專利名稱：金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)管的參數(shù)萃取系統(tǒng)及方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種電路模型建立的系統(tǒng)及方法，尤其涉及一種MOS管的元件參數(shù)萃取及模型建立的系統(tǒng)及方法。
背景技術(shù)：
場(chǎng)效應(yīng)管是一種利用電場(chǎng)效應(yīng)來(lái)控制電流大小的半導(dǎo)體器件，這種器件不僅兼有體積小、重量輕、耗電省、壽命長(zhǎng)等特點(diǎn)，而且還有輸入阻抗高、噪聲低、熱穩(wěn)定性好、抗輻射能力強(qiáng)和制造工藝簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)，因而大大擴(kuò)展了它的應(yīng)用性，特別是在大規(guī)模集成電路中得到了廣泛應(yīng)用。
根據(jù)結(jié)構(gòu)的不同，場(chǎng)效應(yīng)管可分為兩大類結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管(JFET，Junction Type Field Effect Transistor)和金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)管(MOSFET，Metal-Oxide-Semiconductor Type Field Effect Transistor)，MOSFET是利用半導(dǎo)體表面的電場(chǎng)效應(yīng)進(jìn)行工作的，MOSFET也簡(jiǎn)稱為MOS管，它有N溝道和P溝道兩類，即NMOS及PMOS兩種。在MOS管中，有三個(gè)電極即柵極g、漏極d、及源極s。
在進(jìn)行電路分析時(shí)，為提高仿真的可信度，通常先建立MOS管元件的PSPICE模型再將它運(yùn)用至電路中進(jìn)行仿真分析，MOS管元件的PSPICE模型通常是通過(guò)利用描點(diǎn)或直接輸入元件參數(shù)的方式建立。但是，在這些做法中，并沒(méi)考慮MOS管的寄生電阻的溫度效應(yīng)，因此當(dāng)溫度發(fā)生變化時(shí)，其建立的模型特性將會(huì)失去準(zhǔn)確性。
因此需要提供一種金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)管的參數(shù)萃取系統(tǒng)及方法，其通過(guò)輸入廠商提供的數(shù)據(jù)，自動(dòng)進(jìn)行MOS管元件參數(shù)的萃取，同時(shí)計(jì)算出寄生電阻的溫度系數(shù)以提高仿真的準(zhǔn)確度。

發(fā)明內(nèi)容針對(duì)先前技術(shù)的不足，本發(fā)明提供一種金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)管的參數(shù)萃取系統(tǒng)，其通過(guò)輸入廠商提供的數(shù)據(jù)，自動(dòng)進(jìn)行MOS管元件參數(shù)的萃取，同時(shí)計(jì)算出寄生電阻的溫度系數(shù)。
該金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)管的參數(shù)萃取系統(tǒng)包括一計(jì)算機(jī)主機(jī)、一顯示屏幕、鍵盤、及鼠標(biāo)。其中，顯示屏幕、鍵盤、及鼠標(biāo)分別與計(jì)算機(jī)主機(jī)相連。顯示屏幕可為任一顯示裝置，其提供一用戶使用界面，用戶通過(guò)輸入裝置輸入的數(shù)據(jù)可通過(guò)顯示屏幕顯示。
計(jì)算機(jī)主機(jī)包括多個(gè)軟件功能模塊，其通過(guò)接收輸入的廠商提供的數(shù)據(jù)，自動(dòng)進(jìn)行MOS管元件參數(shù)的萃取，同時(shí)計(jì)算出寄生電阻的溫度系數(shù)以提高仿真的準(zhǔn)確度。計(jì)算機(jī)主機(jī)包括一極性選擇模塊、一數(shù)值接收模塊、數(shù)目統(tǒng)計(jì)模塊、一參數(shù)萃取模塊及一電路模型生成模塊。極性選擇模塊用于供用戶選擇MOS管的極性，即NMOS或PMOS。數(shù)值接收模塊用于接收用戶輸入供貨商提供的數(shù)值，如(Vgs，Id)、(Vt，Tj)、(Rds(on)，Tj)、Qgs、Vplt、Beta、(Crss，Vds)、td(on)、Ciss、Vt、VGG及Rgdrv數(shù)值。為使萃取的MOS管元件參數(shù)更準(zhǔn)確，其中(Vgs，Id)及(Rds(on)，Tj)應(yīng)輸入至少一組以上數(shù)據(jù)。數(shù)目統(tǒng)計(jì)模塊，用于統(tǒng)計(jì)輸入的每一變量對(duì)應(yīng)的輸入數(shù)據(jù)的個(gè)數(shù)，并判斷其數(shù)目是否相同，如Vgs，Id分別輸入的數(shù)據(jù)的個(gè)數(shù)，當(dāng)Vgs輸入的數(shù)據(jù)有3個(gè)而Id輸入的數(shù)據(jù)有2個(gè)，則Vgs及Id、的輸入數(shù)據(jù)的數(shù)目不相同；Rds(on)，Ti也同理。參數(shù)萃取模塊用于根據(jù)以上輸入的數(shù)值萃取相應(yīng)的元件參數(shù)，如Kp、Vt、Rs、Rvt的溫度系數(shù)、Rd及其溫度系數(shù)、Cgs、Cjo、m、Vj及Rg。電路模型生成模塊用于根據(jù)以上萃取出的元件參數(shù)建立MOS管元件的模型。
針對(duì)先前技術(shù)的不足，本發(fā)明還提供一種金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)管的參數(shù)萃取方法，其通過(guò)輸入廠商提供的數(shù)據(jù)，自動(dòng)進(jìn)行MOS管元件參數(shù)的萃取，同時(shí)計(jì)算出寄生電阻的溫度系數(shù)。
該方法包括下列步驟首先，極性選擇模塊提供兩種極性的MOS管，即NMOS或PMOS，并接收用戶的選擇；數(shù)值接收模塊接收用戶輸入的至少一組的(Vgs，Id)數(shù)值，此時(shí)接面溫度為25℃；數(shù)目統(tǒng)計(jì)模塊統(tǒng)計(jì)Vgs及Id數(shù)據(jù)的個(gè)數(shù)，判斷兩變量對(duì)應(yīng)數(shù)據(jù)的數(shù)目是否一致；如果數(shù)目一致，參數(shù)萃取模塊萃取相應(yīng)的參數(shù)，如Kp、Vt及Rs；數(shù)值接收模塊接收一組接面溫度不為25℃時(shí)的(Vt，Tj)值；萃取出Rvt的溫度系數(shù)；接收Vgs、Id及一組以上(Rds(on)，Tj)數(shù)值；判斷Rds(on)及Tj的輸入數(shù)據(jù)的數(shù)目是否一致；若兩者數(shù)目一致，則萃取出Rd及其溫度系數(shù)；接收用戶輸入的Qgs、Vplt、1/Beta及兩組(Crss，Vds)數(shù)值；萃取出Cgs、Cjo、m及Vj；接收用戶輸入的td(on)、Ciss、Vt、VGG及Rgdrv數(shù)值；萃取出Rg；最后，電路模型生成模塊根據(jù)上述步驟中所萃取出的參數(shù)生成相應(yīng)的MOS管的電路模型。
通過(guò)本發(fā)明，其通過(guò)輸入廠商提供的數(shù)據(jù)，自動(dòng)進(jìn)行MOS管元件參數(shù)的萃取，同時(shí)計(jì)算出寄生電阻的溫度系數(shù)以提高仿真的準(zhǔn)確度。

圖1是本發(fā)明金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)管的參數(shù)萃取系統(tǒng)的硬件架構(gòu)圖。
圖2是本發(fā)明金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)管的參數(shù)萃取系統(tǒng)中計(jì)算機(jī)主機(jī)的功能模塊圖。
圖3是本發(fā)明的萃取MOS管元件參數(shù)的流程圖。
具體實(shí)施方式針對(duì)本發(fā)明的專有術(shù)語(yǔ)作如下解釋Vgs柵極-源極電壓(Gate-Source Voltage)Id漏極電流(Drain Current)Kp轉(zhuǎn)導(dǎo)參數(shù)(Transconduct Parameter)Vt臨界電壓(Threshold Voltage)Rvt臨界電阻(Threshold Resistance)Rs源極電阻(Drain Ohmic Resistance)Tj接面溫度(Junction Temperature)Rds(on)漏極-源極導(dǎo)通電阻(Drain-Source on-State Resistance)Rd漏極電阻(Drain Ohmic Resistance)Qgs柵極-源極電荷(Gate-Source Charge)Vplt平穩(wěn)電壓(Plateau Voltage)Beta柵極充電特性曲線中第三區(qū)域的直線斜率Crss反轉(zhuǎn)移電容(Reverse Transfer Capacitance)
Vds漏極-源極電壓(Drain-Source Voltage)Cgs柵極-源極電容(Gate-Source Capacitance)Cio零偏壓時(shí)的反轉(zhuǎn)移電容(Crss at Vds＝0V)m梯度系數(shù)(Grading Coefficient)Vj接面電位(Junction Potential)Ciss輸入電容(Input Capacitance)td(on)導(dǎo)通延遲時(shí)間(Turn-on Delay Time)VGG柵極驅(qū)動(dòng)電壓(Gate Drive Voltage)Rgdrv柵極驅(qū)動(dòng)電阻(Gate Drive Resistance)Rg柵極電阻(Gate Resistance)參閱圖1所示，是本發(fā)明金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)管的參數(shù)萃取系統(tǒng)的硬件架構(gòu)圖。該金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)管的參數(shù)萃取系統(tǒng)包括一計(jì)算機(jī)主機(jī)1、一顯示屏幕2、一鍵盤5及一鼠標(biāo)6。其中，顯示屏幕2、鍵盤5、及鼠標(biāo)6分別與計(jì)算機(jī)主機(jī)1相連。顯示屏幕2可為任意顯示裝置，其提供一用戶使用界面，用戶通過(guò)輸入裝置鍵盤5或鼠標(biāo)6輸入的數(shù)據(jù)可通過(guò)顯示屏幕2顯示。
計(jì)算機(jī)主機(jī)1包括多個(gè)軟件功能模塊(如圖2所示)，其通過(guò)接收輸入的廠商提供的數(shù)據(jù)，自動(dòng)進(jìn)行MOS管元件參數(shù)的萃取，同時(shí)計(jì)算出寄生電阻的溫度系數(shù)以提高仿真的準(zhǔn)確度。
參閱圖2所示，是本發(fā)明金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)管的參數(shù)萃取系統(tǒng)中計(jì)算機(jī)主機(jī)的功能模塊圖。計(jì)算機(jī)主機(jī)1包括一極性選擇模塊11、一數(shù)值接收模塊12、數(shù)目統(tǒng)計(jì)模塊13、一參數(shù)萃取模塊14及一電路模型生成模塊15。極性選擇模塊11用于供用戶選擇MOS管的極性，即NMOS或PMOS。數(shù)值接收模塊12用于接收用戶輸入供貨商提供的數(shù)值，如(Vgs，Id)、(Vt，Tj)、(Rds(on)，Tj)、Qgs、Vplt、Beta、(Crss，Vds)、td(on)、Ciss、Vt、VGG及Rgdrv等變量的數(shù)值。為使萃取的MOS管元件參數(shù)更準(zhǔn)確，其中(Vgs，Id)及(Rds(on)，Tj)變量輸入至少一組以上數(shù)據(jù)。數(shù)目統(tǒng)計(jì)模塊13，用于統(tǒng)計(jì)輸入的Vgs及Id變量對(duì)應(yīng)數(shù)據(jù)的個(gè)數(shù)，并判斷其數(shù)目是否相同，如Vgs變量對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)有3個(gè)而Id變量對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)有2個(gè)，則Vgs及Id變量對(duì)應(yīng)數(shù)據(jù)的數(shù)目不相同；此外數(shù)目統(tǒng)計(jì)模塊13也可用于統(tǒng)計(jì)Rds(on)及Tj變量對(duì)應(yīng)數(shù)據(jù)的數(shù)目，并判斷其數(shù)目是否相同。參數(shù)萃取模塊14用于根據(jù)以上各變量對(duì)應(yīng)的數(shù)值萃取相應(yīng)的元件參數(shù)，如Kp、Vt、Rs、Rvt的溫度系數(shù)、Rd及其溫度系數(shù)、Cgs、Cjo、m、Vj及Rg。電路模型生成模塊15用于根據(jù)以上萃取出的元件參數(shù)建立MOS管元件的模型。
參閱圖3所示，是本發(fā)明萃取MOS管元件參數(shù)的流程圖。首先，極性選擇模塊11提供兩種極性的MOS管，即NMOS或PMOS，并接收用戶的選擇(步驟S300)；接著，數(shù)值接收模塊12接收用戶輸入的至少一組(Vgs，Id)變量對(duì)應(yīng)的數(shù)值，此時(shí)接面溫度為25℃(步驟S301)；數(shù)目統(tǒng)計(jì)模塊13統(tǒng)計(jì)Vgs及Id兩變量對(duì)應(yīng)數(shù)據(jù)的個(gè)數(shù)，判斷兩變量對(duì)應(yīng)數(shù)據(jù)的數(shù)目是否一致(步驟S302)；如果數(shù)目一致，參數(shù)萃取模塊14根據(jù)步驟S301中接收的數(shù)值萃取相應(yīng)的參數(shù)，如Kp、Vt及Rs(步驟S303)，若數(shù)目不一致則返回S301；數(shù)值接收模塊12接收一組接面溫度不為25℃時(shí)的(Vt，Tj)值(步驟S304)；根據(jù)步驟S304中數(shù)值萃取出Rvt的溫度系數(shù)(步驟S305)；接收Vgs、Id及一組以上(Rds(on)，Tj)變量的數(shù)值(步驟S306)；判斷Rds(on)及Tj變量對(duì)應(yīng)數(shù)據(jù)的數(shù)目是否一致(步驟S307)；若兩者數(shù)目一致，則根據(jù)步驟S306中數(shù)值萃取出Rd及其溫度系數(shù)(步驟S308)，若兩者數(shù)目不一致則返回S306。
然后，計(jì)算機(jī)主機(jī)1接收用戶輸入的Qgs、Vplt、1/Beta及兩組(Crss，Vds)(步驟S309)；萃取出Cgs、Cjo、m及Vj(步驟S310)；接收用戶輸入的td(on)、Ciss、Vt、VGG及Rgdrv數(shù)值(步驟S311)；根據(jù)步驟S311中的數(shù)值萃取出Rg(步驟S312)；最后，電路模型生成模塊15根據(jù)上述步驟中所萃取出的參數(shù)生成相應(yīng)的MOS管的電路模型(步驟S313)。
權(quán)利要求
1.一種金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)管的參數(shù)萃取系統(tǒng)，其可自動(dòng)萃取金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)管的參數(shù)，并計(jì)算出其寄生電阻的溫度系數(shù)，該系統(tǒng)包括一計(jì)算機(jī)主機(jī)、至少一顯示裝置及輸入裝置，其特征在于，該計(jì)算機(jī)主機(jī)包括一極性選擇模塊，用于選擇金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)管的極性；一數(shù)值接收模塊，用于接收用戶輸入的數(shù)值；一數(shù)目統(tǒng)計(jì)模塊，用于統(tǒng)計(jì)輸入的柵極-源極電壓及漏極電流變量對(duì)應(yīng)數(shù)據(jù)的個(gè)數(shù)，并判斷其數(shù)目是否相同，還可用于統(tǒng)計(jì)輸入的漏極-源極導(dǎo)通電阻及接面溫度變量對(duì)應(yīng)數(shù)據(jù)的個(gè)數(shù)，并判斷其數(shù)目是否相同；一參數(shù)萃取模塊，用于根據(jù)以上接收的數(shù)值進(jìn)行元件參數(shù)的萃??；一電路模型生成模塊，根據(jù)以上萃取的元件參數(shù)生成相應(yīng)的電路模型。
2.如權(quán)利要求1所述的金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)管的參數(shù)萃取系統(tǒng)，其特征在于，其中金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)管的極性有N溝道和P溝道兩類，即NMOS及PMOS兩種。
3.一種金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)管的參數(shù)萃取方法，其特征在于，該方法包括以下步驟選擇金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)管的極性；接收用戶輸入的至少一組柵極-源極電壓及漏極電流變量對(duì)應(yīng)的數(shù)值，此時(shí)接面溫度為T；統(tǒng)計(jì)柵極-源極電壓及漏極電流兩變量對(duì)應(yīng)數(shù)據(jù)的個(gè)數(shù)，判斷兩變量對(duì)應(yīng)數(shù)據(jù)的數(shù)目是否一致；如果數(shù)目一致，萃取相應(yīng)的參數(shù)，其包括轉(zhuǎn)導(dǎo)參數(shù)、臨界電壓及源極電阻；接收一組接面溫度不為T時(shí)的臨界電壓及接面溫度值；萃取出臨界電阻及其溫度系數(shù)；接收柵極-源極電壓、漏極電流及一組以上漏極-源極導(dǎo)通電阻、接面溫度變量的數(shù)值；判斷漏極-源極導(dǎo)通電阻及接面溫度兩變量對(duì)應(yīng)數(shù)據(jù)的數(shù)目是否一致；若兩者數(shù)目一致，則萃取出漏極電阻及其溫度系數(shù)；接收用戶輸入的柵極-源極電荷、平穩(wěn)電壓、柵極充電特性曲線中第三區(qū)域的直線斜率及兩組反轉(zhuǎn)移電容、漏極-源極電壓值；萃取出柵極-源極電容、零偏壓時(shí)的反轉(zhuǎn)移電容、梯度系數(shù)及接面電位；接收用戶輸入的導(dǎo)通延遲時(shí)間、輸入電容、臨界電壓、柵極驅(qū)動(dòng)電壓及柵極驅(qū)動(dòng)電阻數(shù)值；萃取出柵極電阻；根據(jù)上述步驟中所萃取出的參數(shù)生成相應(yīng)的金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)管的電路模型。
4.如權(quán)利要求3所述的金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)管的參數(shù)萃取方法，其特征在于，其中判斷柵極-源極電壓及漏極電流兩變量對(duì)應(yīng)數(shù)據(jù)的個(gè)數(shù)的步驟還包括如果兩變量對(duì)應(yīng)數(shù)據(jù)個(gè)數(shù)不一致，則重新輸入兩變量的數(shù)值。
5.如權(quán)利要求3所述的金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)管的參數(shù)萃取方法，其特征在于，其中判斷漏極-源極導(dǎo)通電阻及接面溫度兩變量對(duì)應(yīng)數(shù)據(jù)的個(gè)數(shù)是否一致的步驟還包括如果兩變量對(duì)應(yīng)數(shù)據(jù)個(gè)數(shù)不一致，則重新輸入兩變量的數(shù)值。
6.如權(quán)利要求3所述的金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)管的參數(shù)萃取方法，其特征在于，其中接面溫度T為一溫度值，可根據(jù)需要來(lái)規(guī)定。
全文摘要
本發(fā)明提供一種金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)管的參數(shù)萃取系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括一計(jì)算機(jī)主機(jī)、至少一顯示裝置及輸入裝置。顯示裝置提供一用戶使用界面，用戶通過(guò)輸入裝置輸入的數(shù)據(jù)可通過(guò)顯示屏幕顯示。計(jì)算機(jī)主機(jī)包括多個(gè)軟件功能模塊，其通過(guò)接收輸入的廠商提供的數(shù)據(jù)，自動(dòng)進(jìn)行MOS管元件參數(shù)的萃取，同時(shí)計(jì)算出寄生電阻的溫度系數(shù)以提高仿真的準(zhǔn)確度。計(jì)算機(jī)主機(jī)包括一極性選擇模塊、一數(shù)值接收模塊、一數(shù)目統(tǒng)計(jì)模塊、一參數(shù)萃取模塊及一電路模型生成模塊。本發(fā)明還揭露一種金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)管的參數(shù)萃取方法。通過(guò)本發(fā)明，其可自動(dòng)進(jìn)行MOS管元件參數(shù)的萃取，同時(shí)計(jì)算出寄生電阻的溫度系數(shù)以提高仿真的準(zhǔn)確度。
文檔編號(hào)H01L29/78GK1797722SQ20041009194
公開日2006年7月5日 申請(qǐng)日期2004年12月30日 優(yōu)先權(quán)日2004年12月30日
發(fā)明者陳俊仁 申請(qǐng)人:鴻富錦精密工業(yè)(深圳)有限公司, 鴻海精密工業(yè)股份有限公司