[发明专利]MOS晶体管噪声模型形成方法、装置和电路模拟方法

说明书

技术领域

本发明涉及半导体技术领域，尤其涉及MOS晶体管噪声模型形成方法、装置和电路模拟方法。

背景技术

随着CMOS技术中器件尺寸的持续缩小，对于模拟电路来说，栅电压下漏端电流的1/f噪声参数变得越来越重要，漏端电流的1/f噪声越大，放大器、数模转换器或者模数转换器中的信噪比(SNR)越小。因此，在电路设计中，需精确控制漏端电流的1/f噪声参数，而对1/f噪声参数的控制的关键在于所采用的模型的精确程度。

目前，比较流行的MOS晶体管模型主要是BSIM(Berkeley Short-channelIGFET Model)模型，在BSIM模型中通常采用其中的SPICE(SimulationProgram with Integrated Circuit Emphasis)模型，SPICE模型有两个主要的版本：HSPICE和PSPICE，HSPICE主要应用于集成电路设计，而PSPICE主要应用于PCB板和系统级的设计。

MOS晶体管模型中的电流噪声密度模型是MOS晶体管一个非常重要的性能指标，通常采用下式作为其数学模型：

Sid=(Kf·gm2Cox·Weff·Leff2·fAf)12]]>

其中，K_f、A_f为与温度无关的常数，C_ox为MOS晶体管的栅介质层的单位面积电容，L_eff为MOS晶体管的有效沟道长度，W_eff为MOS晶体管的有效沟道宽度，g_m为MOS晶体管的跨导，f为频率，Sid为电流噪声密度。

在HSPICE使用手册的2005年9月版本中第119页还可以发现更多与上述技术方案相关的信息。

采用上述MOS晶体管的电流噪声密度模型模拟了沟道导电类型为n型的MOS晶体管在-40℃、25℃和125℃温度下的电流噪声密度，如图1中曲线所示，可以看出，在上述三种温度下，三条曲线所代表的三个温度下的电流噪声密度无法区分，说明采用现有技术的MOS晶体管的噪声模型无法模拟温度对电流噪声的影响。

然而，当电路在实际工作中，器件温度通常比室温要高，而不同温度下电流噪声密度Sid值与频率f的关系是不同的。图2给出沟道导电类型为n型的MOS晶体管在实际工作中的三个温度(-40℃，25℃和125℃)下的电流噪声密度Sid值与频率f的关系。图2中三条细曲线分别表示125℃，25℃和-40℃的噪声曲线，为了清楚起见，平滑了三条噪声曲线并分别用曲线I、II和III表示，曲线I代表在125℃下的电流噪声密度Sid和频率f的关系，曲线II代表在25℃下的电流噪声密度Sid和频率f的关系，曲线III代表在-25℃下的电流噪声密度Sid和频率f的关系，可以看出，在不同工作温度下，沟道导电类型为n型的MOS晶体管的电流噪声密度不同。