[发明专利]一种垂直型场效应晶体管直流特性和电容特性仿真方法

摘要

本发明公开了一种垂直型场效应晶体管直流特性和电容特性仿真方法，包括以下步骤步骤10)获取直流特性测试数据文件；步骤20）根据漂移区特性建立漂移区电阻；步骤30）建立垂直型场效应晶体管直流特性模型；步骤40）电容CiSS、CrSS测试，并通过计算得到CGS、CGD与漏极电压相对应的电容值，获取CGS、CGD的测试数据文件，步骤50）建立垂直型场效应晶体管电容CGD模型；步骤60）建立垂直型场效应晶体管电容CGS模型，本发明中垂直型场效应晶体管的直流特性模型可以解决BSIM3V3模型本身不具备垂直型场效应晶体管所具有的准饱和特性的问题，并且弥补了垂直型场效应晶体管电容模型的空白。

主权项

一种垂直型场效应晶体管直流特性和电容特性仿真方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：步骤10)获取能够被建模软件MBP识别的直流特性测试数据文件，MBP是一种侧重于硅器件的器件建模软件，步骤101)将垂直型场效应晶体管放入半导体参数测试仪B1505A的芯片插槽，并将垂直型场效应晶体管的栅极G接半导体参数测试仪B1505A的HPSMU端口，源极S和衬底B接半导体参数测试仪B1505A的GNDU端口，漏极D接半导体参数测试仪B1505A的HCSMU端口，步骤102)打开半导体参数测试仪B1505A上的Easy Expert测试软件，对垂直型场效应晶体管进行测试，获得一组测试温度为25℃的输出特性数据，对垂直型场效应晶体管进行测试的具体方法如下：利用半导体参数测试仪B1505A对栅极G施加不同的正栅压，正栅压分别为4.1V、5V、6V、13V，然后分别在每一个对应的栅压下，利用半导体参数测试仪B1505A的HCSMU端口对器件的漏极D进行正电压扫描，扫描电压范围是从0V‑20V，间隔步长为1V，每扫一点即记录漏极电流大小，最后得到一组垂直型场效应晶体管器件的输出特性数据，步骤103)将测试温度为25℃的输出特性数据组成能够被MBP识别的直流特性测试数据文件，步骤20)根据垂直型场效应晶体管漂移区的特性建立漂移区电阻模型，所述漂移区电阻为：其中Rdrift为漂移区电阻，dirft为漂移区，Rsh为漂移区初始电阻，VD为漏极电压，D为垂直型场效应晶体管的漏极，b为漏极电压调节因子，VG为栅极电压，G为垂直型场效应晶体管的栅极，a为栅极电压调节因子，其中Rsh、b、a为漂移区电阻模型的模型参数，步骤30)根据步骤20)中的漂移区电阻模型，建立垂直型场效应晶体管的 直流特性模型，步骤301)建立垂直型场效应晶体管直流特性模型的模型文件，模型文件包括垂直型场效应晶体管直流特性模型和该模型参数的初始值，所述垂直型场效应晶体管的直流特性模型为：将漂移区电阻的一端和N沟道金属氧化物半导体的漏极连接，漂移区电阻的另一端作为垂直型场效应晶体管的漏极，N沟道金属氧化物半导体的栅极和源极分别作为垂直型场效应晶体管的栅极和源极，对垂直型场效应晶体管模型的直流特性模型参数赋予初始值，所述模型参数包括N沟道金属氧化物半导体的BSIM3V3模型参数和漂移区电阻的模型参数，其中BSIM3V3模型参数为：Tox、xj、rsh、Vth0、K1、K2、u0、ua、ub、uc、Nfactor、Voff、A0、Ags、keta、alph0、alph1、beta0、dvt0、dvt1、dvt2、nlx、rdsw、lint、ll、prwg、prwb、cdsc、cdscd，漂移区电阻的模型参数为：Rsh、b、a，步骤302)在MBP中选择模型类型为BSIM3V3，将步骤103)中所述的直流特性测试数据文件读入MBP中，MBP依据垂直型场效应晶体管的直流特性测试数据文件产生垂直型场效应晶体管测试输出特性离散点，读入步骤301)中所述的模型文件，MBP根据模型文件生成基于垂直型场效应晶体管模型的仿真输出特性曲线以及垂直型场效应晶体管直流特性模型的均方根误差RMSE，MBP中RMSE的内置计算方法为：(式2)其中，N表示测试点的总点数，mea(i)表示第i个测试点的测试数据，sim(i)表示第i个测试点的仿真数据，调节垂直型场效应晶体管直流特性模型的模型参数，直至垂直型场效应晶体管直流特性模型的RMSE小于垂直型场效应晶体管输出特性拟合值3％，保存对应的垂直型场效应晶体管直流特性模型参数的模型文件，步骤40)获取垂直型场效应晶体管电容CiSS、CrSS的电容值，并通过计算得到相应的CGS、CGD电容值，其中CiSS为垂直型场效应晶体管的输入电容，CrSS为垂直型场效应晶体管的反向转移电容，CGS为垂直型场效应晶体管的栅源电容， CGD为垂直型场效应晶体管的栅漏电容，步骤401)电容CiSS的测试电路搭建以及电容值获取：AgilentE4980A精密LCR表的Hcur端口以及Hpot端口接垂直型场效应晶体管的栅极，Lcur端口以及Lpot端口接垂直型场效应晶体管的源极，Keithley 2410源表分别在漏极施加0V、2V、4V、6V、8V、10V、12V、15V、20V、25V、30V、50V、80V、100V、600V，AgilentE4980A精密LCR表记录对应的CiSS电容值，步骤402)电容CrSS的测试电路搭建以及电容值获取：AgilentE4980A精密LCR的Hcur端口以及Hpot端口接垂直型场效应晶体管的漏极，Lcur端口以及Lpot端口接垂直型场效应晶体管的栅极，源表Keithley 2410分别在漏极施加0V、2V、4V、6V、8V、10V、12V、15V、20V、25V、30V、50V、80V、100V、600V，半导体仪器AgilentE4980A精密LCR表记录对应的CrSS电容值，步骤403)在相同的漏极电压下，对应的垂直型场效应晶体管电容CiSS、CrSS与CGS、CGD的关系如下：Ciss＝CGS+CGD   (式3)Crss＝CGD   (式4)根据上述的两个关系式，计算出漏极电压为0V、2V、4V、6V、8V、10V、12V、15V、20V、25V、30V、50V、80V、100V、600V时CGS、CGD的电容值，并分别建立能够被MBP识别的CGS电容值测试文件和CGD电容值测试文件，步骤50)建立垂直型场效应晶体管电容CGD模型，步骤501)所述垂直型场效应晶体管CGD电容如下：（式5）VD为漏极电压，D为垂直型场效应晶体管的漏极，CGD0为栅源电容初始参数，α为漏极电压调节参数，β为漏极电压指数影响参数，其中CGD0、α、β为垂直型场效应晶体管电容CGD模型的模型参数，对垂直型场效应晶体管电容CGD模型的模型参数赋予初始值，然后建立垂直型场效应晶体管电容CGD模型的模型文件，该模型文件包括式5和垂直型场效应晶体管电容CGD模型的模型参数的初始值，步骤502)将步骤403)所述的CGD电容值测试文件读入MBP中，MBP 依据垂直型场效应晶体管电容CGD的电容值测试文件产生垂直型场效应晶体管电容CGD的测试点，读入步骤501)中建立的模型文件，MBP根据该模型文件自动生成垂直型场效应晶体管电容CGD的仿真曲线以及垂直型场效应晶体管电容CGD模型的均方根误差RMSE，令CGD0值＝CGD0初始值+3×10‑11*i，α值＝α初始值+3×10‑3*j，β值＝β初始值+3×10‑2*k，其中CGD0初始值为0，α初始值为0，β的初始值为‑0.867，i为0至200的整数，j为0至500的整数，k为0至100的整数，法拉为参数CGD0的单位，伏特为参数α的单位，调整步骤501)中建立的模型文件中的模型参数，当垂直型场效应晶体管电容CGD模型的均方根误差RMSE最小时，保存对应的含有垂直型场效应晶体管电容CGD模型参数的模型文件，步骤60)建立垂直型场效应晶体管电容CGS模型，步骤601)所述垂直型场效应晶体管CGS电容如下：VD为漏极电压，D为垂直型场效应晶体管的漏极，CGS0为栅源初始电容值，m为漏极电压正向影响参数，n为漏极电压负向影响参数，其中CGS0、m、n为垂直型场效应晶体管电容CGS模型的模型参数，对垂直型场效应晶体管电容CGS模型的模型参数赋予初始值，然后建立垂直型场效应晶体管电容CGS模型的模型文件，该模型文件包括式6和垂直型场效应晶体管电容CGS模型的模型参数的初始值，步骤602)将步骤403)所述的CGS电容值测试文件读入MBP中，MBP依据垂直型场效应晶体管电容CGS的电容值测试文件产生垂直型场效应晶体管电容CGS的测试点，调入步骤601)中建立的模型文件，MBP根据该模型文件自动生成垂直型场效应晶体管电容CGS的仿真曲线以及垂直型场效应晶体管电容CGS模型的均方根误差RMSE，令CGS0值＝CGS0初始值+1×10‑11*x，m值＝m初始值+1×10‑2*y，n值＝n初始值+1×10‑2*z，其中CGS0初始值为1.0E‑10，m初始值为0，n初始值为0，x为0至100的整数，y为0至200的整数，z为0至300的整数，法拉为参数CGS0的 单位，伏特‑1为参数m的单位，伏特‑1为参数n的单位，调整步骤601)建立的模型文件中的模型参数，当垂直型场效应晶体管电容CGS的均方根RMS最小时，保存对应的含有垂直型场效应晶体管电容CGS模型参数的模型文件，步骤70)将垂直型场效应管直流特性模型以及电容CGD、CGS模型的模型参数添加进电路设计及仿真软件Cadence中，对垂直场效应管进行仿真，得到垂直场效应管的直流特性和电容特性，从而最终建立起垂直型场效应管直流特性和电容特性仿真方法。