一种绝缘栅双极型晶体管直流特性的仿真方法

摘要

本发明提出一种绝缘栅双极型晶体管直流特性仿真方法，包括以下步骤：获取不同温度下、不同宽长比绝缘栅双极型晶体管的直流特性测试数据；建立绝缘栅双极型晶体管的直流宏模型，在NMOS晶体管与PNP晶体管组合的基础上，加入一个压控漂移区电阻表示绝缘栅双极型晶体管的电导调制效应；获取绝缘栅双极型晶体管直流宏模型的初步模型文件；提取绝缘栅双极型晶体管25℃时的直流宏模型的模型参数；继续将85℃及125℃时的测试数据载入MBP，对绝缘栅双极型晶体管直流宏模型进行温度参数的提取；保存绝缘栅双极型晶体管直流宏模型的模型参数；在Cadence中仿真得到绝缘栅双极型晶体管的输出特性，完成对绝缘栅双极型晶体管仿真方法的建立。

主权项

一种绝缘栅双极型晶体管直流特性仿真方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：步骤10)将带有绝缘栅双极型晶体管的圆片放置于探针台上，探针扎到绝缘栅双极型晶体管的端口，将这些端口分别通过引线与半导体参数测试仪的相应端口连接在一起，分别设置探针台的温度为25℃、85℃和150℃，使用软件MBP控制半导体参数测试仪，测得25℃、85℃和150℃时不同栅宽的绝缘栅双极型晶体管的输出特性数据，所述输出特性数据为绝缘栅双极型晶体管的栅极电压从低于阈值电压变化到高于阈值电压的过程中，在对应的每个栅极电压下，从低到高以步长0.05V扫描漏极电压，得到的一组漏极电压对应漏极电流的关系数据，这里的阈值电压为2V～4V，栅极电压为从1V到5V间隔为1V的五个电压值，MBP是一种侧重于硅器件的器件建模软件，步骤20)建立针对不同栅宽和不同温度的绝缘栅双极型晶体管的直流宏模型，所述直流宏模型由一个NMOS晶体管、一个PNP晶体管及一个压控漂移区电阻构成，其中压控漂移区电阻的一端与PNP晶体管的基极相连，压控漂移区电阻的另一端与NMOS晶体管的漏极相连，PNP晶体管的集电极与NMOS晶体管的源极相连作为绝缘栅双极型晶体管的源极，PNP晶体管的发射极作为绝缘栅双极型晶体管的漏极，NMOS晶体管的栅极作为绝缘栅双极型晶体管的栅极，步骤30)获取绝缘栅双极型晶体管直流宏模型的初步模型文件，步骤301)在软件MBP的model菜单中选择BSIM3v3模型并保存，获取NMOS晶体管初始的BSIM3v3模型参数，步骤302)在软件MBP的model菜单中选择Gummel‑Poon模型并保存，获取PNP晶体管初始的Gummel‑Poon模型参数，步骤303)根据绝缘栅双极型晶体管漂移区特性建立压控漂移区电阻模型，该压控漂移区电阻的阻值由漏极电压控制，且压控漂移区电阻表达式如下：VCR＝r₀+r₁*Vds其中VCR为压控漂移区电阻的阻值，r₀、r₁为压控漂移区电阻影响因子，Vds为漏极电压值，步骤304)为了使建立的绝缘栅双极型晶体管直流宏模型能够适用于不同栅宽的绝缘栅双极型晶体管，写出与栅宽有关的参数随栅宽的变化公式如下，PNP晶体管发射结面积倍增因子AREA随栅宽w的变化公式为：AREA＝(2w₀+(2w‑2w₀)*para)/2w₀AREA表示PNP晶体管的发射结面积倍增因子，将其值定义为发射结面积与标准发射结面积的比值，这里将w＝w₀时的发射结面积定义为标准发射结面积，其中w₀＝10μm表示所述绝缘栅双极型晶体管直流宏模型适用的最小栅宽，para为AREA的调节因子，w的值介于10μm与120μm之间，压控漂移区电阻尺寸随栅宽w的变化公式如下：scale＝rd+wrd*(2*w‑2*w₀)/(2*w₀)其中参数scale是压控漂移区电阻的尺寸参数，单位为1，参数rd和参数wrd是压控漂移区电阻调节因子，参数rd表示当w＝w₀时的压控漂移区电阻尺寸，参数wrd用来修正当w不为w₀时的电阻尺寸，这里将当w＝w₀时的电阻尺寸定为标准最小尺寸，采用与标准最小尺寸的比值来表示参数scale，w₀与w的值如上所述，步骤305)将步骤303)到步骤304)得到的各个公式按步骤20)的连接方式写在一个文件中并加入步骤301)、步骤302)NMOS晶体管、PNP晶体管模型参数，最终得到绝缘栅双极型晶体管直流宏模型的初步模型文件，步骤40)在软件MBP中选择BSIM3v3模型，将步骤10)得到的25℃时的测试数据读入软件MBP中,MBP依据绝缘栅双极型晶体管测试数据形成绝缘栅双极型晶体管测试离散点，再调入步骤30)中得到的初步模型文件，MBP根据所述初步模型文件计算生成绝缘栅双极型晶体管的仿真输出特性曲线，通过调整步骤30)中得到的初步模型文件中的模型参数，改变绝缘栅双极型晶体管的仿真输出特性曲线，最终使测试的离散点和仿真特性曲线之间拟合的均方根误差RMSE小于门限10％，保存对应的绝缘栅双极型晶体管直流宏模型的模型文件，步骤50)对绝缘栅双极型晶体管直流宏模型进行温度参数的提取，将85℃及150℃时的输出特性数据加载进软件MBP中，通过调节BSIM3v3模型和Gummel‑Poon模型中与温度相关的参数，使测试的离散点和仿真特性曲线之间拟合的均方根误差RMSE小于门限10％，步骤60)保存绝缘栅双极型晶体管直流宏模型的模型参数，获得绝缘栅双极型晶体管直流宏模型最终的模型文件，步骤70)将绝缘栅双极型晶体管直流宏模型的模型参数添加进电路设计及仿真软件Cadence中，并搭建步骤20)的电路对绝缘栅双极型晶体管进行仿真，得到不同栅宽不同环境温度下的绝缘栅双极型晶体管的输出特性，从而最终建立起绝缘栅双极型晶体管的直流特性仿真方法。