｓ＝０、Ｖｄｓ－Ｖｇｓ）とすると、
Ｃｇｄ（Ｖｇｓ、Ｖｄｓ）は、以下の条件を満たす、シミュレーション装置。
（１）Ｖｇｓ＜Ｖｍ（Ｉｓｗ）のとき、
Ｃｇｄ（Ｖｇｓ、Ｖｄｓ）は、Ｃｇｄ（０、Ｖｄｓ）とＣｇｄ（０、Ｖｄｓ－Ｖｇｓ）との中間の値を取り、
（２）Ｖｇｓ＞Ｖｍ（Ｉｓｗ）、かつ、Ｖｄｓ＜Ｖｃｒｏｓｓ（Ｖｇｓ）のとき、
Ｃｇｄ（Ｖｇｓ、Ｖｄｓ）はＣｇｄ（０、Ｖｄｓ）とＣｇｄ（０、Ｖｄｓ－Ｖｇｓ）との中間の値を取り、
（３）Ｖｇｓ＞Ｖｍ（Ｉｓｗ）、かつ、Ｖｄｓ＞Ｖｃｒｏｓｓ（Ｖｇｓ）のとき、
Ｃｇｄ（０、Ｖｄｓ－Ｖｇｓ）＜Ｃｇｄ（Ｖｇｓ、Ｖｄｓ）、
ここで、
Ｖｍ（Ｉｓｗ）は、ドレインソース間電流Ｉｓｗの関数であって、
ミラー期間におけるゲートソース間電圧を意味し、
Ｖｃｒｏｓｓ（Ｖｇｓ）は、Ｖｇｓの関数であって、
Ｖｇｓ＞Ｖｍ（Ｉｓｗ）の場合において、Ｃｇｄ（０、Ｖｄｓ－Ｖｇｓ）＝Ｃｇｄ（Ｖｇｓ、Ｖｄｓ）となるドレインソース間電圧を意味する。
【請求項３】
請求項２に記載のシミュレーション装置において、
Ｖｍ（Ｉｓｗ）は、Ｉｓｗに対して単調増加する関数から構成される、シミュレーション装置。
【請求項４】
請求項２に記載のシミュレーション装置において、
Ｖｃｒｏｓｓ（Ｖｇｓ）は、Ｖｇｓに対して単調増加する関数から構成される、シミュレーション装置。
【請求項５】
請求項２に記載のシミュレーション装置において、
Ｃｇｄ（Ｖｇｓ、Ｖｄｓ）は、Ｃｇｄ１（Ｖｇｓ、Ｖｄｓ）とＣｇｄ２（Ｖｇｓ、Ｖｄｓ）との和を構成要素として含み、以下の条件を満たす、シミュレーション装置。
（１）Ｖｇｓ＞０で、かつ、Ｖｄｓ＝０において、
Ｃｇｄ２（Ｖｇｓ、Ｖｄｓ）＞Ｃｇｄ１（Ｖｇｓ、Ｖｄｓ）、
（２）Ｖｇｓ＞０で、かつ、Ｖｄｓ→∞において、
Ｃｇｄ２（Ｖｇｓ、Ｖｄｓ）＜Ｃｇｄ１（Ｖｇｓ、Ｖｄｓ）。
【請求項６】
請求項５に記載のシミュレーション装置において、
Ｃｇｄ１（Ｖｇｓ、Ｖｄｓ）は、Ａ×（１－ｔａｎｈ（Ｖｄｅｐ））＋Ｃという関数部分を含み、
Ａは、少なくとも、Ｖｇｓの関数から構成され、
Ｃは、少なくとも、Ｖｇｓの関数から構成され、
Ｖｄｅｐは、ゲートドレイン間電圧Ｖｇｄを近似した関数であって、
少なくとも、ＶｇｓおよびＶｄｓの関数から構成される、シミュレーション装置。
【請求項７】
請求項６に記載のシミュレーション装置において、
Ｖｄｅｐは、Ｖｇｓ＞０の領域において、Ｖｇｓに対して単調減少し、Ｖｄｓに対して単調増加する関数から構成される、シミュレーション装置。
【請求項８】
請求項５に記載のシミュレーション装置において、
Ｃｇｄ２（Ｖｇｓ、Ｖｄｓ）は、Ｄ×（Ｖｅｐｉ）
－Ｅ
という関数部分を含み、
Ｄは、係数であり、
Ｅは、０．４≦Ｅ≦０．６を満たし、
Ｖｅｐｉは、ゲートドレイン間電圧Ｖｇｄを近似した関数であって、
少なくとも、ＶｇｓおよびＶｄｓの関数から構成される、シミュレーション装置。
【請求項９】
請求項８に記載のシミュレーション装置において、
Ｖｅｐｉは、Ｖｇｓに対して単調減少し、Ｖｄｓに対して単調増加する関数から構成される、シミュレーション装置。
【請求項１０】
パワートランジスタのゲートとソース間の電圧であるゲートソース間電圧Ｖｇｓと、前記パワートランジスタのドレインと前記ソース間の電圧であるドレインソース間電圧Ｖｄｓを入力する入力工程と、
前記ゲートソース間電圧Ｖｇｓと前記ドレインソース間電圧Ｖｄｓに基づいて前記パワートランジスタの前記ゲートと前記ドレイン間の容量であるゲートドレイン間容量Ｃｇｄを設定する設定工程と、
を備える、シミュレーション方法であって、
前記設定工程では、前記ゲートソース間電圧Ｖｇｓと前記ドレインソース間電圧Ｖｄｓの関数であるＣｇｄ(Ｖｇｓ、Ｖｄｓ)に基づいて、前記ゲートドレイン間容量Ｃｇｄを設定する、シミュレーション方法。
（【請求項１１】以降は省略されています）
発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明は、シミュレーション装置、モデリング装置およびシミュレーション方法に関し、例えば、パワートランジスタの寄生容量を設定するシミュレーション技術に適用して有効な技術に関する。
続きを表示（約 1,300 文字）【背景技術】
【０００２】
アプリケーションに応じて最適なデバイスや駆動条件の設定、製品ばらつきに対するマージンなどを考慮するために、回路シミュレーションが有効である。回路シミュレーションの精度を向上させるためには、デバイスモデルの精度が重要であり、さまざまなモデルが開発されている。
【０００３】
例えば、特許文献１には、ＳｉＣパワーＭＯＳＦＥＴ（Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor）の大電流領域を良く再現できるモデルパラメータの抽出手法が記載されている。また、特許文献２には、静電容量の抽出手法が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
国際公開第２０１９－１４６４６０号
特開２０１０－２１１３８７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１あるいは特許文献２に示すようなパラメータを抽出する手法の性能が良くても、パラメータを入れる元となる関数（ベースモデルという）の表現力が不足している場合、シミュレーションを高精度化するには限界がある。
【０００６】
例えば、ゲートドレイン間容量Ｃｇｄは、ドレインソース間電圧Ｖｄｓだけではなく複雑なＶｇｓの関数でもあるが、一般に広く使われているＭＯＳＦＥＴモデルでは、Ｃｇｄ（Ｖｇｓ、Ｖｄｓ）＝Ｃｇｄ（０、Ｖｄｓ－Ｖｇｓ）と過度に簡略化されており、これでは十分な精度のシミュレーションを得ることが困難である。
【０００７】
この点に関し、例えば、人工ニューラルネットワーク（ここでは、多層パーセプトロン（ＭＬＰ）と呼ぶ）のように非常に広い表現力を持つベースモデルの場合は、抽出するべきパラメータが学習データに対して非常に多くなり、計算リソースの増大や過学習による意図しない動作を生じるという問題がある。
【０００８】
したがって、ベースモデルは、現実の特性を再現するために十分な表現力を持ちつつも、チューニングすべきパラメータ数を最小限に抑える必要がある。このためには、モデルが持つべき関数の特徴を正確に抑える必要がある。すなわち、シミュレーションの精度を向上する観点から、現実の特性を再現するために十分な表現力を持ちながら、チューニングすべきパラメータ数を最小限に抑えることが可能なベースモデルが望まれている。
【０００９】
その他の課題と新規な特徴は、本明細書の記述および添付図面から明らかになる。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
一実施の形態におけるシミュレーション装置は、ゲートソース間電圧Ｖｇｓおよびドレインソース間電圧Ｖｄｓを入力すると、ゲートドレイン間容量を出力する関数であるＣｇｄ（Ｖｇｓ、Ｖｄｓ）に基づいて、ゲートドレイン間容量を設定する設定部を備える。
（【００１１】以降は省略されています）

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