专利名称：一种soi场效应晶体管spice模型系列的建模方法
技术领域：
本发明涉及一种场效应晶体管SPICE模型系列的建模方法，尤其涉及一种SOI场效应晶体管SPICE模型系列的建模方法，属于微电子器件建模领域。
背景技术：
MOSFET为一种四端口半导体器件，在各个端口施加不同的激励，器件的漏极电流也会相应发生变化。通过对器件建立数学模型，得出输入输出的数学表达式，电路设计者使用该模型进行电路设计的SPICE仿真。目前已提出多种关于MOSFET的数学模型，每种模型都包含大量的参数。SOI场效应管(亦称M0SFET) —般有两种应用模式，一种是有体引出的结构(包括 T型栅引出结构和H型栅引出结构)，另一种是无体引出的结构(即浮体结构)。图1为T 型栅引出结构器件的版图示意图。对栅施加电压时，T型栅102下面的衬底也会反型形成导电沟道。目前一般认为这个沟道的性质与正常栅101下面的沟道完全一致，所以T型栅 102仅仅等效于增加了器件的有效宽度而已。然而，这种处理方式是极为简单的，在目前的工艺下，甚至是错误的，体引出结构的器件甚至会表现出一些模型无法涵盖的特性。T型栅102非单一掺杂，一半掺杂N型杂质，另一半掺杂P型杂质，它的电学特性与单一掺杂的正常栅101截然不同。而且，当对浮体结构进行建模(指SPICE模型，下同)时， 器件与体有关的模型参数需要通过有体引出结构的器件来提取，若不考虑引出部分(即T 型栅102下面的导电沟道)，而直接用体引出结构器件的测试数据来提取模型参数，这样建立的浮体结构SPICE模型会难以准确表达器件的一些特性，甚至在仿真时出现错误。鉴于此，本发明提供了一种SOI场效应晶体管SPICE模型系列的准确建模方法，可以更加准确有效的对SOI场效应晶体管建模仿真。
发明内容
本发明要解决的技术问题在于提供一种SOI场效应晶体管SPICE模型系列的建模方法。为了解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案一种SOI场效应晶体管SPICE模型系列的建模方法，包括以下步骤1)设计制作若干不同尺寸的体引出结构器件、浮体结构器件以及仅包含所述体引出结构器件中的体引出部分的辅助器件；2)分别测量体引出结构器件、浮体结构器件和辅助器件的各种电学特性数据；3)将所有体引出结构器件的电学特性数据减去相同测试条件下对应尺寸的辅助器件的电学特性数据，记做中间数据；4)利用所述中间数据，提取SOI场效应晶体管SPICE模型方程中体引出结构器件的所有模型参数，建立第一模型；5)利用所述辅助器件的电学特性数据，提取SOI场效应晶体管SPICE模型方程中体引出结构器件的所有模型参数，建立第二模型；6)编写由第一模型和第二模型并联组成的宏模型，建立体引出结构SOI场效应晶体管的SPICE模型；7)在步骤4)建立的第一模型的基础上，利用浮体结构器件的电学特性数据提取 SOI场效应晶体管SPICE模型方程中无体引出结构器件的所有模型参数，从而得到浮体结构SOI场效应晶体管的SPICE模型。作为本发明的优选方案，步骤1)所述体引出结构器件为T型栅引出结构器件。作为本发明的优选方案，步骤2~)测试的各种电学特性数据包括交流和直流电学特性。作为本发明的优选方案，步骤4)中的SOI场效应晶体管SPICE模型方程为 BSIMS0I3.BSIM4S0I 或 PSPSOI 模型方程。作为本发明的优选方案，步骤5)中的SOI场效应晶体管SPICE模型方程为 BSIMS0I3.BSIM4S0I 或 PSPSOI 模型方程。作为本发明的优选方案，步骤6)采用Verilog-A编写宏模型。作为本发明的优选方案，步骤6)编写的宏模型中第一模型和第二模型共用栅、 源、漏和体四端。本发明的有益效果在于本发明提出的建模方法通过设计制作仅包含体引出结构器件中的体引出部分的辅助器件，测试该辅助器件的电学特性数据，用体引出结构器件的测试数据减去辅助器件的数据，得到中间数据。该中间数据可以更加准确地体现体引出结构器件中主体的功能晶体管部分的电学特性，消除了体引出部分寄生晶体管的干扰。在该中间数据的基础上提取出的浮体结构的器件模型参数，较现有技术更为准确，拟合效果更好；通过编写由中间数据提取的第一模型和辅助器件提取的第二模型并联组成的宏模型，能够完整的反应体引出结构器件的各个物理结构部分(即体引出部分和主体部分)对其电学特性的影响。因此本发明提出的建模方法考虑了体引出结构中寄生晶体管的影响，利用该方法建立的模型系列能更加准确的反应体引出结构及浮体结构的SOI场效应晶体管的实际工作情况及电学特性，有利于SOI电路设计仿真的可靠性，从而对促进SOI电路的发展有重要
图1为实施例中T型栅体引出结构的SOI场效应晶体管示意图；图2为实施例中浮体结构的SOI场效应晶体管的示意图；图3为实施例中辅助器件示意图；图4为实施例中获取中间数据的测试数据示意图。
具体实施例方式下面结合附图进一步说明本发明的器件结构，为了示出的方便附图并未按照比例绘制。本发明的发明人通过对体引出结构的SOI场效应晶体管测试研究发现采用T型栅引出结构的SOI场效应晶体管中，如图1所示，体引出部分的T型栅102下面的衬底也会反型形成导电沟道，而且这个沟道的性质与主体部分的正常栅101下面的沟道并不一致。T 型栅102并非单一掺杂，其一半掺杂N型杂质，另一半掺杂P型杂质，它的电学特性与单一掺杂的正常栅101是截然不同的。目前，在仿真建模时通常将T型栅102仅仅等效于增加了器件的有效宽度，可见按此建立的电学模型是很不准确的，实际器件会表现出一些现有 SPICE模型无法涵盖的特性。而且，当对浮体结构进行SPICE建模时，器件与体有关的模型参数需要通过有体引出结构的器件来提取，若不考虑引出部分，而直接用体引出结构器件的测试数据来提取模型参数，这样建立的浮体结构SPICE模型会难以准确表达器件的一些特性，甚至在仿真时出现错误。在上述的分析研究基础上，本发明的发明人提出一种更为准确的SOI场效应晶体管SPICE模型系列的建模方法，SOI场效应晶体管SPICE模型系列包括体引出结构的SOI场效应晶体管SPICE模型和浮体结构的SOI场效应晶体管SPICE模型。通常是通过测试器件数据，利用模型方程提取相关模型参数，从而得到完整的数学模型。本发明的建模方法具体包括如下步骤1)设计制作若干不同尺寸的体引出结构器件(以T型栅为例)，如图1，其中正常栅101、源102、漏103由掩模106定义N型掺杂(以NMOS为例，下同)，体104由掩模107 定义P型掺杂，T型栅由掩模106和掩模107共同定义掺杂极性。设计制作若干不同尺寸的浮体结构器件，如图2，其中正常栅201、源203、漏204由掩模206定义N型掺杂。设计制作若干不同尺寸的仅包含T型栅102的辅助器件，如图3，其中源403、漏404由掩模406定义N型掺杂，体405由掩模407定义P型掺杂，T型栅由掩模406和掩模407共同定义掺杂极性，根据应用，一般将辅助器件的宽度固定为某一固定值。2)利用半导体参数测量仪(如Agilent 4156,Agilent B1500A、Keithley4200等) 分别测量上述三种器件的各种交流和直流电学特性，包括Cgg_VgS、Cgc_VgS_VbS、Ids_Vgs_ Vbs、Ids_Vds_Vgs、Ids_Vgs_Vds 等。3)将所有体引出结构器件的电学特性数据减去相同测试条件下对应尺寸的辅助器件的电学特性数据，记做中间数据。例如，所有长度为L的体引出结构器件，其数据减去长度为L的辅助器件的数据，记做中间数据。如图4，曲线501为体引出结构器件数据，曲线 502为辅助器件数据，曲线503为中间数据，由曲线501与曲线502相减而得。4)采用合适的SPICE模型方程(如BSIMS0I3、BSIM4S0I、PSPS0I等)对中间数据进行模型参数提取，建立第一模型。以BSIM4S0I为例，将参数nbc设置为1，视为有体引出结构的器件，选择合适的提取流程，提取所有模型参数。5)采用合适的SPICE模型方程(如BSIMS0I3、BSIM4S0I、PSPS0I等)对辅助器件数据进行模型参数提取，建立第二模型。以BSIM4S0I为例，将参数nbc设置为1，视为有体引出结构的器件，选择合适的提取流程，提取所有模型参数。6)用Verilog-A编写宏模型，此宏模型由第一模型和第二模型并联组成，记为体引出结构SOI场效应晶体管的SPICE模型。其中第二模型代表体引出结构SOI场效应晶体管中体引出部分(T栅102下的)的寄生晶体管，第一模型代表其主体部分(正常栅101 下)的正常晶体管，两个晶体管共用栅、源、漏和体四端，由此能更加准确全面的反应体引出结构SOI场效应晶体管的电学特性。
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7)采用合适的SPICE模型(如BSIMS0I3、BSIM4S0I、PSPS0I等)对浮体结构器件数据进行模型参数提取。以BSIM4S0I为例，将步骤4)得到的第一模型作为浮体结构器件的初始模型，并将参数nbc设置为0，视为无体弓I出的器件，选择合适的提取流程，提取所有模型参数，从而可直接得到浮体结构SOI场效应晶体管的SPICE模型。利用该中间数据提取的参数去除了体引出部分寄生晶体管的干扰数据，能更加准确的反应浮体结构SOI场效应晶体管的电学特性，提高了模型的拟和效果。可见，本发明提出的建模方法考虑了体引出结构中寄生晶体管的影响，利用该方法建立的模型系列能更加准确的反应体引出结构及浮体结构的SOI场效应晶体管的实际工作情况及电学特性，有利于SOI电路设计仿真的可靠性，从而对促进SOI电路的发展有重
要意义。上述实施例仅列示性说明本发明的原理及功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此项技术的人员均可在不违背本发明的精神及范围下，对上述实施例进行修改。因此，本发明的权利保护范围，应如权利要求书所列。
权利要求
1.一种SOI场效应晶体管SPICE模型系列的建模方法，其特征在于，包括以下步骤1)设计制作若干不同尺寸的体引出结构器件、浮体结构器件以及仅包含所述体引出结构器件中的体引出部分的辅助器件；2)分别测量体引出结构器件、浮体结构器件和辅助器件的各种电学特性数据；3)将所有体引出结构器件的电学特性数据减去相同测试条件下对应尺寸的辅助器件的电学特性数据，记做中间数据；4)利用所述中间数据，提取SOI场效应晶体管SPICE模型方程中体引出结构器件的所有模型参数，建立第一模型；5)利用所述辅助器件的电学特性数据，提取SOI场效应晶体管SPICE模型方程中体引出结构器件的所有模型参数，建立第二模型；6)编写由第一模型和第二模型并联组成的宏模型，建立体引出结构SOI场效应晶体管的SPICE模型；7)在步骤4)建立的第一模型的基础上，利用浮体结构器件的电学特性数据提取SOI场效应晶体管SPICE模型方程中无体引出结构器件的所有模型参数，从而得到浮体结构SOI 场效应晶体管的SPICE模型。
2.根据权利要求1所述的SOI场效应晶体管SPICE模型系列的建模方法，其特征在于 步骤1)所述体引出结构器件为T型栅引出结构器件。
3.根据权利要求1所述的SOI场效应晶体管SPICE模型系列的建模方法，其特征在于 步骤幻测试的各种电学特性数据包括交流和直流电学特性。
4.根据权利要求1所述的SOI场效应晶体管SPICE模型系列的建模方法，其特征在于 步骤4)中的SOI场效应晶体管SPICE模型方程为BSIMS0I3、BSIM4S0I或PSPSOI模型方程。
5.根据权利要求1所述的SOI场效应晶体管SPICE模型系列的建模方法，其特征在于 步骤5)中的SOI场效应晶体管SPICE模型方程为BSIMS0I3、BSIM4S0I或PSPSOI模型方程。
6.根据权利要求1所述的SOI场效应晶体管SPICE模型系列的建模方法，其特征在于 步骤6)采用Verilog-A编写宏模型。
7.根据权利要求1所述的SOI场效应晶体管SPICE模型系列的建模方法，其特征在于 步骤6)编写的宏模型中第一模型和第二模型共用栅、源、漏和体四端。
全文摘要
本发明公开了一种SOI场效应晶体管SPICE模型系列的建模方法，通过设计制作辅助器件，测量电学特性数据，获取中间数据，在中间数据的基础上提取模型参数，建立浮体结构SOI场效应晶体管的SPICE模型，并利用中间数据及辅助器件数据提取模型参数，编写宏模型，建立体引出结构SOI场效应晶体管的SPICE模型。本发明提出的建模方法考虑了体引出结构中引出部分的寄生晶体管的影响，利用该方法建立的模型系列能更加准确的反应体引出结构及浮体结构的SOI场效应晶体管的实际工作情况及电学特性，提高了模型的拟和效果。
文档编号G06F17/50GK102176215SQ20111007277
公开日2011年9月7日 申请日期2011年3月24日 优先权日2011年3月24日
发明者伍青青, 柴展, 王曦, 罗杰馨, 陈静 申请人:中国科学院上海微系统与信息技术研究所