专利名称：一种改进的高压器件仿真模型及其应用方法
技术领域：
本发明涉及一种电路设计模拟仿真模型及软件，特别涉及一种改进的高压器件仿真模型及其应用方法。
背景技术：
目前，器件仿真模型在集成电路设计中具有在非常重要的作用，它可大大缩短产品的设计生产周期、提高产品的成品率、节省成本等等。同时高压器件在集成电路产品中得到越来越广泛的应用，如液晶显示器驱动器(LCD Driver)等，但由于缺乏高效、简洁高压器件模型，更没有公认的统一的标准，已在普通晶体管上得到广泛应用的、传统的BSIM3(Berkeleyshort channel insulated gate field effect transistor model)模型并不能很好地仿真高压器件的性能，特别是其高压下的性能，这对高压集成电路的设计造成了非常的不便及重大损失。因此，高压集成电路设计中对准确、高效器件模型的要求就变得非常迫切。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种改进的高压器件仿真模型及其应用方法，可直接提取出对应于半导体器件在高压方面的模型，并可与普通的器件模型一样被电路设计仿真软件直接调用。
为解决上述技术问题，本发明提出了一种改进的高压器件仿真模型，在低压条件下的普通SPICE器件模型基础上，在晶体管的漏极上串联一个可随电压、温度变化的可变电阻，以实现高压区域栅极电压对晶体管电流能力控制减弱效应，增加一个电流控制电流源仿真高压器件的离效应；该电阻电阻值与加在该电阻上面的电压的关系为R＝RO*(1+VC1*VR+VC2*VR*VR)*(1+VC3*Vbs+VC4*Vbs*Vbs)，其中RO是电压为零时的电阻值，VC1、VC2、VC3、VC4是其电压一级及二级系数，VR是电压绝对值，Vbs是衬底与源极间的电压绝对值；在晶体管漏极与源极间跨接一个电流控制电流源，以仿真高压晶体管的离化效应。
本发明还提出一种改进的高压器件仿真模型应用方法，将BSIM3模型与上述改进的高压器件仿真模型组合成高压器件SPICE模型，然后调用为拟合实际测量值而调节的参数电阻RO，其电压系数VC1、VC2、VC3、VC4，温度系数TC1、TC2；其子电路为.subckt nch_hv drain gate source sub wn＝50uln＝2u；x2 drain dl电阻模型或子电路名；ml dl gate source sub晶体管模型名w＝wn l＝ln；.ends。
应用本发明器件模型工程师在测量的高压晶体管的数据基础上可直接提取出对应的高压模型，并可被电路设计仿真软件(如SPICE，即Simulation Program with Integrated Circuit Emphasis)直接调用，极大地提高了高压模型使用的便利性、大大提高了集成电路设计工作的效率与准确性，缩短产品设计周期及降低成本。
图1是具有离化现象的高压晶体管电流与电压性能；图2是本发明改进的晶体管示意图；图3是本发明改进后的模型所仿真出的高压晶体管电流电压性能。
具体实施例方式
下面结合附图及具体实施例对本发明作进一步详细的说明。
高压晶体管器件与普通晶体管器件的性能差别主要表现在，当漏极工作于饱和电压(Vdd)时，随栅极电压(Vgs)的增加，当Vgs接近于Vdd时，晶体管的电流(Ids)增加明显变得缓慢，即在高压区栅压Vgs对电流Ids的控制能力大大减弱。另外，高压晶体管还容易产生与栅极电压相关联的离化现象，如图1即是具有离化现象的高压晶体管电流与电压性能示意。
然而，传统的BSIM3不能很好的仿真出这种栅压对晶体管电流控制力在高压区减弱弱的效应以及与栅极电压相关联的离化现象。本发明即在传统BSIM3通用模型的基础上，通过对器件模型的参数、格式及其调用方法等作适当改变，找到了一种直接实现高压模型的方法，并且通过调节适当参数的值，可使仿真结果与测试数据基本一致。具体如下本发明首先建立一种改进的高压器件仿真模型。
1、建立高压晶体管在低压条件下的普通SPICE器件模型。
2、在晶体管的漏极上增加一个可变电阻，利用漏极电阻的分压作用，以实现在高压区域栅极电压对晶体管电流能力控制减弱效应，其电阻与其电压的关系为R＝RO*(1+VC1*VR+VC2*VR*VR)*(1+VC3*Vbs+VC4*Vbs*Vbs)其中RO是电压为零时的电阻值，VC1、VC2、VC3、VC4是它的电压一级及二级系数，VR是加在电阻上面的电压绝对值，Vbs是衬底与源极间的电压绝对值。
3、增加一个电流控制电流源(CCCS)以仿真高压晶体管的与栅极电压相关联的离化现象。增加一个电流控制电流源仿真高压器件的离效应。
如图2所示，为改进后的高压器件等效电路即本发明改进的晶体管示意图。
以下是一个按上述方法建立的高压器件模型具体实施例.lib tt_hv.lib’./model_hv.lib’晶体管库名.lib’./model_hv.lib’电阻库名.subckt nch_hv drain gate source sub wn＝50u ln＝2ux2 drain dl电阻模型或子电路名ml dl gate source sub晶体管模型名w＝wn l＝ln.ends.endl tt-hv*****************************.LIB晶体管库名.MODEL晶体管模型名NMOS+LEVEL＝53.ENDL晶体管库名*******************************.LIB电阻库名.subckt子电路名n1 n2
.param r0＝100 vc1＝2.66E-1 vc2＝le-2.ends子电路名.ENDL电阻库名然后可以将BSIM3模型与上述本发明改进的高压器件仿真模型组合成高压器件SPICE模型，在实际高压晶体管特性数据的基础上，通过对其中为拟合实际测量值而调节的部分参数，如电阻RO、电压系数VC1、VC2、VC3、VC4、温度系数TC1、TC2等进行优化，利用漏极电阻的分压作用，以及电流控制电流源的增流作用，可以实现在传统BSIM3模型的基础上实现高压器件的行为特征，并获得较好的拟合效果。
其子电路为.subckt nch_hv drain gate source sub wn＝50u ln＝2ux2 drain d1电阻模型或子电路名ml dl gate source sub晶体管模型名w＝wn l＝ln.ends子电路是用软件作电路仿真时的一种网表形式，类似于程序设计中的子程序，可被其它电路，如总电路或其它子电路调用。
综上所述，应用本发明建立的高压器件仿真模型及应用方法，器件模型工程师在测量的高压晶体管的数据基础上可直接提取出对应的高压模型，并可被电路设计仿真软件(如高压SPICE-HSPICE，SPECTRE)直接调用，极大地提高了高压模型使用的便利性、大大提高了集成电路设计工作的效率与准确性，缩小产品设计周期及降低成本。
权利要求
1.一种改进的高压器件仿真模型，首先建立高压晶体管在低压条件下的普通SPICE器件模型，其特征在于，然后在所述晶体管的漏极上串联一个可随电压、温度变化的可变电阻，以实现高压区域栅极电压对晶体管电流能力控制减弱效应，增加一个电流控制电流源仿真高压器件的离效应；该电阻电阻值与加在该电阻上面的电压的关系为R＝RO*(1+VC1*VR+VC2*VR*VR)*(1+VC3*Vbs+VC4*Vbs*Vbs)，其中RO是电压为零时的电阻值，VC1、VC2、VC3、VC4是其电压一级及二级系数，VR是电压绝对值，Vbs是衬底与源极间的电压绝对值；在所述晶体管漏极与源极间跨接一个电流控制电流源，以仿真高压晶体管的离化效应。
2.一种改进的高压器件仿真模型应用方法，其特征在于，将BSIM3模型与权利要求1所述的改进的高压器件仿真模型组合成高压器件SPICE模型，该模型可调用为拟合实际测量值而调节的参数电阻RO，其电压系数VC1、VC2、VC3、VC4，温度系数TC1、TC2；其子电路为.subckt nch_hv drain gate source sub wn＝50u ln＝2ux2 drain d1电阻模型或子电路名ml d1 gat e source sub晶体管模型名w＝wn l＝ln.ends。
全文摘要
本发明公开了一种改进的高压器件仿真模型，在低压条件下的普通SPICE器件模型基础上，在晶体管的漏极上串联一个可随电压、温度变化的可变电阻，以实现高压区域栅极电压对晶体管电流能力控制减弱效应，增加一个电流控制电流源仿真高压器件的离效应；该电阻电阻值与加在该电阻上面的电压具有函数关系；在晶体管漏极与源极间跨接一个电流控制电流源，以仿真高压晶体管的离化效应。本发明还将BSIM3模型与上述改进的高压器件仿真模型组合成高压器件SPICE模型，然后调用为拟合实际测量值而调节的参数电阻R0，其电压系数VC1、VC2、VC3、VC4，温度系数TC1、TC2等。本发明可提高高压模型使用的便利性，提高集成电路设计工作效率与准确性，缩短产品设计周期、降低成本。
文档编号G06F17/50GK1971569SQ20051011060
公开日2007年5月30日 申请日期2005年11月22日 优先权日2005年11月22日
发明者邹小卫, 钱文生 申请人:上海华虹Nec电子有限公司