《集成电路设计基础Ch电路CAD》-公开课件.ppt

集成电路设计基础 王志功 东南大学 无线电系 2004年 7.1 集成电路计算机辅助电路模拟程序SPICE SPICE已经被广泛的接受为集成电路模拟的标准软件。 Cadence公司的Spectro，Mentor Graphics公司的Eldo和Agilent公司的ADS等，其核心程序都包括SPICE的功能 7.2 采用SPICE的电路设计流程 7.3 电路元件的SPICE输入语句格式 7.3.1 标题、结束和注释语句 7.3.2 基本元件语句 电阻R 电容C和电感L 互感M 无耗传输线 线性电压控制电流/电压源 线性电流控制电流/电压源 独立电源 PULSE SIN EXP PWL SFFM 7.3.3 半导体器件 器件常常用一套器件模型参数来进行定义。因此，需要用一条独立的.MODEL语句来定义一套器件模型参数,并指定一个专用的模型名。然后，SPICE中的器件描述语句就可以引用这个模型名。 二极管D 双极结型晶体管BJT 结型场效应管JFET与MESFET MOSFET MESFET 7.3.4 模型语句 模型语句的通用格式为： .MODEL MNAME TYPE(PNAME1=PVAL1,PNAME2=PVAL2,…) 例句: .MODEL MODE1 NPN BF=50,IS=1E-13,VBF=50 二极管模型 双极结型晶体管BJT模型 结型场效应JFET (NJF/PJF)模型 MESFET(NMF/PMF)模型（SPICE3.X） MOSFET模型 SPICE集成电路分析程序与MOSFET模型 HSpice中常用的几种MOSFET模型 Level=1 Shichman-Hodges Level=2 基于几何图形的分析模型 Grove-Frohman Model (SPICE 2G) Level=3 半经验短沟道模型 (SPICE 2G) Level=49 BSIM3V3?BSIM, 3rd, Version 3 Level=50 Philips MOS9 MOSFET一级模型(Level=1) 描述I和V的平方率特性, 它考虑了衬底调制效应和沟道长度调制效应. 非饱和区 饱和区 MOSFET一级模型(Level=1) (续) MOSFET的阈值电压Vto本质上由栅级上的电 荷, 绝缘层中的电荷和沟道区电荷之间的平衡 决定 的, 表达式为: VTO是 Vbs=0时的阈值电压 Vbs是衬底到源区的偏压 ?为体效应阈值系数, 它反映了Vto随衬-源偏置 Vbs的变化, 表达式为: MOSFET一级模型(Level=1)(续) NSUB为衬底(阱)掺杂浓度, 它也决定了体内费米势?F 当半导体表面的费米势等于?F时,半导体表面处于强反型, 此时表面势 PHI=2?F n型反型层 PHI0, p型反型层 PHI0 VFB称之为平带电压, 它是使半导体表面能带和体内能带拉平而需在 栅级上所加的电压. ?MS为栅金属与半导体硅的功函数之差除以电子电荷. 其数值与硅的掺杂类型, 浓度以及栅金属材料有关. MOSFET一级模型(Level=1)(续) 栅材料由模型参数TPG决定. 栅氧化层与硅半导体的表面电荷密度QSS=qNSS NSS为表面态密度, 其模型参数为NSS. N沟道硅栅增强型MOSFET: VFB ?-1.2V, PHI?0.6V N沟道硅栅耗尽型MOSFET: VFB ?-0.6?0.8V 模型参数LAMBDA(?)为沟道长度调制系数. 其物理意义为MOSFET进入饱和区后单位漏-源电压引起的沟道长度的相对变化率. MOSFET一级模型直流特性涉及的模型参数 VTO VTO 衬底零偏置时源阈值电压 KP 本征跨导参数 GAMMA ? 体效应阈值系数 PHI 2?F 强反型使的表面势垒高度 LAMBDA ? 沟道长度调制系数 UO μo/μn 表面迁移率 L 沟道长度 LD 沟道长度方向上横向扩散长度 W 沟道宽度 TOX TOX 栅氧化层厚度 TPG 栅材料类型 NSUB NSUB 衬底(阱)掺杂浓度 NSS NSS 表面态密度. VTO, KP, GAMMA, PHI, LAMBDA是 器件参数. TOX, TPG, NSUB, NSS是工艺参数. 若用户仅给出了工艺参数, SPICE会计算出相应的器件参数. 上列8个参数用于计算 1) 衬底电流 2) 衬-源PN结漏电流 3) 衬-漏PN结漏电流 其中, MOSFET二级模型方程 取消了渐变沟道近似分析法中的一