專利名稱：提取雙極結(jié)型晶體管的spice模型的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種提取雙極結(jié)型晶體管的SPICE模型的方法。
背景技術(shù)：
雙極結(jié)型晶體管(Bipolar Junction Transistor，BJT)是半導(dǎo)體集成電路中一種 重要的半導(dǎo)體器件，在集成電路工藝領(lǐng)域中被廣泛的應(yīng)用。為了預(yù)測雙極結(jié)型晶體管器件 在所處的環(huán)境中的性能和可靠性，需要對雙極結(jié)型晶體管進(jìn)行仿真。SPICE (Simulation Program with Intergraded Circuit Emphasis)是器件設(shè)計 行業(yè)應(yīng)用最為普遍的電路級模擬程序，各軟件廠家提供了 Vspice、Hspice、Pspice等不同 版本SPICE軟件，這些軟件的仿真核心大同小異，都采用了美國加利福尼亞大學(xué)伯克萊分 校開發(fā)的SPICE模擬算法。通常SPICE軟件中的雙極結(jié)型晶體管模型僅僅提供了面積分別 為10um*10um、5um*5um、2um*2um的三種雙極結(jié)型晶體管，由于提供雙極結(jié)型晶體管的種類 有限，因此，設(shè)計者只能使用有限的幾種面積的雙極結(jié)型晶體管進(jìn)行仿真，而不能根據(jù)設(shè)計 需要選擇其他面積的雙極結(jié)型晶體管進(jìn)行仿真。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種提取雙極結(jié)型晶體管的SPICE模型的方法。一種提取雙極結(jié)型晶體管的SPICE模型的方法，包括如下步驟設(shè)計至少三個具 有不同面積的雙極結(jié)型晶體管；提取所述具有不同面積的雙極結(jié)型晶體管的SPICE模型； 在所述SPICE模型中，選擇與所述雙極結(jié)型晶體管的面積相關(guān)的模型參數(shù)，利用多項式擬 合算法獲得所述模型參數(shù)與所述雙極結(jié)型晶體管的面積之間的關(guān)系；根據(jù)獲得的所述模型 參數(shù)與所述雙極結(jié)型晶體管的面積之間的關(guān)系，建立適于各種不同面積的雙極結(jié)型晶體管 的SPICE模型。本發(fā)明優(yōu)選的一種技術(shù)方案，在所述SPICE模型中，設(shè)置與所述雙極結(jié)型晶體管 的面積無關(guān)的模型參數(shù)不變。本發(fā)明優(yōu)選的一種技術(shù)方案，與所述雙極結(jié)型晶體管的面積相關(guān)的模型參數(shù)至少 包括飽和電流參數(shù)、晶體管正向工作時的復(fù)合電流參數(shù)、晶體管集電極電容參數(shù)、晶體管發(fā) 射極電容參數(shù)、晶體管大電流注入時的扭曲電流參數(shù)中的一個參數(shù)。本發(fā)明優(yōu)選的一種技術(shù)方案，與所述雙極結(jié)型晶體管的面積無關(guān)的模型參數(shù)至少 包括晶體管正向工作時的電流發(fā)射參數(shù)、晶體管反向工作時的電流發(fā)射參數(shù)、晶體管正向 工作時的厄萊電壓參數(shù)、晶體管反向工作時的厄萊電壓參數(shù)、晶體管正向工作時的電流復(fù) 合參數(shù)、晶體管反向工作時的電流復(fù)合參數(shù)、晶體管電容的正向因子、晶體管集電極電容因 子、晶體管發(fā)射極電容因子、晶體管襯底寄生電容因子、晶體管集電極電容的電壓參數(shù)、晶 體管發(fā)射極電容的電壓參數(shù)、晶體管襯底寄生電容的電壓參數(shù)中的一個參數(shù)。本發(fā)明優(yōu)選 的一種技術(shù)方案，所述電容器是MIS電容器。本發(fā)明優(yōu)選的一種技術(shù)方案，在所述雙極結(jié)型晶體管的SPICE宏模型中，與所述
3雙極結(jié)型晶體管的面積相關(guān)的模型參數(shù)至少包括飽和電流參數(shù)、晶體管正向工作時的復(fù)合 電流參數(shù)、晶體管集電極電容參數(shù)、晶體管發(fā)射極電容參數(shù)、晶體管大電流注入時的扭曲電 流參數(shù)中的一個參數(shù)的擬合參數(shù)。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的提取雙極結(jié)型晶體管的SPICE模型的方法選擇與所述 雙極結(jié)型晶體管的面積相關(guān)的模型參數(shù)，利用多項式擬合算法獲得所述模型參數(shù)與所述雙 極結(jié)型晶體管的面積之間的關(guān)系，建立雙極結(jié)型晶體管的SPICE宏模型，從而提供適于各 種不同面積的雙極結(jié)型晶體管的SPICE模型，進(jìn)而提高了器件工程師的工作效率。


圖1是本發(fā)明的提取雙極結(jié)型晶體管的SPICE模型的方法的流程圖。圖2是利用本發(fā)明的方法建立的雙極結(jié)型晶體管的SPICE宏模型。圖3是本發(fā)明的雙極結(jié)型晶體管的SPICE宏模型的仿真結(jié)果與測量數(shù)據(jù)提取模型 的IC/IB/Beta的對比表。圖4是本發(fā)明的雙極結(jié)型晶體管的SPICE宏模型的仿真結(jié)果與測量數(shù)據(jù)提取模型 的IC/IB/Beta的對比圖。
具體實施例方式為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚，下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步 的詳細(xì)描述。在雙極結(jié)型晶體管的SPICE模型中，有許多描述雙極結(jié)型晶體管物理效應(yīng)的模型 參數(shù)，如基本的直流模型參數(shù)，增益相關(guān)的模型參數(shù)、電阻模型參數(shù)、結(jié)電容模型參數(shù)、噪 聲模型參數(shù)和渡越時間模型參數(shù)。這些模型參數(shù)中的一些參數(shù)與雙極結(jié)型晶體管的面積相 聯(lián)系，另一些參數(shù)與雙極結(jié)型晶體管的面積不相關(guān)，本發(fā)明的提取雙極結(jié)型晶體管的SPICE 模型的方法正是利用模型參數(shù)與雙極結(jié)型晶體管的面積之間的關(guān)系而提出。請參閱圖1，圖1是本發(fā)明的提取雙極結(jié)型晶體管的SPICE模型的方法的流程圖。 首先，設(shè)計至少三個具有不同面積的雙極結(jié)型晶體管器件(BJT device)，所述雙極結(jié)型晶 體管器件的面積可以包括10um*10um、5um*5um、2um*2um全部或者其中之一，也可以根據(jù)工 程師的設(shè)計需求而選擇其他的面積。提取所述具有不同面積的雙極結(jié)型晶體管的SPICE模型，從而獲得在不同面積下 的所述雙極結(jié)型晶體管的模型參數(shù)。所述模型參數(shù)包括晶體管飽和電流參數(shù)(IS)、晶體 管正向工作時的復(fù)合電流參數(shù)(ISE)、晶體管集電極電容參數(shù)(CJC)、晶體管發(fā)射極電容參 數(shù)(CJE)、晶體管大電流注入時的扭曲電流參數(shù)(IKF)、晶體管正向工作時的電流發(fā)射參數(shù) (NE)、晶體管反向工作時的電流發(fā)射參數(shù)(NR)、晶體管正向工作時的厄萊電壓參數(shù)(VAF)、 晶體管反向工作時的厄萊電壓參數(shù)(VAR)、晶體管正向工作時的電流復(fù)合參數(shù)(NE)、晶體 管反向工作時的電流復(fù)合參數(shù)(NC)、晶體管電容的正向因子(FC)、晶體管集電極電容因子 (MJC)、晶體管發(fā)射極電容因子(MJE)、晶體管襯底寄生電容因子(MJS)、晶體管集電極電容 的電壓參數(shù)(VJS)、晶體管發(fā)射極電容的電壓參數(shù)(VJE)、晶體管襯底寄生電容的電壓參數(shù) (VJS)等。在所述SPICE模型參數(shù)中，選擇與所述雙極結(jié)型晶體管的面積相關(guān)的模型參數(shù)。所述模型參數(shù)包括晶體管飽和電流參數(shù)(IS)、晶體管正向工作時的復(fù)合電流參數(shù)(ISE)、 晶體管集電極電容參數(shù)(CJC)、晶體管發(fā)射極電容參數(shù)(CJE)、晶體管大電流注入時的扭曲 電流參數(shù)(IKF)等。利用多項式擬合算法(polynomialfitting)獲得所選擇的模型參數(shù)與 所述雙極結(jié)型晶體管的面積之間的關(guān)系。在所述SPICE參數(shù)模型中，設(shè)置與所述雙極結(jié)型晶體管的面積無關(guān)的模型參數(shù)不 變。所述模型參數(shù)包括晶體管正向工作時的電流發(fā)射參數(shù)(NF)、晶體管反向工作時的電流 發(fā)射參數(shù)(NR)、晶體管正向工作時的厄萊電壓參數(shù)(VAF)、晶體管反向工作時的厄萊電壓 參數(shù)(VAR)、晶體管正向工作時的電流復(fù)合參數(shù)(NE)、晶體管反向工作時的電流復(fù)合參數(shù) (NC)、晶體管電容的正向因子(FC)、晶體管集電極電容因子(MJC)、晶體管發(fā)射極電容因子 (MJE)、晶體管襯底寄生電容因子(MJS)、晶體管集電極電容的電壓參數(shù)(VJS)、晶體管發(fā)射 極電容的電壓參數(shù)(VJE)、晶體管襯底寄生電容的電壓參數(shù)(VJS)等當(dāng)需要對一種面積的雙極結(jié)型晶體管進(jìn)行仿真時，根據(jù)獲得的SPICE模型參數(shù)與 雙極結(jié)型晶體管的面積之間的關(guān)系，即可以得知與這種面積有關(guān)的模型參數(shù)，而其他的模 型參數(shù)保持不變，從而利用這種方法建立雙極結(jié)型晶體管的SPICE宏模型(Macro model), 如圖2所示。在所述雙極結(jié)型晶體管的SPICE宏模型中，與所述雙極結(jié)型晶體管的面積相 關(guān)的模型參數(shù)至少包括飽和電流參數(shù)、晶體管正向工作時的復(fù)合電流參數(shù)、晶體管集電極 電容參數(shù)、晶體管發(fā)射極電容參數(shù)、晶體管大電流注入時的扭曲電流參數(shù)中的一個參數(shù)的 擬合參數(shù)。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的提取雙極結(jié)型晶體管的SPICE模型的方法選擇與所述 雙極結(jié)型晶體管的面積相關(guān)的模型參數(shù)，利用多項式擬合算法獲得所述模型參數(shù)與所述雙 極結(jié)型晶體管的面積之間的關(guān)系，建立雙極結(jié)型晶體管的SPICE宏模型，從而提供適于各 種不同面積的雙極結(jié)型晶體管的SPICE模型，從而進(jìn)而提高了器件工程師的工作效率。請 參閱圖3、圖4，圖3是本發(fā)明的雙極結(jié)型晶體管的SPICE宏模型的仿真結(jié)果與測量數(shù)據(jù)提 取模型的IC/IB/Beta的對比表。圖4是本發(fā)明的雙極結(jié)型晶體管的SPICE宏模型的仿真 結(jié)果與測量數(shù)據(jù)提取模型的IC/IB/Beta的對比圖。由圖可見，利用本發(fā)明的提取雙極結(jié)型 晶體管的SPICE模型的方法建立的SPICE宏模型具有較高的精確度。在不偏離本發(fā)明的精神和范圍的情況下還可以構(gòu)成許多有很大差別的實施例。應(yīng) 當(dāng)理解，除了如所附的權(quán)利要求所限定的，本發(fā)明不限于在說明書中所述的具體實施例。
權(quán)利要求
一種提取雙極結(jié)型晶體管的SPICE模型的方法，其特征在于，包括如下步驟設(shè)計至少三個具有不同面積的雙極結(jié)型晶體管；提取所述具有不同面積的雙極結(jié)型晶體管的SPICE模型；在所述SPICE模型中，選擇與所述雙極結(jié)型晶體管的面積相關(guān)的模型參數(shù)，利用多項式擬合算法獲得所述模型參數(shù)與所述雙極結(jié)型晶體管的面積之間的關(guān)系；根據(jù)獲得的所述模型參數(shù)與所述雙極結(jié)型晶體管的面積之間的關(guān)系，建立雙極結(jié)型晶體管的SPICE宏模型。
2.如權(quán)利要求1所述的提取雙極結(jié)型晶體管的SPICE模型的方法，其特征在于，在所述 SPICE模型中，設(shè)置與所述雙極結(jié)型晶體管的面積無關(guān)的模型參數(shù)不變。
3.如權(quán)利要求1所述的提取雙極結(jié)型晶體管的SPICE模型的方法，其特征在于，與所述 雙極結(jié)型晶體管的面積相關(guān)的模型參數(shù)至少包括飽和電流參數(shù)、晶體管正向工作時的復(fù)合 電流參數(shù)、晶體管集電極電容參數(shù)、晶體管發(fā)射極電容參數(shù)、晶體管大電流注入時的扭曲電 流參數(shù)中的一個參數(shù)。
4.如權(quán)利要求1所述的提取雙極結(jié)型晶體管的SPICE模型的方法，其特征在于，與所述 雙極結(jié)型晶體管的面積無關(guān)的模型參數(shù)至少包括晶體管正向工作時的電流發(fā)射參數(shù)、晶體 管反向工作時的電流發(fā)射參數(shù)、晶體管正向工作時的厄萊電壓參數(shù)、晶體管反向工作時的 厄萊電壓參數(shù)、晶體管正向工作時的電流復(fù)合參數(shù)、晶體管反向工作時的電流復(fù)合參數(shù)、晶 體管電容的正向因子、晶體管集電極電容因子、晶體管發(fā)射極電容因子、晶體管襯底寄生電 容因子、晶體管集電極電容的電壓參數(shù)、晶體管發(fā)射極電容的電壓參數(shù)、晶體管襯底寄生電 容的電壓參數(shù)中的一個參數(shù)。
5.如權(quán)利要求1所述的提取雙極結(jié)型晶體管的SPICE模型的方法，其特征在于，在所述 雙極結(jié)型晶體管的SPICE宏模型中，與所述雙極結(jié)型晶體管的面積相關(guān)的模型參數(shù)至少包 括飽和電流參數(shù)、晶體管正向工作時的復(fù)合電流參數(shù)、晶體管集電極電容參數(shù)、晶體管發(fā)射 極電容參數(shù)、晶體管大電流注入時的扭曲電流參數(shù)中的一個參數(shù)的擬合參數(shù)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種提取雙極結(jié)型晶體管的SPICE模型的方法，包括如下步驟設(shè)計至少三個具有不同面積的雙極結(jié)型晶體管；提取所述具有不同面積的雙極結(jié)型晶體管的SPICE模型；在所述SPICE模型中，選擇與所述雙極結(jié)型晶體管的面積相關(guān)的模型參數(shù)，利用多項式擬合算法獲得所述模型參數(shù)與所述雙極結(jié)型晶體管的面積之間的關(guān)系；根據(jù)獲得的所述模型參數(shù)與所述雙極結(jié)型晶體管的面積之間的關(guān)系，建立雙極結(jié)型晶體管的SPICE宏模型。本發(fā)明的提取雙極結(jié)型晶體管的SPICE模型的方法有利于對各種不同面積的雙極結(jié)型晶體管進(jìn)行仿真。
文檔編號G06F17/50GK101944147SQ20101027866
公開日2011年1月12日 申請日期2010年9月10日 優(yōu)先權(quán)日2010年9月10日
發(fā)明者余泳 申請人:上海宏力半導(dǎo)體制造有限公司