结型场效应晶体管的仿真模型及仿真方法与流程

本发明涉及器件仿真技术领域，特别是涉及一种结型场效应晶体管的仿真模型及其应用方法。

背景技术：

结型场效应晶体管(Junction Field-Effect Transistor，JFET)广泛应用于各类模拟电路的设计中，而电路设计中对器件仿真模型的精度要求也越来越高，Synopsys公司和Cadence公司的仿真软件提供的JFET模型已不能满足仿真精度要求。

技术实现要素：

基于此，有必要提供一种仿真精度较高的结型场效应晶体管的仿真模型。

一种结型场效应晶体管的仿真模型，包括：

核心场效应晶体管模型，其电流电压特性采用BSIM3/BSIM4的参数进行拟合；

第一二极管模型，连接于所述核心场效应晶体管模型的栅极和漏极之间；

第二二极管模型，连接于所述核心场效应晶体管模型的栅极和源极之间；

第三二极管模型，连接于所述核心场效应晶体管模型的漏极和体电极之间；

第四二极管模型，连接于所述核心场效应晶体管模型的源极和体电极之间；

所述第一二极管模型、第二二极管模型、第三二极管模型和第四二极管模型用于描述结型场效应晶体管的内部寄生二极管的电容电压特性和漏电特性。

在其中一个实施例中，所述核心场效应晶体管模型本身内置的二极管被关闭。

在其中一个实施例中，所述核心场效应晶体管模型、第一二极管模型、第二二极管模型、第三二极管模型和第四二极管模型利用如下子电路文件进行设置：

.subckt jfet d g s b w＝1E-6 l＝1E-6

mcore d g s b m_jfet w＝w l＝l as＝0 ad＝0 ps＝0 pd＝0

d1 g s d_gs_para area＝1E-12 pj＝4E-6

d2 g d d_gd_para area＝1E-12 pj＝4E-6

d3 b s d_bs_para area＝1E-12 pj＝4E-6

d4 b d d_bd_para area＝1E-12 pj＝4E-6

.model d_gs_para d

+level＝3

+....................................

.model d_gd_para d

+level＝3

+....................................

.model d_bs_para d

+level＝3

+....................................

.model d_bd_para d

+level＝3

+....................................

.model m_jfet nmos

+level＝54 version＝4.5 binunit＝2

+....................................

.ends jfet。

一种结型场效应晶体管的仿真方法，包括如下步骤：

创建核心场效应晶体管模型，并采用BSIM3/BSIM4的参数模拟所述核心场效应晶体管模型电流电压特性；

创建连接于所述核心场效应晶体管模型的栅极和漏极之间的第一二极管模型；

创建连接于所述核心场效应晶体管模型的栅极和源极之间的第二二极管模 型；

创建连接于所述核心场效应晶体管模型的漏极和体电极之间的第三二极管模型；

创建连接于所述核心场效应晶体管模型的源极和体电极之间第四二极管模型；

所述第一二极管模型、第二二极管模型、第三二极管模型和第四二极管模型用于描述结型场效应晶体管的内部寄生二极管的电容电压特性和漏电特性。

在其中一个实施例中，在采用BSIM3/BSIM4的参数模拟所述核心场效应晶体管模型电流电压特性的步骤中，关闭所述核心场效应管模型本身内置的二极管。

在其中一个实施例中，所述核心场效应晶体管模型、第一二极管模型、第二二极管模型、第三二极管模型和第四二极管模型利用如下子电路文件进行设置：

.subckt jfet d g s b w＝1E-6 l＝1E-6

mcore d g s b m_jfet w＝w l＝l as＝0 ad＝0 ps＝0 pd＝0

d1 g s d_gs_para area＝1E-12 pj＝4E-6

d2 g d d_gd_para area＝1E-12 pj＝4E-6

d3 b s d_bs_para area＝1E-12 pj＝4E-6

d4 b d d_bd_para area＝1E-12 pj＝4E-6

.model d_gs_para d

+level＝3

+....................................

.model d_gd_para d

+level＝3

+....................................

.model d_bs_para d

+level＝3

+....................................

.model d_bd_para d

+level＝3

+....................................

.model m_jfet nmos

+level＝54 version＝4.5 binunit＝2

+....................................

.ends jfet。

上述仿真模型及仿真方法采用外挂二极管的方式描述结型场效应管中寄生二极管的电容电压特性和漏电特性，具有更高的精度。

附图说明

图1为一实施例的结型场效应晶体管的仿真模型的等效电路结构示意图；

图2为一实施例的结型场效应晶体管的仿真方法流程图；

图3～6是采用图1所示仿真模型的电流-电压特性拟合曲线；

图7是采用图1所示仿真模型的栅极到漏极间的电容-电压特性拟合曲线。

具体实施方式

以下结合附图和实施例进行进一步说明。

图1为一实施例的结型场效应晶体管的仿真模型的等效电路结构。该结型场效应晶体管的仿真模型包括核心场效应晶体管模型M1、第一二极管模型D_GD_para、第二二极管模型D_GS_para、第三二极管模型D_BD_para、以及第四二极管模型D_BS_para。

核心场效应晶体管模型M1的电流电压特性采用BSIM3/BSIM4的参数进行拟合。BSIM3/BSIM4是加州大学伯克利分校开发的一种电路仿真标准。从第三代的BSIM3开始，该仿真标准建立在物理模型基础上，基于准二维分析，解决涉及到器件在工作时的物理特性。在具体使用中为了提高准确性还引入拟合参数来修改方程在描述某些器件特性时出现的误差。该标准与目前大多数仿真器，如HSPICE、SPECTRE等兼容，并且通过格式转化可以保持在不同仿真器上仿 真结果一致。

第一二极管模型D_GD_para连接于所述核心场效应晶体管模型M1的栅极(G)和漏极(D)之间。第二二极管模型D_GS_para连接于所述核心场效应晶体管模型M1的栅极(G)和源极(S)之间。第三二极管模型D_BD_para连接于所述核心场效应晶体管模型M1的漏极(D)和体电极(B)之间。第四二极管模型D_BS_para连接于所述核心场效应晶体管模型的源极(S)和体电极(B)之间。其中第一二极管模型D_GD_para的阴极和第三二极管模型D_BD_para的阴极与核心场效应晶体管模型M1的漏极(D)连接，第二二极管模型D_GS_para的阴极和第四二极管模型D_BS_para的阴极与核心场效应晶体管模型M1的源极(S)连接。

上述第一二极管模型D_GD_para、第二二极管模型D_GS_para、第三二极管模型D_BD_para和第四二极管模型D_BS_para用于描述结型场效应晶体管M1的内部寄生二极管的电容电压特性和漏电特性。

进一步地，核心场效应晶体管模型M1本身内置的二极管被关闭，以便使用外置的第一二极管模型D_GD_para、第二二极管模型D_GS_para、第三二极管模型D_BD_para和第四二极管模型D_BS_para来准确描述结型场效应晶体管M1的内部寄生二极管的电容电压特性和漏电特性。

所述核心场效应晶体管模型M1、第一二极管模型D_GD_para、第二二极管模型D_GS_para、第三二极管模型D_BD_para和第四二极管模型D_BS_para利用如下子电路文件进行设置：

.subckt jfet d g s b w＝1E-6 l＝1E-6

mcore d g s b m_jfet w＝w l＝l as＝0 ad＝0 ps＝0 pd＝0

d1 g s d_gs_para area＝1E-12 pj＝4E-6

d2 g d d_gd_para area＝1E-12 pj＝4E-6

d3 b s d_bs_para area＝1E-12 pj＝4E-6

d4 b d d_bd_para area＝1E-12 pj＝4E-6

.model d_gs_para d

+level＝3

+....................................

.model d_gd_para d

+level＝3

+....................................

.model d_bs_para d

+level＝3

+....................................

.model d_bd_para d

+level＝3

+....................................

.model m_jfet nmos

+level＝54 version＝4.5 binunit＝2

+....................................

.ends jfet。

首先，前6行设置核心场效应管M1和4个二极管d1、d2、d3、d4的尺寸，这四个二极管命名为d_gs_para、d_gd_para、d_bs_para和d_bd_para，也即分别对应上述的第二二极管模型D_GS_para、第一二极管模型D_GD_para、第四二极管模型D_BS_para和第三二极管模型D_BD_para。

然后，为每个二极管模型及核心场效应管M1设置参数。其中，对于各个二极管模型，“+....................................”表示省略描述。可以根据每个二极管模型所需要的参数进行具体的设置。

核心场效应晶体管模型M1中栅氧厚度赋较大值使M1的栅极到源漏极电容较小。这样就可以通过第一二极管模型D_GD_para、第二二极管模型D_GS_para来准确拟合JFET栅极和漏极、栅极和源极的电容电压特性、漏电特性等。

图2为一实施例的结型场效应晶体管的仿真方法流程图。结合图1和图2，该方法包括如下步骤：

步骤S101：创建核心场效应晶体管模型，并采用BSIM3/BSIM4的参数模拟所述核心场效应晶体管模型电流电压特性。如图1所示的核心场效应晶体管 模型M1。

步骤S102：创建连接于所述核心场效应晶体管模型的栅极和漏极之间的第一二极管模型。如图1所示的第一二极管模型D_GD_para。

步骤S103：创建连接于所述核心场效应晶体管模型的栅极和源极之间的第二二极管模型。如图1所示的第二二极管模型D_GS_para。

步骤S104：创建连接于所述核心场效应晶体管模型的漏极和体电极之间的第三二极管模型。如图1所示的第三二极管模型D_BD_para。

步骤S105：创建连接于所述核心场效应晶体管模型的源极和体电极之间第四二极管模型。如图1所示的第四二极管模型D_BS_para。

步骤S106：采用第一二极管模型、第二二极管模型、第三二极管模型和第四二极管模型描述结型场效应晶体管的内部寄生二极管的电容电压特性和漏电特性。

上述实施例的方法中，步骤S102～S105不分先后。

进一步地，核心场效应晶体管模型M1本身内置的二极管被关闭，以便使用外置的第一二极管模型D_GD_para、第二二极管模型D_GS_para、第三二极管模型D_BD_para和第四二极管模型D_BS_para来准确描述结型场效应晶体管M1的内部寄生二极管的电容电压特性和漏电特性。

所述核心场效应晶体管模型M1、第一二极管模型D_GD_para、第二二极管模型D_GS_para、第三二极管模型D_BD_para和第四二极管模型D_BS_para利用如下子电路文件进行设置：

.subckt jfet d g s b w＝1E-6 l＝1E-6

mcore d g s b m_jfet w＝w l＝l as＝0 ad＝0 ps＝0 pd＝0

d1 g s d_gs_para area＝1E-12 pj＝4E-6

d2 g d d_gd_para area＝1E-12 pj＝4E-6

d3 b s d_bs_para area＝1E-12 pj＝4E-6

d4 b d d_bd_para area＝1E-12 pj＝4E-6

.model d_gs_para d

+level＝3

+....................................

.model d_gd_para d

+level＝3

+....................................

.model d_bs_para d

+level＝3

+....................................

.model d_bd_para d

+level＝3

+....................................

.model m_jfet nmos

+level＝54 version＝4.5 binunit＝2

+....................................

.ends jfet。

首先，前6行设置核心场效应管M1和4个二极管d1、d2、d3、d4的尺寸，这四个二极管命名为d_gs_para、d_gd_para、d_bs_para和d_bd_para，也即分别对应上述的第二二极管模型D_GS_para、第一二极管模型D_GD_para、第四二极管模型D_BS_para和第三二极管模型D_BD_para。

然后，为每个二极管模型及核心场效应管M1设置参数。其中，对于各个二极管模型，“+....................................”表示省略描述。可以根据每个二极管模型所需要的参数进行具体的设置。

核心场效应晶体管模型M1中栅氧厚度赋较大值使M1的栅极到源漏极电容较小。这样就可以通过第一二极管模型D_GD_para、第二二极管模型D_GS_para来准确拟合JFET栅极和漏极、栅极和源极的电容电压特性、漏电特性等。

图3～6是采用图1所示仿真模型的电流-电压特性拟合曲线；图7是采用图1所示仿真模型的栅极到漏极间的电容-电压特性拟合曲线。其中离散点的虚线为实测数据，实线为模型拟合曲线。从图3～7可以看出，该仿真模型的仿真精度较高。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。