CN101196937A - 可改善温度效应的高压mos器件模型 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种可改善温度效应的高压MOS器件模型，包括核心MOS器件，该核心MOS器件的漏极与电源之间电连接第一可变电阻、该核心器件的源极与地之间电连接第二可变电阻，采用温度系数对该第一可变电阻的电阻值和该第二可变电阻的电阻值进行修正。本发明由于采用了温度系数对高压MOS器件模型外接的可变电阻进行修正，提高了模型对器件高低温特性拟合的灵活性及准确性，可在常温提取出的高压模型基础上，方便地进行温度效应模型参数的提取，极大地提高了高压模型对器件温度特性的模拟精度、有助于改善集成电路设计工作的效率与准确性，缩小产品设计周期及降低成本。

Description

可改善温度效应的高压MOS器件模型

技术领域

本发明涉及一种高压MOS器件模型，特别是一种采用外接带有温度系数的可变电阻的方法来精确模拟不同温度条件下“准饱和效应”的高压MOS器件模型。

背景技术

目前，高压MOS器件在集成电路产品中得到越来越广泛的应用，如用于液晶显示器驱动器等，因此，高压集成电路设计中对准确、高效的高压MOS器件模型的要求就变得非常迫切。在这种背景之下，许多高压MOS器件模型得以开发并在工业界被逐渐的应用。高压MOS器件模型往往会采用外接可变电阻的方法来模拟“准饱和效应”(quasi-saturation effect).

高压MOS晶体管与普通MOS晶体管的性能差别主要表现在：当漏极工作于饱和电压(Vdd)时，随栅极电压(Vgs)的增加，当Vgs接近于Vdd时，晶体管的电流(Ids)增加明显变得缓慢，即在高压区栅压Vgs对电流Ids的控制能力大大减弱。为了更精确地模拟此“准饱和效应”(quasi-saturation effect)，高压MOS器件模型中往往会采用外接可变电阻的方法，这种方法能较好拟合器件的常温特性。然而，在现有高压MOS器件模型中，缺乏描述可变电阻温度特性的模型参数，没有对外接可变电阻的温度效应进行修正，这会导致模型对器件温度特性的模拟非常困难，对于器件的高低温特性的拟合较差。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种可改善温度效应的高压MOS器件模型，能对器件的高低温特性进行准确模拟。

为解决上述技术问题，本发明可改善温度效应的高压MOS器件模型，包括核心MOS器件，该核心MOS器件的漏极与电源之间电连接第一可变电阻、该核心器件的源极与地之间电连接第二可变电阻，该第一可变电阻的电阻值r1和该第二可变电阻的电阻值r2分别根据下述表达式确定：

r1＝rdsd*(1+vv1*|v1(d1，d11)|)/(w+weff)，

r2＝rdss*(1+vv1*|v2(d2，d21)|)/(w+weff)，

其中，

rdsd为电阻常数，其数值范围是：1E-5～1E-3，

rdss为另一电阻常数，其数值范围是：1E-5～1E-3，

vv1为电阻的电压系数，其数值范围是：1E-2～1E2，

weff为有效的沟道宽度，其数值范围是：1E-10～1E-6，

d1和d11是等效电路中第一可变电阻两端的二个内部电路节点，v1(d1，d11)为r1两端的电压降，

d2和d21是等效电路中第二可变电阻两端的二个内部电路节点，v2(d2，d21)为r2两端的电压降，

W为高压MOS器件的沟道宽度；

r1和r2分别根据下列关系式修正：

r1(T)＝r1(RT)*(1+tc1x*(T-RT)+tc2x*(T-RT)*(T-RT))，

r2(T)＝r2(RT)*(1+tc1x*(T-RT)+tc2x*(T-RT)*(T-RT))，

其中，

r1(RT)是第一可变电阻在室温为RT时的电阻值，

r2(RT)是第二可变电阻在室温为RT时的电阻值，

r1(T)是第一可变电阻在温度为T时的电阻值，

r2(T)是第二可变电阻在温度为T时的电阻值，

tc1x为电阻的一阶温度系数，其数值范围是：1E-5～1E-1，

tc2x为电阻的二阶温度系数，其数值范围是：1E-7～1E-3。

本发明由于采用了温度系数对高压MOS器件模型外接的可变电阻进行修正，提高了模型对器件高低温特性拟合的灵活性及准确性，可在常温提取出的高压模型基础上，方便地进行温度效应模型参数的提取，极大地提高了高压模型对器件温度特性的模拟精度、有助于改善集成电路设计工作的效率与准确性，缩小产品设计周期及降低成本。

附图说明

附图是高压MOS器件模型等效电路图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步详细的说明。

本发明的等效电路图如图1所示，其中晶体管按照器件建模的HSPICE格式描述如下：

.param

+rdsd＝3.78E-4     rdss＝9.4E-4     vv1＝9.5

+weff＝7E-8        tc1x＝14E-3      tc2x＝1E-5

    .subckt高压器件等效电路名dgsbw＝10u l＝4u adn＝125p pdn＝60u

asn＝125p psn＝60u dtemp＝0

    r1dd1’rdsd*(1+vv1*abs(v(d，d1)))/(w+weff)’tc1＝tc1x

tc2＝tc2x dtemp＝dtemp

    m1d1gs1b晶体管模型名w＝wl＝l ad＝adn pd＝pdn as＝asn ps＝psn

dtemp＝0

    r2sls’rdss*(1+vv1*abs(v(d，d1)))/(w+weff)’tc1＝tc1x

tc2＝tc2x dtemp＝dtemp

    .ends

    .model晶体管模型名pmos

    ***Flag Parameter***

在上述模型描述中，其中，各参数意义如下：

tc1和tc2：描述电阻温度效应的一级和二级系数。

w：高压MOS器件的沟道宽度；

1：高压MOS器件的沟道长度；

ad：高压MOS器件漏极部分的等效面积；

adn：模型变量名，其数值等于ad；

pd：高压MOS器件漏极部分的等效周长；

pdn：模型变量名，其数值等于pd；

as：高压MOS器件源极部分的等效面积；

asn：模型变量名，其数值等于as；

ps：高压MOS器件源极部分的等效周长；

psn：模型变量名，其数值等于ps；

dtemp：是仿真过程中等效电路与内部器件的温度差。

等效电路的核心部分为HSPICE格式描述中所述的“m1 d1 g s1 b晶体管模型名w＝w l＝l ad＝adn pd＝pdn as＝asn ps＝psn dtemp＝0”和“.model晶体管模型名pmos”所定义的常规MOS器件部分。和普通高压模型不同的是，本发明高压MOS器件模型在MOS器件的源极与地之间的第一可变电阻r1和漏极与电源之间的第二可变电阻r2均通过温度系数进行修正。在图1和上述模型描述中，r1，r2为外接可变电阻的参量名。

本发明采用的第一可变电阻r1的表达式为：‘rdsd*(1+vv1*|v(d1，d11)|)/(w+weff)’，其中rdsd为电阻常数，(1+vv1*|v(d1，d11)|)为电阻与电压的关系，(w+weff)描述电阻与栅宽之间的关系。其中，rdsd为电阻常数，其数值范围是：1E-5～1E-3；vv1为电阻的电压系数，其数值范围是：1E-2～1E2；weff为有效的沟道宽度，其数值范围是：1E-10～1E-6。

本发明采用的第二可变电阻r2的表达式为：‘rdss*(1+vv1*|v(d2，d21)|)/(w+weff)’，其中rdss为电阻常数，(1+vv1*|v(d2，d21)|)为电阻与电压的关系，(w+weff)描述电阻与栅宽之间的关系。其中，rdss为另一电阻常数，其数值范围是：1E-5～1E-3；vv1的数值范围是：1E-2～1E2；weff的数值范围是：1E-10～1E-6。

r1和r2分别根据下列关系式修正：

r1(T)＝r1(RT)*(1+tc1x*(T-RT)+tc2x*(T-RT)*(T-RT))；

r2(T)＝r2(RT)*(1+tc1x*(T-RT)+tc2x*(T-RT)*(T-RT))；

其中，

r1(RT)是第一可变电阻在室温为RT时的电阻值；

r2(RT)是第二可变电阻在室温为RT时的电阻值；

r1(T)是第一可变电阻在温度为T时的电阻值；

r2(T)是第二可变电阻在温度为T时的电阻值；

tc1x为电阻的一阶温度系数，其数值范围是：1E-5-1E-1；

tc2x为电阻的二阶温度系数，其数值范围是：1E-7-1E-3。

在本发明的上述模型描述中，参数值可分别取为：rdsd＝3.78E-4；rdss＝9.4E-4；vv1＝9.5；weff＝7E-8；tc1x＝1.4E-3；tc2x＝1E-5。

当用本发明可改善温度效应的高压MOS器件模型拟合器件高低温特性时，例如：温度为-100℃或200℃，模型的仿真结果和实测数据的拟合程度大大提高，其主要原因为：在可改善温度效应的高压MOS器件模型的可变电阻表达式中，添加了相应的电阻温度系数。

本发明通过引入温度系数对高压MOS器件模型外接的可变电阻值进行修正，提高了模型对器件高低温特性拟合的灵活性及准确性，可在常温提取出的高压模型基础上，方便地进行温度效应模型参数的提取，极大地提高了高压模型对器件温度特性的模拟精度、有助于改善集成电路设计工作的效率与准确性，缩小产品设计周期及降低成本。

Claims (2)

1.一种可改善温度效应的高压MOS器件模型，包括核心MOS器件，该核心MOS器件的漏极与电源之间电连接第一可变电阻、该核心器件的源极与地之间电连接第二可变电阻，该第一可变电阻的电阻值r1和该第二可变电阻的电阻值r2分别根据下述表达式确定：

r1＝rdsd*(1+vv1*|v1(d1，d11)|)/(w+weff)，

r2＝rdss*(1+vv1*|v2(d2，d21)|)/(w+weff)，

其中，

rdsd为电阻常数，其数值范围是：1E-5～1E-3，

rdss为另一电阻常数，其数值范围是：1E-5～1E-3，

vv1为电阻的电压系数，其数值范围是：1E-2～1E2，

weff为有效的沟道宽度，其数值范围是：1E-10～1E-6，

d1和d11是等效电路中第一可变电阻两端的二个内部电路节点，v1(d1，d11)为r1两端的电压降，

d2和d21是等效电路中第二可变电阻两端的二个内部电路节点，v2(d2，d21)为r2两端的电压降，

W为高压MOS器件的沟道宽度；

其特征是，r1和r2分别根据下列关系式修正：

r1(T)＝r1(RT)*(1+tc1x*(T-RT)+tc2x*(T-RT)*(T-RT))，

r2(T)＝r2(RT)*(1+tc1x*(T-RT)+tc2x*(T-RT)*(T-RT))，

其中，

r1(RT)是第一可变电阻在室温为RT时的电阻值，

r2(RT)是第二可变电阻在室温为RT时的电阻值，

r1(T)是第一可变电阻在温度为T时的电阻值，

r2(T)是第二可变电阻在温度为T时的电阻值，

tc1x为电阻的一阶温度系数，其数值范围是：1E-5～1E-1，

tc2x为电阻的二阶温度系数，其数值范围是：1E-7～1E-3。

2.根据权利要求1所述的可改善温度效应的高压MOS器件模型，其特征是：所述rdsd＝3.78E-4；所述rdss＝9.4E-4；所述vv1＝9.5；所述weff＝7E-8；所述tc1x＝1.4E-3；所述tc2x＝1E-5。

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