[发明专利]一种短沟道PMOS管负偏置温度不稳定性的等效电路

说明书

本发明提供一种短沟道PMOS管负偏置温度不稳定性的等效电路，包括一个PMOS管、一个压控电压源、第一压控电流源和第二压控电流源、一个加法器、第一至第六乘法器、第一至第十三电压源及一个接地端。本申请是根据PMOS管的负偏压温度不稳定性效应的可靠性物理研究和实验测试结果提出的，该等效电路结构针对短沟道PMOS管，能够使用标准Spice模型，在PMOS管周围利用压控电压源和压控电流源搭建简单的PMOS管退化电路，即模拟PMOS管在不同时刻、不同温度、不同栅压及不同器件尺寸下对应的PMOS管器件的衰减，进而得出该器件整体性能的退化，即通过该等效电路模型能够得出PMOS管的退化趋势，达到温度、时间、栅压、宽长比等各个因素共同影响器件退化的效果。

技术领域

本发明涉及电学技术领域，具体涉及一种短沟道PMOS管负偏置温度不稳定性的等效电路。

背景技术

负偏置温度不稳定性(NBTI效应)是指在纳米级PMOS器件中，在强场负栅压和高温的作用下PMOS管表现出来的器件退化，NBTI效应主要是在高温的条件下Si/SiO₂界面处Si-H发生电化学反应产生Nit和反型沟道的空穴引起退化，其中跨导和漏电流变小，阈值电压斜率减小以及亚阈值电压向负方向飘移和栅电流增大。其中在NBTI应力的作用下，阈值电压漂移引起的缺陷主要集中在栅极与源漏区的交叠和栅的边缘处，在短沟道中，NBTI退化区域占整个沟道的相对面积增大，也就是说沟道越短，产生的NBTI效应越明显，对器件的性能也造成了越来越严重的影响。随着NBTI的不断退化，使PMOS器件的电学参数持续退化，其退化前后的输出特性曲线对比如图1所示，转移特性曲线对比如图2所示。沟道中负偏置温度不稳定性退化的过程与器件所受的应力关系、温度、器件尺寸等因素关系密切。

目前在CMOS电路仿真软件中仿真负偏置温度不稳定性效应对电路可靠性的影响时，通常会研究单个影响因素对PMOS管退化的影响。而本发明的发明人经过研究发现，虽然之前的这些经验模型在一定的范围内能够反应各个因素对PMOS管退化的影响，但是针对各个因素共同对PMOS管退化的影响的研究还很缺乏。

发明内容

针对现有在CMOS电路仿真软件中仿真负偏置温度不稳定性效应对电路可靠性的影响时，通常会研究单个影响因素对PMOS管退化的影响，虽然之前的这些经验模型在一定的范围内能够反应各个因素对PMOS管退化的影响，但是针对各个因素共同对PMOS管退化的影响的研究还很缺乏的技术问题，本发明提供一种短沟道PMOS管负偏置温度不稳定性的等效电路。

为了解决上述技术问题，本发明采用了如下的技术方案：

一种短沟道PMOS管负偏置温度不稳定性的等效电路，包括一个PMOS管、一个压控电压源、第一压控电流源和第二压控电流源、一个加法器、第一至第六乘法器、第一至第十三电压源及一个接地端；具体地，

压控电压源的正极接PMOS管的栅极，负极悬空，控制端的负极接地，控制端的正极接第四乘法器的输出端，压控电压源的控制系数为0.29；

第一压控电流源的正极接PMOS管的源极，负极接PMOS管的漏极，控制端的负极接地，控制端的正极接第二乘法器的输出端，第一压控电流源的控制系数设置为1*10^-10；

第二压控电流源的正极接PMOS管的栅极，负极接PMOS管的源极，控制端的负极接地，控制端的正极接第六乘法器的输出端，第二压控电流源的控制系数设置为1*10^-10；

加法器的第一输入端接PMOS管的漏极，第二输入端接PMOS管的栅极，输出端接第一乘法器的第一输入端，加法器的第一输入端的输入系数为0.0006，第二输入端的输入系数为-0.002*(2-0.1/(vd+1))，加法器用于实现漏极应力电压乘以第一输入端的输入系数、栅极应力电压乘以第二输入端的输入系数后两者相加的功能；