專(zhuān)利名稱(chēng)：Mos晶體管噪聲模型形成方法、裝置和電路模擬方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及半導(dǎo)體技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及MOS晶體管噪聲模型形成方法、裝置和電路模擬方法。
背景技術(shù)：
隨著CMOS技術(shù)中器件尺寸的持續(xù)縮小，對(duì)于模擬電路來(lái)說(shuō)，柵電壓下漏端電流的l/f桑聲參數(shù)變得越來(lái)越重要，漏端電流的l/f噪聲越大，放大器、數(shù)模轉(zhuǎn)換器或者模數(shù)轉(zhuǎn)換器中的信噪比(SNR)越小。因此，在電路設(shè)計(jì)中，需精確控制漏端電流的1/f喿聲參數(shù)，而對(duì)l/f噪聲參數(shù)的控制的關(guān)鍵在于所采用的模型的精確程度。
目前，比較流行的MOS晶體管模型主要是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 )才莫型，SPICE模型有兩個(gè)主要的版本HSPICE和PSPICE, HSPICE主要應(yīng)用于集成電路設(shè)計(jì)，而PSPICE主要應(yīng)用于PCB凈反和系統(tǒng)級(jí)的i殳計(jì)。
MOS晶體管模型中的電流噪聲密度模型是MOS晶體管一個(gè)非常重要的性能指標(biāo)，通常采用下式作為其數(shù)學(xué)模型
其中，《,、A為與溫度無(wú)關(guān)的常數(shù)，C。,為MOS晶體管的柵介質(zhì)層的單位面積電容，i^為MOS晶體管的有效溝道長(zhǎng)度，W^為MOS晶體管的有效溝道寬度，gm為MOS晶體管的跨導(dǎo)，/為頻率，Sid為電流噪聲密度。在HSPICE使用手冊(cè)的2005年9月版本中第119頁(yè)還可以發(fā)現(xiàn)更多與上述技術(shù)方案相關(guān)的信息。
采用上述MOS晶體管的電流噪聲密度模型模擬了溝道導(dǎo)電類(lèi)型為n型的MOS晶體管在-40。C、 25。C和125。C溫度下的電流噪聲密度，如圖l中曲線所示，可以看出，在上述三種溫度下，三條曲線所代表的三個(gè)溫度下的電流噪聲密度無(wú)法區(qū)分，說(shuō)明采用現(xiàn)有技術(shù)的MOS晶體管的噪聲模型無(wú)法模擬溫度對(duì)電流噪聲的影響。
然而，當(dāng)電路在實(shí)際工作中，器件溫度通常比室溫要高，而不同溫度下電流噪聲密度Sid值與頻率f的關(guān)系是不同的。圖2給出溝道導(dǎo)電類(lèi)型為n型的MOS晶體管在實(shí)際工作中的三個(gè)溫度(-40。C, 25。C和125。C)下的電流噪聲密度Sid值與頻率f的關(guān)系。圖2中三條細(xì)曲線分別表示125。C, 25。C和-40。C的噪聲曲線，為了清楚起見(jiàn)，平滑了三條噪聲曲線并分別用曲線I、 II和III表示，曲線I代表在125。C下的電流噪聲密度Sid和頻率f的關(guān)系，曲線II代表在25。C下的電流噪聲密度Sid和頻率f的關(guān)系，曲線III代表在-25 °C下的電流噪聲密度Sid和頻率f的關(guān)系，可以看出，在不同工作溫度下，溝道導(dǎo)電類(lèi)型為n型的MOS晶體管的電流噪聲密度不同。
因此，現(xiàn)有技術(shù)的BSIM的MOS晶體管模型的噪聲模型僅描述了MOS晶體管在常溫下的噪聲特性，而沒(méi)有考慮MOS晶體管的溫度變化效應(yīng)的影響，這與在實(shí)際中溝道導(dǎo)電類(lèi)型為n型的MOS晶體管在不同溫度下的電流噪聲密度表現(xiàn)不同而不相符。同時(shí)由于現(xiàn)有技術(shù)中的MOS晶體管的噪聲模型未考慮溫度與噪聲關(guān)系，在進(jìn)行電路設(shè)計(jì)和模擬過(guò)程中，會(huì)影響電路設(shè)計(jì)的精確度，從而影響整個(gè)電路的性能。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明解決的問(wèn)題是提供MOS晶體管噪聲模型形成方法、裝置和電路模擬方法，提高電路設(shè)計(jì)的精確度。
為解決上述問(wèn)題，本發(fā)明提供一種MOS晶體管噪聲模型的形成方法，包括在常溫下獲得MOS晶體管的電流噪聲密度Sid和頻率/對(duì)應(yīng)的測(cè)試值；根據(jù)所述測(cè)試值和MOS晶體管的電流噪聲密度Sid和頻率/的數(shù)學(xué)關(guān)系
Sid =
廣r 、
——1
」
■VI
> ,獲得常溫系數(shù)《,。和 的值，其中，Tn為
常溫的溫度，C。,為MOS晶體管的柵介質(zhì)層的單位面積電容，i^為MOS晶體管的有效溝道長(zhǎng)度，W,為MOS晶體管的有效溝道寬度，gm為MOS晶體
管的跨導(dǎo)，T為溫度，A和B為與溫度相關(guān)參數(shù)；改變測(cè)試溫度，獲得MOS晶體管在不同溫度下的電流噪聲密度Sid和頻率/對(duì)應(yīng)的測(cè)試值；根據(jù)各溫度下的測(cè)試值、常溫系數(shù)《,。和^,。的值、以及電流噪聲密度Sid和頻率/的數(shù)學(xué)
關(guān)系Sid =-
〖
/0
1 + 5.——1
〔r"
J
Jf0.| --
獲得與不同溫度對(duì)應(yīng)的
1 + B(;-1)
l + i(丄-1)
的值；擬合溫度T與《
/o
1 + B.(|-1)
和
的值，獲得參數(shù)A和B的值,
可選地，所述獲得常溫系數(shù)^。和^,。的值的步驟為將電流噪聲密度Sid和頻率/對(duì)應(yīng)的測(cè)試值中的電流噪聲密度Sid和頻率/取對(duì)數(shù)，所述電流噪聲密度Sid和頻率/對(duì)數(shù)關(guān)系的斜率為常溫系數(shù)々的1/2的值；將電流噪聲密度Sid和頻率/測(cè)試值、^。的值代入電流噪聲密度Sid和頻率/的數(shù)學(xué)關(guān)系Sid
，獲得常溫系數(shù)&。的值
可選地，所述常溫Tn為25 °C 。
可選地，所述各溫度下的測(cè)試值包括常溫下電流噪聲密度Sid和頻率/對(duì) 應(yīng)的測(cè)試J直。
可選地，所述測(cè)試溫度范圍為-50°C ~ 150°C 。
可選地，所述gm為在漏源電壓Vds和4冊(cè)源電壓Vgs均為1.8V電壓下的3爭(zhēng)
導(dǎo)-
本發(fā)明還提供一種MOS晶體管噪聲模型的形成裝置，包括常溫測(cè)試單 元，用于在常溫下獲得MOS晶體管的電流噪聲密度Sid和頻率/對(duì)應(yīng)的測(cè)試 值；曲線方程單元，用于提供MOS晶體管的電流噪聲密度Sid和頻率/的數(shù)
學(xué)關(guān)系Sid二-
<formula>formula see original document page 9</formula>
;其中，K,。和^。為常溫系數(shù)，Tn為
，
常溫的溫度，c。,為MOS晶體管的柵介質(zhì)層的單位面積電容，4#為MOS晶 體管的有效溝道長(zhǎng)度，W^為MOS晶體管的有效溝道寬度，gm為MOS晶體
管的跨導(dǎo)，T為溫度，A和B為與溫度相關(guān)參數(shù)；常溫系數(shù)確定單元，用于 根據(jù)常溫測(cè)試單元的電流噪聲密度Sid和頻率/對(duì)應(yīng)的測(cè)試值、以及曲線方程 單元中的MOS晶體管的電流噪聲密度Sid和頻率/的數(shù)學(xué)關(guān)系，獲得常溫系 數(shù)《,。和J,。的值；測(cè)試單元，用于在不同溫度下獲得MOS晶體管的電流噪聲 密度Sid和頻率/對(duì)應(yīng)的測(cè)試值；參數(shù)確定單元，用于根據(jù)各溫度下的電流噪 聲密度Sid和頻率/對(duì)應(yīng)的測(cè)試值、常溫系數(shù)確定單元中的常溫系數(shù)K,。和^。的值、以及曲線方程單元中的MOS晶體管的電流噪聲密度Sid和頻率/的數(shù)
學(xué)關(guān)系，獲得上述數(shù)學(xué)關(guān)系中的與不同測(cè)試溫度對(duì)應(yīng)的K
<formula>formula see original document page 10</formula>
的值，擬合溫度T與〖
<formula>formula see original document page 10</formula>
和
的
值，獲得參數(shù)A和B的值。
可選地，所述各溫度下的電流噪聲密度Sid和頻率/對(duì)應(yīng)的測(cè)試值包括常 溫測(cè)試單元的電流噪聲密度Sid和頻率/對(duì)應(yīng)的測(cè)試值以及測(cè)試單元的電流 噪聲密度Sid和頻率/對(duì)應(yīng)的測(cè)試值。
可選地，所述常溫系數(shù)確定單元獲得常溫系數(shù)尺,。和j/Q的值的步驟為
將電流噪聲密度Sid和頻率/對(duì)應(yīng)的測(cè)試值中的電流噪聲密度Sid和頻率/取 對(duì)數(shù)，所述電流噪聲密度Sid和頻率/對(duì)數(shù)關(guān)系的斜率為曲線方程單元中的常 溫系數(shù)4。的1/2的值；將電流噪聲密度Sid和頻率/測(cè)試值、4。的值代入曲 線方程單元中的電流噪聲密度Sid和頻率/的數(shù)學(xué)關(guān)系
<formula>formula see original document page 10</formula>
，獲得常溫系數(shù)&。的值
可選地，所述常溫為25。C。
可選地，所述測(cè)試溫度范圍為-50。C ~ 150°C。
可選地，所述gm為在漏源電壓Vds和4冊(cè)源電壓Vgs均為1.8V電壓下的3爭(zhēng)
導(dǎo)'
本發(fā)明還提供一種含有MOS晶體管的電路模擬方法，包括以下步驟提 供MOS晶體管的模塊庫(kù)，所述MOS晶體管的模塊庫(kù)根據(jù)半導(dǎo)體工藝分為不 同次級(jí)模塊庫(kù)；根據(jù)工藝選取MOS晶體管的次級(jí)模塊庫(kù)，其中，所述次級(jí)模塊庫(kù)含有根據(jù)MOS晶體管的溝道導(dǎo)電類(lèi)型、工作電壓范圍分類(lèi)的不同MOS 晶體管模型，所述MOS 晶體管模型中的噪聲模型為
、 # 、#
溫度，C。,為MOS晶體管的柵介質(zhì)層的單位面積電容，L《為MOS晶體管的
有效溝道長(zhǎng)度，W《為MOS晶體管的有效溝道寬度，gm為MOS晶體管的跨
導(dǎo)，T為溫度，A和B為與溫度相關(guān)參^t; 4艮據(jù)MOS晶體管的溝道導(dǎo)電類(lèi)型 和工作電壓范圍從所述次級(jí)模塊庫(kù)選取MOS晶體管模型；把選定的MOS晶 體管的模型放入電路中進(jìn)行模擬。
可選地，所述常溫為25。C。
可選地，所述溫度T范圍為-50。C ~ 150°C。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，本技術(shù)方案具有以下優(yōu)點(diǎn)通過(guò)獲得常溫系數(shù)《,。和 的值以及參數(shù)A和B的值，在MOS晶體管的噪聲模型中加入溫度的影響， 使得MOS晶體管的噪聲模型更為精確，根據(jù)該MOS晶體管的噪聲模型獲得 的電路的模擬結(jié)果與該電路在實(shí)際工作中的電流噪聲系數(shù)(Sid)與頻率(f) 的關(guān)系更為吻合。
圖1是采用現(xiàn)有技術(shù)的MOS晶體管的噪聲模型模擬的n型的MOS晶體 管的在不同溫度下的電流噪聲系數(shù)(Sid)與頻率(f)的關(guān)系；
圖2是實(shí)際工作中的n型的MOS晶體管的在不同溫度下的電流噪聲系數(shù) (Sid)與頻率(f)的關(guān)系；
圖3是本發(fā)明的一個(gè)MOS晶體管的噪聲模型的形成方法的
具體實(shí)施例方式
其中，、。和^。為常溫系數(shù)，Tn為常溫的


的流程示意圖4是本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的MOS晶體管的噪聲模型的形成裝置的示意
圖5是本發(fā)明的一個(gè)電路模擬方法的具體實(shí)施方式
的流程示意圖。
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明通過(guò)獲得常溫系數(shù)〖,。和j,。的值以及參數(shù)A和B的值，在MOS
晶體管的噪聲模型中加入溫度的影響，使得MOS晶體管的噪聲模型更為精 確，根據(jù)該MOS晶體管的噪聲模型獲得的電路的模擬結(jié)果與該電路在實(shí)際工 作中的電流噪聲系數(shù)(Sid)與頻率(f)的關(guān)系更為吻合。
首先，本發(fā)明提供MOS晶體管的噪聲模型的形成方法的一個(gè)具體實(shí)施方 式的流程示意圖，參照?qǐng)D3，包括如下步驟
執(zhí)行步驟S101 ，在常溫下獲得MOS晶體管的電流噪聲密度Sid和頻率/ 對(duì)應(yīng)的測(cè)試值。
執(zhí)行步驟S102，根據(jù)MOS晶體管的電流噪聲密度Sid和頻率/的數(shù)學(xué)關(guān)
和J,。為常溫系數(shù)，Tn為常溫的溫度，C。x為MOS晶體管的柵介質(zhì)層的單位面 積電容，為MOS晶體管的有效溝道長(zhǎng)度，為MOS晶體管的有效溝道 寬度，§01為MOS晶體管的跨導(dǎo)，T為溫度，A和B為與溫度相關(guān)參數(shù)。
執(zhí)行步驟S103，改變測(cè)試溫度，獲得MOS晶體管的在各溫度下的電流 噪聲密度Sid和頻率/對(duì)應(yīng)的測(cè)試值；根據(jù)電流噪聲密度Sid和頻率/的數(shù)學(xué)
系<formula>formula see original document page 12</formula>
,獲得常溫系數(shù)i^。和^。的值，其中，《關(guān)系<formula>formula see original document page 13</formula>,獲得與不同測(cè)試溫度對(duì)應(yīng)的
<formula>formula see original document page 13</formula>^(7—1)
的值；擬合溫度T與《
/0
l + B-(丄-1)
和
7>2
的值，獲得參數(shù)A和B的值。 所述步驟S102中獲得常溫系數(shù)K,。和 的值的步驟為將電流噪聲密度
Sid和頻率/對(duì)應(yīng)的測(cè)試值中的電流噪聲密度Sid和頻率/取對(duì)數(shù)，所述電流 噪聲密度Sid和頻率/對(duì)數(shù)關(guān)系的斜率為曲線方程單元中的常溫系數(shù)a。的1/2 的值；將電流噪聲密度Sid和頻率/測(cè)試值、j,。的值代入曲線方程單元中的
電流噪聲密度Sid和頻率/的數(shù)學(xué)關(guān)系Sid =
《
/0
1 + 5-
丄—i
COT.『e#.. /
々0
、r"
> ,獲得
常溫系數(shù)《,。的值。
所述電流噪聲密度Sid和頻率/的數(shù)學(xué)關(guān)系式中的常溫Tn為25 °C 。 所述gm為在漏源電壓Vds和4冊(cè)源電壓Vgs均為1.8V電壓下的^爭(zhēng)導(dǎo)。
所述MOS晶體管的柵介質(zhì)層的單位面積電容CJ艮據(jù)公式C。x =&獲得，
其中，^為柵介質(zhì)層的介電常數(shù)，d為柵介質(zhì)層的厚度。
所述步驟S103中的測(cè)試溫度范圍為-50。C ~ 150°C。所述擬合溫度T與
/0
l + B.(f -1)
和爿
l+丄(;-l)
的值為采用微軟的excel軟件進(jìn)行擬合，
舉例來(lái)說(shuō)，具體步驟為將力。、《,。的值代入電流噪聲密度Sid和頻率/的數(shù)學(xué)關(guān)系SicU-
1 + 5-1 *■， 、 乂5"m
2 々0 co;c 『e# .丄w . /l+A(丄-1〕 .〔r" 人，將電流噪聲密度Sid和頻率/測(cè)試的
數(shù)據(jù)畫(huà)于由電流噪聲密度Sid和頻率/構(gòu)成的坐標(biāo)中，其中電流噪聲密度Sid 作為y軸，頻率/作為x軸，且均取10的對(duì)數(shù)坐標(biāo)，同時(shí)對(duì)電流噪聲密度Sid
和頻率/的數(shù)學(xué)關(guān)系Sid二
《
/0
1 + 5-
丄一 7>z
々0'| —-
取IO的對(duì)數(shù)，獲得與溫
度對(duì)應(yīng)的《
/0
l + B《一l)
作為y值，將(丄-l)作為x值，采用微軟的excel軟件，擬合x(chóng)和y組成的數(shù) 據(jù)點(diǎn)成擬合曲線，根據(jù)擬合曲線的斜率確定參數(shù)B的值；然后將
l".(;—1)
的值，將〖
/0
l + B.(;一l)
的值
'/0
l + i(丄-l)
的值作為y值，將(丄-i)作為x值，采用微軟的excel軟件，
7h
擬合x(chóng)和y組成的數(shù)據(jù)點(diǎn)成擬合曲線，根據(jù)擬合曲線的斜率確定參數(shù)A的值,
i+b(——1)
7>
的值作為y
在確定參數(shù)A和B的值的過(guò)程中，還可以將《,。.
值，將溫度T作為x值，采用微軟的excel軟件，擬合x(chóng)和y組成的數(shù)據(jù)點(diǎn)成 擬合曲線，根據(jù)擬合曲線的斜率和截距確定參數(shù)B的值；然后將
爿
■/o
l +爿.(丄-1) r"
的值作為y值，將T作為x值，采用微軟的excel軟件，擬
合x(chóng)和y組成的數(shù)據(jù)點(diǎn)成擬合曲線，根據(jù)擬合曲線的斜率和截距確定參數(shù)A 的值。
基于上述步驟后形成本發(fā)明的MOS晶體管的噪聲模型，所述MOS晶體管噪聲模型為Sid二
〖
l丫
1 + 5-
丄
,其中，K,。和^為常溫系數(shù)
Tn為常溫的溫度，C。,為MOS晶體管的柵介質(zhì)層的單位面積電容，4#為MOS 晶體管的有效溝道長(zhǎng)度，W^為MOS晶體管的有效溝道寬度，gm為MOS晶
體管的跨導(dǎo)，T為溫度，A和B為與溫度相關(guān)參數(shù)。
所述常溫為25°C ，所述測(cè)試溫度范圍為-50。C ~ 150'C ，所述參數(shù)A和B 的值與MOS晶體管的形成工藝有關(guān)，所述gm為在漏源電壓Vds和柵源電壓 Vgs均為1.8V電壓下的跨導(dǎo)。所述MOS晶體管的柵介質(zhì)層的單位面積電容C。，
為根據(jù)公式獲得C。,i,其中，f。,為柵介質(zhì)層的介電常數(shù)，d為柵介質(zhì)層的 厚度。
本發(fā)明還提供一種MOS晶體管噪聲模型的形成裝置，參照?qǐng)D4，包括
常溫測(cè)試單元201,用于在常溫下獲得MOS晶體管的電流噪聲密度Sid 和頻率/對(duì)應(yīng)的測(cè)試^直。
曲線方程單元202,用于提供MOS晶體管的電流噪聲密度Sid和頻率/的
數(shù)學(xué)關(guān)系SicU
〖
/0
1 + 5.——i 〔r"
cra.『e#.. /
其中，K,。和^。為常溫系數(shù)，Tn為
，
常溫的溫度，C。,為MOS晶體管的柵介質(zhì)層的單位面積電容，丄￡//為MOS晶 體管的有效溝道長(zhǎng)度，W^為MOS晶體管的有效溝道寬度，gm為MOS晶體 管的跨導(dǎo)，T為溫度，A和B為與溫度相關(guān)參數(shù)。
常溫系數(shù)確定單元203，用于根據(jù)常溫測(cè)試單元201的電流噪聲密度Sid 和頻率/對(duì)應(yīng)的測(cè)試值、以及曲線方程單元202中的電流噪聲密度Sid和頻率/的數(shù)學(xué)關(guān)系，獲得常溫系數(shù)尺,。和^。的值
，
測(cè)試單元204,用于在不同溫度下獲得MOS晶體管的電流噪聲密度Sid 和頻率/對(duì)應(yīng)的測(cè)試值。
參數(shù)確定單元205,用于根據(jù)各溫度下的電流噪聲密度Sid和頻率/對(duì)應(yīng) 的測(cè)試值、常溫系數(shù)確定單元203中的常溫系數(shù)K,。和4。的值、以及曲線方 程單元202中的電流噪聲密度Sid和頻率/的數(shù)學(xué)關(guān)系，獲得與不同測(cè)試溫度
對(duì)應(yīng)的〖
〖
/0
/0
i+b.(;-i)
和J
./0
l +爿(——1)
i+b-(——1)
和j
/0
1 + ^,(7-1)
的值，擬合溫度T與 的值，獲得參數(shù)A和B的值。所述各溫
度下的電流噪聲密厭sid，觀平/可勝的沙n式值^彷，—'/血測(cè)w
噪聲密度Sid和頻率/對(duì)應(yīng)的測(cè)試值、以及測(cè)試單元204的電流噪聲密度Sid 和頻率/對(duì)應(yīng)的測(cè)試值。同時(shí)，各溫度下的電流噪聲密度Sid和頻率/對(duì)應(yīng)的 測(cè)試值還可以不包括常溫測(cè)試單元201的電流噪聲密度Sid和頻率/對(duì)應(yīng)的測(cè) 試值，在此不應(yīng)過(guò)多限制本發(fā)明的保護(hù)范圍。
所述常溫為25。C,所述測(cè)試溫度范圍為-50。C ~ 150°C，所述參數(shù) 和B 的值與MOS晶體管的形成工藝有關(guān)，所述gm為在漏源電壓Vds和柵源電壓 Vgs均為1.8V電壓下的跨導(dǎo)。所述MOS晶體管的柵介質(zhì)層的單位面積電容C。，
為根據(jù)公式獲得C。， ，其中，、為柵介質(zhì)層的介電常數(shù)，d為柵介質(zhì)層的 厚度。
所述MOS晶體管噪聲模型的形成裝置以如下方式工作，首先常溫測(cè)試單 元201在常溫下獲得MOS晶體管的電流噪聲密度Sid和頻率/對(duì)應(yīng)的測(cè)試值； 曲線方程單元202提供MOS晶體管的電流噪聲密度Sid和頻率/的數(shù)學(xué)關(guān)系<formula>formula see original document page 17</formula>其中，ii:,。和^。為常溫系數(shù)，Tn為常溫的
i/0
溫度，C。,為MOS晶體管的柵介質(zhì)層的單位面積電容，L^為MOS晶體管的
有效溝道長(zhǎng)度，W^為MOS晶體管的有效溝道寬度，gm為MOS晶體管的跨
導(dǎo)，T為溫度，A和B為與溫度相關(guān)參數(shù)；接著，常溫系數(shù)確定單元203根 據(jù)常溫測(cè)試單元201的電流噪聲密度Sid和頻率/對(duì)應(yīng)的測(cè)試值、以及曲線方 程單元202的電流噪聲密度Sid和頻率/的數(shù)學(xué)關(guān)系，獲得常溫系數(shù)夂,。和j,。
的值；測(cè)試單元204在不同溫度下獲得MOS晶體管的電流噪聲密度Sid和頻 率/對(duì)應(yīng)的測(cè)試值；參數(shù)確定單元205根據(jù)各溫度下的電流噪聲密度Sid和頻 率/對(duì)應(yīng)的測(cè)試值、常溫系數(shù)確定單元203中的常溫系數(shù)《,。和4。的值、以及 曲線方程單元202中的電流噪聲密度Sid和頻率/的數(shù)學(xué)關(guān)系，獲得與不同測(cè)
-逸溫度^j"應(yīng)的〖
l + B.(丄-l)
和爿
■/0
l + i(丄-l)
的值，擬合溫度T與
〖
/0
1 + B.(;-1)
和爿
■/0
的值，獲得參數(shù)A和B的值。所述各溫
度下的電流噪聲密度Sid和頻率/對(duì)應(yīng)的測(cè)試值包括常溫測(cè)試單元201的電流 噪聲密度Sid和頻率/對(duì)應(yīng)的測(cè)試值、以及測(cè)試單元204的電流噪聲密度Sid 和頻率/對(duì)應(yīng)的測(cè)試值。同時(shí)，各溫度下的電流噪聲密度Sid和頻率/對(duì)應(yīng)的 測(cè)試值還可以不包括常溫測(cè)試單元201的電流噪聲密度Sid和頻率/對(duì)應(yīng)的測(cè) 試值，在此不應(yīng)過(guò)多限制本發(fā)明的保護(hù)范圍。
所述常溫為25。C，所述測(cè)試溫度范圍為-50。C ~ 150°C，所述參數(shù)A和B 的值與MOS晶體管的形成工藝有關(guān)，所述gm為在漏源電壓Vds和柵源電壓 Vgs均為1.8V電壓下的跨導(dǎo)。所述MOS晶體管的柵介質(zhì)層的單位面積電容C。，
為根據(jù)公式獲得(^=%,其中，^為柵介質(zhì)層的介電常數(shù)，rf為柵介質(zhì)層的厚度。
本發(fā)明還提供一種含有MOS晶體管的電路模擬方法，參照?qǐng)D5為本發(fā)明 的電路^t擬方法的一個(gè)具體實(shí)施方式
的流程示意圖，包括以下步驟
首先，執(zhí)行步驟S301,提供MOS晶體管的模塊庫(kù)，所述MOS晶體管的 模塊庫(kù)根據(jù)半導(dǎo)體工藝分為不同次級(jí)模塊庫(kù)。
執(zhí)行步驟S302,根據(jù)工藝選取MOS晶體管的次級(jí)模塊庫(kù)，其中，所述 次級(jí)模塊庫(kù)含有根據(jù)MOS晶體管的溝道導(dǎo)電類(lèi)型、工作電壓范圍分類(lèi)的不同 MOS晶體管模型，所述MOS晶體管模型中的噪聲模型為
溫度，C。,為MOS晶體管的柵介質(zhì)層的單位面積電容，^#為MOS晶體管的 有效溝道長(zhǎng)度，WV為MOS晶體管的有效溝道寬度，gm為MOS晶體管的跨 導(dǎo)，T為溫度，A和B為與溫度相關(guān)參數(shù)。
執(zhí)行步驟S303,根據(jù)MOS晶體管的溝道導(dǎo)電類(lèi)型和工作電壓范圍從所 述次級(jí)模塊庫(kù)選取MOS晶體管模型。
執(zhí)行步驟S304，把選定的MOS晶體管的模型放入電路中進(jìn)行模擬。若 模擬結(jié)果符合電路需求，完成模擬過(guò)程；若模擬結(jié)果不符合電路需求，改變 MOS晶體管的柵極長(zhǎng)度和寬度直至符合電路需求。
所述參數(shù)A和B的值與MOS晶體管的形成工藝、MOS晶體管的溝道導(dǎo) 電類(lèi)型、工作電壓范圍有關(guān)。所述MOS晶體管的形成工藝比如包括65nm工 藝、90nm工藝等，所述MOS晶體管的溝道導(dǎo)電類(lèi)型包括n型和p型，所述 MOS晶體管工作電壓范圍可以分為士5.0V、 土3.3V、 土2.5V、 士1.8V、 土1.5V、 士1.2V、 士1.0V等。
其中，、。和^。為常溫系數(shù)，Tn為常溫的本發(fā)明通過(guò)對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中的MOS晶體管的噪聲模型
Sid=
l + B.(丄-l) 7>j
中的系數(shù)《f和^加入溫度的影響，以
和J
/0
代替與溫度無(wú)關(guān)的常數(shù)數(shù)x,和A，使得
MOS晶體管模型中的噪聲模型更為精確，根據(jù)該MOS晶體管的噪聲模型獲 得的電路的模擬結(jié)果與該電路在實(shí)際工作中的電流噪聲系數(shù)(Sid)與頻率(f) 的關(guān)系更為吻合。在電路設(shè)計(jì)中采用上述噪聲模型使電路模擬結(jié)果更為可靠。
雖然本發(fā)明己以較佳實(shí)施例披露如上，但本發(fā)明并非限定于此。任何本 領(lǐng)域技術(shù)人員，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)，均可作各種更動(dòng)與修改， 因此本發(fā)明的保護(hù)范圍應(yīng)當(dāng)以權(quán)利要求所限定的范圍為準(zhǔn)。
權(quán)利要求
1.一種MOS晶體管噪聲模型的形成方法，其特征在于，包括在常溫下獲得MOS晶體管的電流噪聲密度Sid和頻率f對(duì)應(yīng)的測(cè)試值；根據(jù)所述測(cè)試值和MOS晶體管的電流噪聲密度Sid和頻率f的數(shù)學(xué)關(guān)系<maths id="math0001" num="0001" ><math><![CDATA[ <mrow><mi>Sid</mi><mo>=</mo><msup> <mrow><mo>{</mo><mfrac> <mrow><msub> <mi>K</mi> <mrow><mi>f</mi><mn>0</mn> </mrow></msub><mo>&CenterDot;</mo><mo>[</mo><mn>1</mn><mo>+</mo><mi>B</mi><mo>&CenterDot;</mo><mrow> <mo>(</mo> <mfrac><mi>T</mi><mi>Tn</mi> </mfrac> <mo>-</mo> <mn>1</mn> <mo>)</mo></mrow><mo>]</mo><mo>&CenterDot;</mo><msup> <msub><mi>g</mi><mi>m</mi> </msub> <mn>2</mn></msup> </mrow> <mrow><msub> <mi>C</mi> <mi>ox</mi></msub><mo>&CenterDot;</mo><msub> <mi>W</mi> <mi>eff</mi></msub><mo>&CenterDot;</mo><msup> <msub><mi>L</mi><mi>eff</mi> </msub> <mn>2</mn></msup><mo>&CenterDot;</mo><msup> <mi>f</mi> <mrow><msub> <mi>A</mi> <mrow><mi>f</mi><mn>0</mn> </mrow></msub><mo>&CenterDot;</mo><mo>[</mo><mn>1</mn><mo>+</mo><mi>A</mi><mo>&CenterDot;</mo><mrow> <mo>(</mo> <mfrac><mi>T</mi><mi>Tn</mi> </mfrac> <mo>-</mo> <mn>1</mn> <mo>)</mo></mrow><mo>]</mo> </mrow></msup> </mrow></mfrac><mo>}</mo> </mrow> <mfrac><mn>1</mn><mn>2</mn> </mfrac></msup><mo>,</mo> </mrow>]]></math> id="icf0001" file="A2008101136970002C1.tif" wi="67" he="26" top= "59" left = "22" img-content="drawing" img-format="tif" orientation="portrait" inline="yes"/></maths>獲得常溫系數(shù)Kf0和Af0的值，其中，Tn為常溫的溫度，Cox為MOS晶體管的柵介質(zhì)層的單位面積電容，Leff為MOS晶體管的有效溝道長(zhǎng)度，Weff為MOS晶體管的有效溝道寬度，gm為MOS晶體管的跨導(dǎo)，T為溫度，A和B為與溫度相關(guān)參數(shù)；改變測(cè)試溫度，獲得MOS晶體管在不同溫度下的電流噪聲密度Sid和頻率f對(duì)應(yīng)的測(cè)試值；根據(jù)各溫度下的測(cè)試值、常溫系數(shù)Kf0和Af0的值、以及電流噪聲密度Sid和頻率f的數(shù)學(xué)關(guān)系<maths id="math0002" num="0002" ><math><![CDATA[ <mrow><mi>Sid</mi><mo>=</mo><msup> <mrow><mo>{</mo><mfrac> <mrow><msub> <mi>K</mi> <mrow><mi>f</mi><mn>0</mn> </mrow></msub><mo>&CenterDot;</mo><mo>[</mo><mn>1</mn><mo>+</mo><mi>B</mi><mo>&CenterDot;</mo><mrow> <mo>(</mo> <mfrac><mi>T</mi><mi>Tn</mi> </mfrac> <mo>-</mo> <mn>1</mn> <mo>)</mo></mrow><mo>]</mo><mo>&CenterDot;</mo><msup> <msub><mi>g</mi><mi>m</mi> </msub> <mn>2</mn></msup> </mrow> <mrow><msub> <mi>C</mi> <mi>ox</mi></msub><mo>&CenterDot;</mo><msub> <mi>W</mi> <mi>eff</mi></msub><mo>&CenterDot;</mo><msup> <msub><mi>L</mi><mi>eff</mi> </msub> <mn>2</mn></msup><mo>&CenterDot;</mo><msup> <mi>f</mi> <mrow><msub> <mi>A</mi> <mrow><mi>f</mi><mn>0</mn> </mrow></msub><mo>&CenterDot;</mo><mo>[</mo><mn>1</mn><mo>+</mo><mi>A</mi><mo>&CenterDot;</mo><mrow> <mo>(</mo> <mfrac><mi>T</mi><mi>Tn</mi> </mfrac> <mo>-</mo> <mn>1</mn> <mo>)</mo></mrow><mo>]</mo> </mrow></msup> </mrow></mfrac><mo>}</mo> </mrow> <mfrac><mn>1</mn><mn>2</mn> </mfrac></msup><mo>,</mo> </mrow>]]></math> id="icf0002" file="A2008101136970002C2.tif" wi="67" he="26" top= "158" left = "29" img-content="drawing" img-format="tif" orientation="portrait" inline="yes"/></maths>獲得與不同溫度對(duì)應(yīng)的 id="icf0003" file="A2008101136970002C3.tif" wi="34" he="10" top= "167" left = "147" img-content="drawing" img-format="tif" orientation="portrait" inline="yes"/>和 id="icf0004" file="A2008101136970002C4.tif" wi="35" he="10" top= "188" left = "27" img-content="drawing" img-format="tif" orientation="portrait" inline="yes"/>的值；擬合溫度T與 id="icf0005" file="A2008101136970002C5.tif" wi="34" he="10" top= "203" left = "57" img-content="drawing" img-format="tif" orientation="portrait" inline="yes"/>和 id="icf0006" file="A2008101136970002C6.tif" wi="35" he="10" top= "203" left = "98" img-content="drawing" img-format="tif" orientation="portrait" inline="yes"/>的值，獲得參數(shù)A和B的值。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的MOS晶體管噪聲模型的形成方法，其特征在于， 所述獲得常溫系數(shù)~。和々的值的步驟為將電流噪聲密度Sid和頻率/對(duì)應(yīng)的測(cè)試值中的電流噪聲密度Sid和頻率/取對(duì)數(shù)，所述電流噪聲密度Sid和頻率/對(duì)數(shù)關(guān)系的斜率為常溫系數(shù)j,。的1/2 的值；將電流噪聲密度Sid和頻率/測(cè)試值、^。的值代入電流噪聲密度Sid> ，獲得常溫系數(shù)Ln的值。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的MOS晶體管噪聲模型的形成方法，其特征在于， 所述常溫Tn為25°C。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的MOS晶體管噪聲模型的形成方法，其特征在于， 所述各溫度下的測(cè)試值包括常溫下電流噪聲密度Sid和頻率/對(duì)應(yīng)的測(cè)試 值。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的MOS晶體管噪聲模型的形成方法，其特征在于， 所述測(cè)試溫度范圍為-50°C ~ 150°C 。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的MOS晶體管噪聲模型的形成方法，其特征在于， 所述gm為在漏源電壓Vds和柵源電壓Vgs均為1.8V下的跨導(dǎo)。
7. —種MOS晶體管噪聲模型的形成裝置，其特征在于，包括 常溫測(cè)試單元，用于在常溫下獲得MOS晶體管的電流噪聲密度Sid和頻率/對(duì)應(yīng)的測(cè)試值；曲線方程單元，用于提供MOS晶體管的電流噪聲密度Sid和頻率/的數(shù)學(xué)> ;其中，[n和An為常溫系數(shù)，Tn為常溫的溫度，C。,為MOS晶體管的柵介質(zhì)層的單位面積電容，4#為MOS晶體 管的有效溝道長(zhǎng)度，W^為MOS晶體管的有效溝道寬度，gm為MOS晶體管 的跨導(dǎo)，T為溫度，A和B為與溫度相關(guān)參數(shù)；常溫系數(shù)確定單元，用于根據(jù)常溫測(cè)試單元的電流噪聲密度Sid和頻率/ 對(duì)應(yīng)的測(cè)試值、以及曲線方程單元中的MOS晶體管的電流噪聲密度Sid和頻 率/的數(shù)學(xué)關(guān)系，獲得常溫系數(shù)尺,。和 的值；測(cè)試單元，用于在不同溫度下獲得MOS晶體管的電流噪聲密度Sid和頻 率/對(duì)應(yīng)的測(cè)試值；參數(shù)確定單元，用于根據(jù)各溫度下的電流噪聲密度Sid和頻率/對(duì)應(yīng)的測(cè) 試值、常溫系數(shù)確定單元中的常溫系數(shù)《,。和^。的值、以及曲線方程單元中 的MOS晶體管的電流噪聲密度Sid和頻率/的數(shù)學(xué)關(guān)系，獲得上述數(shù)學(xué)關(guān)系中的與不同測(cè)試溫度對(duì)應(yīng)的《/0溫度T與K/ol + B-(丄-1)和^l + B.(丄-1)l + i(丄-1)和爿./o1+^(^-1)的值，擬合的值，獲得參數(shù)A和B的值,
8. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的MOS晶體管噪聲模型的形成裝置，其特征在于， 所述各溫度下的電流噪聲密度Sid和頻率/對(duì)應(yīng)的測(cè)試值包括常溫測(cè)試單 元的電流噪聲密度Sid和頻率/對(duì)應(yīng)的測(cè)試值以及測(cè)試單元的電流噪聲密 度Sid和頻率/對(duì)應(yīng)的測(cè)試值。
9. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的MOS晶體管噪聲模型的形成裝置，其特征在于， 所述常溫系數(shù)確定單元獲得常溫系數(shù)K,。和 的值的步驟為將電流噪聲密度Sid和頻率/對(duì)應(yīng)的測(cè)試值中的電流噪聲密度Sid和頻率/ 取對(duì)數(shù)，所述電流噪聲密度Sid和頻率/對(duì)數(shù)關(guān)系的斜率為曲線方程單元中的 常溫系數(shù)^。的1/2的值；將電流噪聲密度Sid和頻率/測(cè)試值、j,。的值代入 曲線方程單元中的電流噪聲密度Sid和頻率/的數(shù)學(xué)關(guān)系<formula>formula see original document page 4</formula>獲得常溫系數(shù)i^。的值
10. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的MOS晶體管噪聲模型的形成裝置，其特征在于， 所述常溫為25°C。
11. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的MOS晶體管噪聲模型的形成裝置，其特征在于， 所述測(cè)試溫度范圍為-50。C ~ 150°C。
12. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的MOS晶體管噪聲模型的形成裝置，其特征在于， 所述gm為在漏源電壓Vds和片冊(cè)源電壓Vgs均為1.8V下的3爭(zhēng)導(dǎo)。
13. —種含有MOS晶體管的電路模擬方法，其特征在于，包括以下步驟 提供MOS晶體管的模塊庫(kù)，所述MOS晶體管的模塊庫(kù)根據(jù)半導(dǎo)體工藝分為不同次級(jí)模塊庫(kù)；根據(jù)工藝選取MOS晶體管的次級(jí)模塊庫(kù)，其中，所述次級(jí)模塊庫(kù)含有根 據(jù)MOS晶體管的溝道導(dǎo)電類(lèi)型、工作電壓范圍分類(lèi)的不同MOS晶體管模型，尺,。和4。為常溫系數(shù)，Tn為常溫的溫度，C。x為MOS晶體管的柵介質(zhì)層的單 位面積電容，Z^為MOS晶體管的有效溝道長(zhǎng)度，W^為MOS晶體管的有效 溝道寬度，gm為MOS晶體管的跨導(dǎo)，T為溫度，A和B為與溫度相關(guān)參數(shù)；根據(jù)MOS晶體管的溝道導(dǎo)電類(lèi)型和工作電壓范圍從所述次級(jí)模塊庫(kù)選取 MOS晶體管才莫型；把選定的MOS晶體管的模型放入電路中進(jìn)行模擬。
14. 根據(jù)權(quán)利要求13所述的電路模擬方法，其特征在于，所述常溫為25。C。
15. 根據(jù)權(quán)利要求13所述的電路模擬方法，其特征在于，所述溫度T范圍為-50 °C ~ 150°C。所述MOS晶體管模型中的噪聲模型為Sid
全文摘要
一種MOS晶體管噪聲模型的形成方法，包括在常溫下獲得MOS晶體管的電流噪聲密度Sid和頻率f對(duì)應(yīng)的測(cè)試值；根據(jù)MOS晶體管的電流噪聲密度Sid和頻率f的數(shù)學(xué)關(guān)系如圖所示，獲得常溫系數(shù)K_f0和A_f0的值；改變測(cè)試溫度，獲得MOS晶體管的在不同溫度下電流噪聲密度Sid和頻率f對(duì)應(yīng)的測(cè)試值；根據(jù)電流噪聲密度Sid和頻率f的數(shù)學(xué)關(guān)系獲得與不同測(cè)試溫度對(duì)應(yīng)的K_f0·[1+B·(T/Tn-1)]和A_f0·[1+A·(T/Tn-1)]的值；擬合溫度T與K_f0·[1+B·(T/Tn-1)]和A_f0·[1+A·(T/Tn-1)]的測(cè)試值，獲得參數(shù)A和B的值。本發(fā)明還提供一種MOS晶體管噪聲模型的形成裝置及電路模擬方法，通過(guò)在MOS晶體管的噪聲模型中加入溫度的影響，使得在電路設(shè)計(jì)中模擬結(jié)果更為可靠。
文檔編號(hào)G06F17/50GK101593224SQ20081011369
公開(kāi)日2009年12月2日 申請(qǐng)日期2008年5月29日 優(yōu)先權(quán)日2008年5月29日
發(fā)明者趙芳芳 申請(qǐng)人:中芯國(guó)際集成電路制造(北京)有限公司