一种铁电负电容晶体管的电路仿真模型及建模方法

本发明涉及集成电路，尤其涉及一种铁电负电容晶体管的电路仿真模型及建模方法。

背景技术：

1、目前国内外建模金属-铁电-金属-绝缘层-半导体(mfmis)负电容晶体管(nc-fet)器件电学特性的方法主要有两种：(1)基于tcad商业数值仿真器，如sentaurus和silvaco,这种方法实际是一种基于求解一系列半导体物理方程的有限元法，计算速度慢，耗费计算和存储资源多，收敛性较差。无法对包含多个器件的电路进行仿真。(2)基于基准mosfet器件的商业bsim模型与朗道-哈拉特尼科夫(landau-khalatnikov)方程的耦合求解法。

2、但是由于商业bsim模型存在大量的拟合参数和只允许用户修改器件栅长和栅宽等少数模型参数，物理机理图像不清晰。此外，商业bsim模型建模的器件结构和物理机理是固定的，用户不能根据实际情况进行调整。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种铁电负电容晶体管的电路仿真模型及建模方法，旨在解决现有的建模方法精度较低和仿真速度慢的的问题。

2、为实现上述目的，第一方面，本发明提供了一种铁电负电容晶体管的电路仿真模型的建模方法，包括以下步骤：

3、建立铁电器件剖面结构，并设置基准mosfet器件的栅极、漏极和源极的偏压；

4、基于所述漏极和所述源极的偏压计算源极面电荷密度和漏极面电荷密度；

5、基于所述源极面电荷密度和所述漏极面电荷密度得到基准mosfet器件的沟道电流；

6、计算基准mosfet器件的栅极面电荷密度；

7、通过所述栅极面电荷密度得到整个铁电器件的总栅压；

8、基于所述沟道电流和所述总栅压构建整个铁电器件的电路仿真模型。

9、其中，所述基于所述漏极和所述源极的偏压进行计算，得到源极面电荷密度和漏极面电荷密度的具体方式为：

10、基于所述漏极和所述源极的偏压通过泊松方程和高斯边界条件方程进行计算，得到源极面电荷密度和漏极面电荷密度。

11、其中，所述通过所述源极面电荷密度和所述漏极面电荷密度得到基准mosfet器件的沟道电流的具体方式为：

12、基于所述源极面电荷密度和所述漏极面电荷密度使用显式方程，进行计算，得到基准mosfet器件的沟道电流。

13、其中，所述计算基准mosfet器件的栅极面电荷密度的具体方式为：

14、使用电流连续方程和电荷分割法进行计算，得到基准mosfet器件的栅极面电荷密度。

15、其中，所述通过所述栅极面电荷密度得到整个铁电器件的总栅压的具体方式为：

16、基于所述栅极面电荷密度使用朗道-哈拉特尼科夫相变方程进行计算，得到整个铁电器件的总栅压。

17、第二方面，一种铁电负电容晶体管仿真电路模拟器模型，采用第一方面所述的铁电负电容晶体管电路仿真模型的建模方法构建，

18、所述铁电负电容晶体管电路仿真模型包括基准mosfef器件与铁电电容器电学特性模型的串联组合。

19、本发明提出了一种铁电负电容晶体管的电路仿真模型及建模方法，建立铁电器件剖面结构，并设置基准mosfet器件的栅极、漏极和源极的偏压，基于所述漏极和所述源极的偏压计算源极面电荷密度和漏极面电荷密度，基于所述源极面电荷密度和所述漏极面电荷密度得到基准mosfet器件的沟道电流，计算mosfet器件的栅极面电荷密度，通过所述栅极面电荷密度得到整个铁电器件的总栅压，基于所述沟道电流和所述总栅压构建铁电器件完整的电路仿真模型。本发明从泊松方程、电流连续连方程和landau-khalatnikov方程出发，获得了完全解析的沟道电流和端电荷密度的表达式，并通过verilog-a语言编译，能实现与主流商业电路仿真器的兼容，从而解决现有的建模方法精度较低和仿真速度慢的问题。

技术特征：

1.一种铁电负电容晶体管的电路仿真模型的建模方法，其特征在于，包括以下步骤：建立铁电器件剖面结构，并设置基准mosfet器件的栅极、漏极和源极的偏压；

2.如权利要求1所述的一种铁电负电容晶体管的电路仿真模型的建模方法，其特征在于，

3.如权利要求2所述的一种铁电负电容晶体管的电路仿真模型的建模方法，其特征在于，

4.如权利要求3所述的一种铁电负电容晶体管的电路仿真模型的建模方法，其特征在于，

5.如权利要求4所述的一种铁电负电容晶体管的电路仿真模型的建模方法，其特征在于，

6.一种铁电负电容晶体管的电路仿真模型，采用权利要求1-5所述的铁电负电容晶体管的电路仿真模型的建模方法，其特征在于，

技术总结
本发明涉及集成电路技术领域，具体涉及一种铁电负电容晶体管的电路仿真模型及建模方法，包括基于漏极和源极的偏压计算源极面电荷密度和漏极面电荷密度，基于源极面电荷密度和漏极面电荷密度得到基准金属‑氧化物‑半导体‑场效应晶体管器件的沟道电流，计算MOSFET器件的栅极面电荷密度，基于栅极面电荷密度使用朗道‑哈拉特尼科夫方程进行计算，得到整个铁电器件的总栅压<subgt;，</subgt;基于沟道电流和总栅压构建整个铁电负电容晶体管的电路仿真模型。本发明所提出的电路仿真模型完全基于基本半导体器件物理方程，且具有显式的数学表达式，从而解决现有的建模方法精度较低和仿真速度慢的问题。

技术研发人员：蒋春生,陈红英,李晨阳,忻星辰
受保护的技术使用者：广西师范大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/13