專(zhuān)利名稱(chēng)：高壓mos晶體管電路仿真宏模型的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于集成電路領(lǐng)域，尤其涉及一種高壓MOS晶體管的電路仿真宏模型。
背景技術(shù)：
近年來(lái)，高壓MOS晶體管被廣泛地應(yīng)用于電路輸出接口 、 LCD驅(qū)動(dòng)、電源 管理芯片等電路，其工作電壓在14 35V左右，工藝較橫向擴(kuò)散MOS(LDMOS) 簡(jiǎn)單，且與傳統(tǒng)CMOS工藝兼容，提高器件耐壓的同時(shí)，大大降低了成本。高 壓MOS晶體管的廣泛應(yīng)用使得越來(lái)越多的超大規(guī)模集成電路(VLSI)設(shè)計(jì)、仿 真中需要精確的高壓MOS晶體管模型。
高壓MOSFET的結(jié)構(gòu)與標(biāo)準(zhǔn)工藝低壓MOS晶體管(LVMOSFET)的結(jié)構(gòu) 存在明顯不同高壓MOS晶體管阱深、柵氧厚度(Tox)和溝道長(zhǎng)度都比低壓 MOS晶體管大，最顯著的是高壓MOS晶體管源、漏區(qū)外圍包裹了一層輕摻雜 區(qū)，有效地增大了源區(qū)和漏區(qū)的電阻。這些工藝變化與傳統(tǒng)CMOS工藝兼容， 同時(shí)提高了晶體管的耐壓性，然而正是高壓MOS晶體管輕摻雜、高源漏變值電 阻的特點(diǎn)，為器件建模帶來(lái)了新的問(wèn)題。
目前應(yīng)用最為廣泛的伯克利短溝道絕續(xù)^冊(cè)場(chǎng)效應(yīng)晶體管沖莫型(Berkeley short channel insulated gate field effect transistor model 3rd version, 簡(jiǎn)稱(chēng)BSIM3模型), 該模型在對(duì)高壓MOS晶體管進(jìn)行模擬時(shí)存在著明顯偏差，使用原模型仿真高柵 電壓下的源漏電流值遠(yuǎn)大于實(shí)際測(cè)量值(見(jiàn)圖1,其中實(shí)線(xiàn)為實(shí)際測(cè)量,線(xiàn)，虛 線(xiàn)為仿真曲線(xiàn))，這大大降低了電路仿真的準(zhǔn)確性，給電路設(shè)計(jì)帶來(lái)很多不利因 素。
業(yè)界對(duì)于高壓MOS晶體管的建?；静捎靡韵聨追N方法(1)在不改變標(biāo) 準(zhǔn)模型(BSIM3模型)的基礎(chǔ)上，對(duì)模型參數(shù)的物理意義重新定義和取值以描 述高壓器件的特點(diǎn)；(2)對(duì)BSIM3標(biāo)準(zhǔn)模型方程及參數(shù)進(jìn)行修改，生成SPICE
仿真器并應(yīng)用于對(duì)高壓器件的模擬；(3)構(gòu)造宏模型(Macromodel),對(duì)器件進(jìn) 行建模。
第(3)種方法由于靈活性高，可移植性強(qiáng)，應(yīng)用比較廣泛，已出現(xiàn)較為實(shí) 用的電路仿真宏模型。如圖2所示，業(yè)界目前已使用的一種高壓晶體管宏模型 主要是在一個(gè)普通SPICE晶體管的漏極D，和源極S，上各串連一個(gè)可變電阻而構(gòu) 成，然而該高壓晶體管宏模型存在以下局限性，致使無(wú)法在業(yè)界廣泛實(shí)用
1、 使用阻值隨端點(diǎn)電壓變化的可變電阻模擬高壓MOS晶體管的輕摻雜漏 擴(kuò)散區(qū)，這僅僅在數(shù)學(xué)經(jīng)驗(yàn)公式上滿(mǎn)足了模擬的需求，并不具備物理意義，使 得模型無(wú)法具備完全尺寸可變的特性；
2、 阻值隨端點(diǎn)電壓變化的可變電阻在相當(dāng)一部分業(yè)界常用的電路仿真器、 EDA軟件、模型軟件中無(wú)法得到支持和應(yīng)用，且提取過(guò)程復(fù)雜，難度大，實(shí)用 性得不到保證；
3、 需要加入可變電阻的溫度調(diào)制系數(shù)和經(jīng)驗(yàn)公式模擬高壓MOS晶體管特 性隨溫度變化的情況，降低了模型的準(zhǔn)確性。
正因?yàn)闃I(yè)界現(xiàn)存的高壓晶體管模型存在種種不足，需要?jiǎng)?chuàng)造更為精確、高 效、具有物理意義的新高壓晶體管宏模型。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所解決的技術(shù)問(wèn)題在于提供一種具有清晰物理意義的高壓MOS晶體 管電路仿真宏模型，其特性可隨著尺寸參數(shù)變化而變化，在所有業(yè)界常用的電 路仿真器、EDA軟件、模型軟件中都能得到支持和應(yīng)用，且提取方便、快捷， 準(zhǔn)確而仿真速度快。
為了解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明提供一種高壓MOS晶體管電路仿真宏模型， 其包括一個(gè)MOS晶體管仿真模型， 一個(gè)n溝道JFET仿真模型和一個(gè)二極管仿 真模型，所述的n溝道JFET串聯(lián)在所述MOS晶體管的漏極上，所述的二極管 串聯(lián)在所述MOS晶體管的源極和柵極之間。
進(jìn)一步地，所述的MOS晶體管仿真模型為BSIM3通用仿真模型，'所述的 二極管仿真模型為SPICE通用仿真模型，所述的n溝道JFET仿真模型為SPICE 通用仿真模型。
進(jìn)一步地，所述的JFET SPICE通用仿真模型的參數(shù)Kl的數(shù)值和高壓MOS 晶體管的長(zhǎng)度L以及寬度W的關(guān)系滿(mǎn)足Kl = W.Kw + L.K/ + Kc,其,中，Kl 是閾值電壓的襯底節(jié)點(diǎn)電壓調(diào)制因子，Kw表示Kl的寬度調(diào)制系數(shù)，K/表示 Kl的長(zhǎng)度調(diào)制系數(shù)，Kc表示Kl的常系數(shù)。
進(jìn)一步地，所述高壓MOS晶體管的溝道長(zhǎng)寬比L/W介于1.2pm/20(im到 5—20(im之間。
本發(fā)明由于采用了上述的技術(shù)方案，使之與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下的優(yōu) 點(diǎn)和積纟及效果
1、 高壓MOS晶體管的輕摻雜漏擴(kuò)散區(qū)結(jié)構(gòu)近似等效于n溝道JFET,襯底 與N型漏區(qū)間等效的PN結(jié)近似于二極管，本發(fā)明提供的高壓晶體管宏模型具 有清晰的物理意義，MOS晶體管仿真模型、n溝道JFET仿真模型都具有尺寸參 數(shù)，在此基礎(chǔ)上可很好地實(shí)現(xiàn)高壓晶體管宏模型的尺寸可變；
2、 采用的宏電路中各元件模型都是通用模型，在所有業(yè)界常用的電路仿真 器、EDA軟件、模型軟件中都能得到支持和應(yīng)用，可移植性好；
3、 n溝道JFET和二極管都具有溫度漂移參數(shù)，不需要加入新的無(wú)物理意義 的溫度經(jīng)驗(yàn)修正公式，模型仿真準(zhǔn)確而速度快，提取參數(shù)方便快捷。


通過(guò)以下實(shí)施例并結(jié)合其附圖的描述，可以進(jìn)一步理解其發(fā)明的目的、具 體結(jié)構(gòu)特征和優(yōu)點(diǎn)。其中，附圖為 .
圖1為現(xiàn)有技術(shù)中BSIM3 MOS晶體管模型所仿真出的溝道長(zhǎng)寬比為 1.2|im/20|im高壓MOS晶體管的idvg電流電壓特性曲線(xiàn)示意圖。
圖2為現(xiàn)有技術(shù)中的一種高壓晶體管宏模型。
圖3為本發(fā)明的高壓MOS晶體管電路仿真宏模型。
圖4為高壓MOS晶體管的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖5為本發(fā)明高壓MOS晶體管宏電路模型對(duì)溝道長(zhǎng)寬比為2^im/20|im的高 壓MOS晶體管進(jìn)行仿真后的idvg電流電壓特性曲線(xiàn)示意圖。
圖6為本發(fā)明高壓MOS晶體管宏電路模型對(duì)溝道長(zhǎng)寬比為5^im/20pm的高 壓MOS晶體管進(jìn)行仿真后的idvg電流電壓特性曲線(xiàn)示意圖。 -
圖7為本發(fā)明高壓MOS晶體管宏電路模型對(duì)溝道長(zhǎng)寬比為1.2pm/2(Him的 高壓MOS晶體管進(jìn)行仿真后的idvg電流電壓特性曲線(xiàn)示意圖。
圖8為本發(fā)明高壓MOS晶體管宏電路模型對(duì)溝道長(zhǎng)寬比為1.2nm/20pm的 高壓MOS晶體管進(jìn)行仿真后的idvd電流電壓特性曲線(xiàn)示意圖。
圖9為本發(fā)明高壓MOS晶體管宏電路模型對(duì)溝道長(zhǎng)寬比為1.2—20pm的 高壓MOS晶體管進(jìn)行仿真后的idvg電流電壓特性曲線(xiàn)示意圖。
具體實(shí)施例方式
以下將對(duì)本發(fā)明的高壓MOS晶體管電路仿真宏模型作進(jìn)一步的詳細(xì)描述。 如圖3所示，本發(fā)明的高壓MOS晶體管電路仿真宏模型包括一個(gè)MOS晶 體管仿真模型nMOS, —個(gè)n溝道JFET仿真模型n-MESFET和一個(gè)二極管仿真 模型Diode，其具體電路連接方式為在nMOS的漏極上串聯(lián)n-MESFET，在 nMOS的漏極和柵極之間串聯(lián)Diode。利用JFET的變阻特性來(lái)模擬高壓MOS 晶體管的輕摻雜漏擴(kuò)散區(qū)，利用二極管來(lái)模擬襯底與N型漏區(qū)間等效的PN結(jié)。 圖4為高壓MOS晶體管的結(jié)構(gòu)示意圖，圖中標(biāo)出了該仿真宏模型各電路組 成元件(nMOS, n-MESFET, Diode)的位置，從圖中可以清楚地看出該仿真宏 模型的物理意義。
本發(fā)明的高壓MOS晶體管電路仿真宏模型所采用的MOS晶體管仿真模型 為BSIM3通用仿真模型，n溝道JFET仿真模型和二極管仿真模型為SPICE通 用仿真模型。所述JFET SPICE通用仿真模型的參數(shù)K1的數(shù)值和高壓MOS晶 體管的長(zhǎng)度L以及寬度W的關(guān)系為Kl = W.Kw + L.K/ + Kc。其中，Kl是閾 值電壓的襯底節(jié)點(diǎn)電壓調(diào)制因子，它用于表征JFET晶體管襯底電位對(duì)其,閾值電 壓的影響，Kw表示Kl的寬度調(diào)制系數(shù)，K/表示K1的長(zhǎng)度調(diào)制系數(shù)，Kc表示 Kl的常系數(shù)。
具體的仿真宏電路如下
首先，定義仿真子電路并創(chuàng)建變量；
.OPTIONS GMIN=1.0E-14
.SUBCKT bsim一subcircuit (〈方真電^各名) 1=D 2=G 3=S 4=B
#echo + tmp_l=L tmp—w=W tmp_nf^=l tmp_ad=L*W tmp—as=L*W
tmp—pd=2*(L+W) tmpj>s=2*(L+W) tmp—1—njfet=L tmp—w—njfet=W tmp_Kw=0 tmp_Kl=0 tmp—Kc=0 (創(chuàng)建變量，tmp—1為高壓MOS晶體管長(zhǎng)度，tmp—w為寬 度，tmp_ad為漏才及面積，tmp_as為源4及面積，tmp_pd為漏才及周長(zhǎng)，tmpj)s為源 極周長(zhǎng)，tmp—1—njefet為n溝道JFET長(zhǎng)度，tmp—w—njefet為n溝道JFET寬度， tmpJCw為n溝道JFET參數(shù)Kl的寬度調(diào)制系數(shù)，tmp—Kl為n溝道JFET參數(shù) Kl的長(zhǎng)度調(diào)制系數(shù)，tmp—Kc為n溝道JFET參數(shù)Kl的常系數(shù))。
接著，分別定義仿真子電路中的JFET、 二極管和MOS晶體管；
J1165njfet (n溝道JFET名)
dl 4 6 diode ( 二極管名)
Ml 5 2 3 4 MOSFET (MOS晶體管名)
隨后，將變量值傳遞給MOS晶體管參數(shù)；
#echo + L=tmp_l W=tmp—w NF=tmp—nf
#echo + AD=tmp—ad AS=tmp_as PD=tmp_pd PS=tmp_ps
然后，為二極管SPICE模型參數(shù)賦值；
.MODEL diode d
+ LEVEL=1 XP =0.0 EG =1.1
再為JFET SPICE模型參數(shù)賦值；
MODEL njfet層
+ L=tmp—1
+ W=tmp_w
+ NF=tmp—nf
十level= 3
+K1 = tmp—Kw*W+tmp—K/*L+tmp—Kc
最后為MOS晶體管BSIM3模型參數(shù)賦值;
.MODEL MOSFET畫(huà)OS
+LEVEL=49
.ENDS
至此，仿真子電路定義結(jié)束。
圖5至圖9為采用本發(fā)明的高壓MOS仿真宏模型對(duì)不同尺寸，即不同溝道 長(zhǎng)寬比的高壓MOS晶體管進(jìn)行仿真后所得的電流電壓特性曲線(xiàn)，圖中虛線(xiàn)為仿 真曲線(xiàn)，實(shí)線(xiàn)為實(shí)際測(cè)量曲線(xiàn)。從仿真結(jié)果可以看出，采用本發(fā)明的仿真宏模 型對(duì)溝道長(zhǎng)寬比介于1.2pm/20^im到5nm/20pm之間的高壓MOS晶體管的仿真 結(jié)果與實(shí)際測(cè)量結(jié)果非常接近，能夠很好地模擬高壓MOS晶體管的特性。在可 容許的模擬精度范圍內(nèi)，該仿真宏模型也可用于模擬其它尺寸的高壓MOS晶體 管的特性。
綜上所述，本發(fā)明的高壓MOS晶體管仿真宏模型在所有業(yè)界常用的電路仿 真器、EDA軟件、模型軟件中都能得到支持和應(yīng)用，且提取方便、快捷，準(zhǔn)確 而仿真速度快，可進(jìn)一步減小集成電路的產(chǎn)品設(shè)計(jì)周期，降低成本。
權(quán)利要求
1、一種高壓MOS晶體管電路仿真宏模型，其特征在于包括一個(gè)MOS晶體管仿真模型，一個(gè)n溝道JFET仿真模型和一個(gè)二極管仿真模型，所述的n溝道JFET串聯(lián)在所述MOS晶體管的漏極上，所述的二極管串聯(lián)在所述MOS晶體管的源極和柵極之間。
2、 如權(quán)利要求1所述的高壓MOS晶體管電路仿真宏模型，其特征在于 所述的MOS晶體管仿真模型為BSIM3通用仿真模型。
3、 如權(quán)利要求1所述的高壓MOS晶體管電路仿真宏模型，其特征在于 所述的二極管仿真模型為SPICE通用仿真模型。
4、 如權(quán)利要求1所述的高壓MOS晶體管電路仿真宏模型，其特征在于 所述的n溝道JFET仿真模型為SPICE通用仿真模型。
5、 如權(quán)利要求4所述的高壓MOS晶體管電路仿真宏模型，其特征在于， 所述的JFET SPICE通用仿真模型的參數(shù)Kl的數(shù)值和高壓MOS晶體管的長(zhǎng)度L 以及寬度W的關(guān)系滿(mǎn)足Kl = W.Kw + L*K/ + Kc其中，Kl是閾值電壓的襯底節(jié)點(diǎn)電壓調(diào)制因子，Kw表示Kl的寬度調(diào)制系 數(shù)，K/表示K1的長(zhǎng)度調(diào)制系數(shù)，Kc表示Kl的常系數(shù)。
6、 如權(quán)利要求5所述的高壓MOS晶體管電路仿真宏模型，其特征在于 所述高壓MOS晶體管的溝道長(zhǎng)寬比L/W介于1.2pm/2(Vm到5^im/20(im之間。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種高壓MOS晶體管電路仿真宏模型，屬于集成電路領(lǐng)域。該仿真宏模型包括一個(gè)MOS晶體管仿真模型，一個(gè)n溝道JFET仿真模型和一個(gè)二極管仿真模型，所述的n溝道JFET串聯(lián)在所述MOS晶體管的漏極上，所述的二極管串聯(lián)在所述MOS晶體管的源極和柵極之間。本發(fā)明的高壓MOS晶體管電路仿真宏模型具有清晰的物理意義，其特性可隨著尺寸參數(shù)變化而變化，在所有業(yè)界常用的電路仿真器、EDA軟件、模型軟件中都能得到支持和應(yīng)用，且提取方便、快捷，準(zhǔn)確而仿真速度快。
文檔編號(hào)G06F17/50GK101110092SQ20071004549
公開(kāi)日2008年1月23日 申請(qǐng)日期2007年8月31日 優(yōu)先權(quán)日2007年8月31日
發(fā)明者錚 任, 胡少堅(jiān) 申請(qǐng)人:上海集成電路研發(fā)中心有限公司