mosfet模型参数的提取

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1、MOSFET模型参数的提取计算机辅助电路分析（CAA）在LSI和VLSI设计中已成为必不可少的手段。为了优化电路，提高性能，希望CAA的结果尽量与实际电路相接近。因此，程序采用的模型要精确。SPICE-II是目前国内外最为流行的电路分析程序，它的MOSFET模型虽然尚不完善，但已有分级的MOS1到3三种具一定精度且较实用的模型。确定模型后，提取模型参数十分重要，它和器件工艺及尺寸密切相关。尽管多数模型是以器件物理为依据的，但按其物理意义给出的模型参数往往不能精确的反映器件的电学性能。因此，必须从实验数据中提取模型参数。提取过程也就是理论模型与实际器件特性之间用参数

2、来加以拟合的过程。可见，实测与优化程序结合使用应该是提取模型参数最为有效的方法。MOSFET模型参数提取也是综合性较强的实验，其目的和要求是：1、熟悉SPICE-II程序中MOS模型及其模型参数；2、掌握实验提取MOS模型参数的方法；3、学习使用优化程序提取模型参数的方法。一、实验原理1、SPICE-II程序MOSFET模型及其参数提取程序含三种MOS模型，总共模型参数42个（表1）。由标记LEVEL指明选用级别。一级模型即常用的平方律特性描述的Shichman-Hodges模型，考虑了衬垫调制效率和沟道长度调制效应。二级模型考虑了短沟、窄沟对阈电压的影响，迁移率

3、随表面电场的变化，载流子极限速度引起的电流饱和和调制以及弱反型电流等二级效应，给出了完整的漏电流表达式。三级模型是半经验模型，采用一些经验参数来描述类似于MOS2的二级效应。MOS管沟道长度较短时，需用二级模型。理论上，小于8um时，应有短沟等效应。实际上5um以下才需要二级模型。当短至2um以下，二级效应复杂到难以解析表达时，启用三级模型。MOS模型参数的提取一般需要计算机辅助才能进行。有两种实用方法，一是利用管子各工作区的特点，分段线性拟合提取；二是直接拟合输出特性的优化提取。其中，直流参数的优化提取尚有不足之处：优化所获仅是拟合所需的特定参数，物理意义不确，

4、难以反馈指导工艺和结构的设计；只适合当前模型，模型稍做改动，要重新提取，不利于分段模型；对初值和权重的选取要求很高。2、模型公式N沟MOSFET瞬态模型如图1所示。当将图中二极管和漏电流倒向，即为P沟模型。若去掉其中电容即变为直流模型。（1）一般模型（MOS1模型）漏电流表达式分正向工作区和反向工作区两种情况：1)正向工作区，前提下：表1.MOS场效应晶体管模型参数表序号名称含义单位隐含值举例12345678910111213141516171819202122232425262728293031323334LEVELVOTKPGAMMAPHILAMBDARDRS

5、CBDCBSISPBCGSOCGDOCGBORSHCJMJCJSMMJSMJSTOXNSUBNSSNFSTPGXJLDUOUCRITUEXPUTRAVMAXNEFF模型标志零偏压阈值电压跨导参数体阈值参数表面势沟道长度调制效应（仅对MOS1和MOS2）漏欧姆电阻源欧姆电阻零偏压B-D结电容零偏压B-S结电容衬底结饱和电流衬底结电势每米沟道宽度的栅-源覆盖电容每米沟道宽度的栅-漏覆盖电容每米沟道宽度的栅-衬底覆盖电容漏和源扩散区薄层电阻每平方米结面积的零偏压衬底结底部电容衬底结底部梯度因子每米结周界的零偏压衬底结侧壁电容衬底结侧壁梯度因子每平方米结面积的零偏压衬底结

6、饱和电流氧化层厚度衬底掺杂表面态密度表面快态密度栅材料类型0铝栅1硅栅，掺杂和衬底相反-1硅栅，掺杂和衬底相同结深横向扩散表面迁移率迁移率下降的临界电场（对MOS2）迁移率下降的临界电场指数（对MOS2）横向电场系数（对迁移率）（MOS2时删去）载流子的最大漂移速度总沟道电荷（固定的和可动的）（对MOS2）－VA·VVVVFFAVF·mF·mF·mF·m－F·m－A·mmcmcmcm－mmcm·V·sV·cm－－m·s10.02.0E-50.00.60.00.00.00.00.01.0E-110.80.00.00.00.00.00.50.00.330.01.0E-

7、70.00.00.010.00.06001.0E40.00.00.01.01.03.1E-50.370.650.021.01.020FF20FF1.0E-150.874.0E-114.0E-112.0E-1010.02.0E-40.51.0E-31.0E-74.0E151.0E101.0E101um0.8um7001.0E40.70.35.0E45.03536373839404142XQCKFAFFCDELTATHETAETAKAPPA薄氧化层电容的模型标志和漏端沟道电荷分配系数（0～0.5）闪烁噪声系数闪烁噪声指数正偏时耗尽电容公式中的系数阈值电压宽度效应（对M

8、OS2和M