CN103744008B - 确定电路老化性能的方法和装置 - Google Patents
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Abstract
本发明实施例提供一种确定电路老化性能的方法和装置,该方法包括:确定电路中每个鳍式场效晶体管的自发热温度;根据每个鳍式场效晶体管的自发热温度,确定每个鳍式场效晶体管的仿真温度;根据每个鳍式场效晶体管的仿真温度,确定该电路的电路老化性能。本发明实施例的确定电路老化性能的方法和装置,根据电路中每个鳍式场效晶体管的自发热温度确定每个鳍式场效晶体管的仿真温度,能够使每个鳍式场效晶体管的仿真温度与每个鳍式场效晶体管的实际温度相接近,从而能够使根据该仿真温度确定的电路老化性能与实际情况下的电路老化性能相符合,进而能够提高确定电路老化性能的准确性。
Description
技术领域
本发明实施例涉及电路设计领域,并且更具体地,涉及一种确定电路老化性能的方法和装置。
背景技术
晶体管为有源器件,在工作时有电流通过,会产生热量。平面器件金属氧化物半导体(MetalOxideSemiconductor,简称为“MOS”)晶体管直接位于阱中或衬底上,MOS晶体管中很大部分的热量会通过衬底扩散。半导体工艺从平面工艺发展到立体3D工艺后,其最小单元晶体管从平面的金氧半场效晶体管(Metal-Oxide-SemiconductorField-EffectTransistor,简称为“MOSFET”)演进为立体的鳍式场效晶体管(FinField-EffectTransistor,简称为“FinFET”)在鳍式场效晶体管中包括有一个或多个立体的鳍片Fin,这些立体鳍片Fin能够在相同晶体管功率下有效缩小晶体管的尺寸。但是在鳍式场效晶体管工作时,沟道电流会被限制在立起的鳍片Fin之间,平行衬底方向的散热受限,导致鳍式场效晶体管升温明显,这种现象称为鳍式场效晶体管的自发热效应(FinFETSelf-Heating),并将鳍式场效晶体管由于自发热效应产生的温度称为鳍式场效晶体管的自发热温度。由于鳍式场效晶体管可以包括一个或多个立体的鳍片Fin,因此,在工作状态下,包括不同数量鳍片Fin的鳍式场效晶体管的自发热温度是不同的,现有研究资料显示多鳍片晶体管(Multi-FinDevice)和单鳍片晶体管(Single-FinDevice)的自发热温度差异可达30C以上,其可靠性退化也有明显的差异。
晶体管的饱和电流退化值的精确度直接关系着电路老化性能评估的精确性,而晶体管的温度是确定晶体管的饱和电流退化值的一个重要参数,即在确定电路老化性能的过程中,电路中晶体管的仿真温度是确定电路老化性能的重要参数指标。在现有确定电路老化性能的方法中,均是采用一个相同的环境温度作为电路中的每个晶体管的仿真温度,然后基于该仿真温度对电路老化性能进行确定和确定,且目前公知的确定电路老化性能的装置也均只能支持设置一个全局的环境温度来确定电路老化性能的方式。对于平面器件MOS晶体管而言,MOS晶体管中很大部分的热量会通过衬底扩散,实际情况中MOS晶体管自身的温度与电路环境温度基本一致,因此以一个相同的环境温度作为电路中的每个MOS晶体管的仿真温度来确定电路老化性能是基本符合实际情况的。但是对于鳍式场效晶体管,由于立体鳍片的存在,鳍式场效晶体管的自发热效应较为严重,导致鳍式场效晶体管的自发热温度会明显高于环境温度,而且具有不同数量鳍片的鳍式场效晶体管的自发热温度差异也较大,因此,对于由鳍式场效晶体管构成的电路,如果利用现有方法和装置来确定电路老化性能,会产生以下问题:鳍式场效晶体管的仿真温度与实际温度不同,导致仿真得到的鳍式场效晶体管的饱和电流退化值与实际情况下鳍式场效晶体管的饱和电流退化值不同,从而导致获得的电路老化性能与实际情况下的电路老化性能不符合,严重影响确定电路老化性能的准确性。
因此,针对新工艺下的鳍式场效晶体管,需要提出一种新的确定电路老化性能的方法。
发明内容
本发明实施例提供了一种确定电路老化性能的方法,根据电路每个晶体管的自发热温度确定每个晶体管的仿真温度,根据该仿真温度确定电路老化性能,解决了现有方法中晶体管的仿真温度失真导致确定电路老化性能的准确性不可接受的问题。
第一方面提供了一种确定电路老化性能的方法,该方法包括:确定电路中每个鳍式场效晶体管的自发热温度;根据每个鳍式场效晶体管的自发热温度,确定每个鳍式场效晶体管的仿真温度;根据每个鳍式场效晶体管的仿真温度,确定该电路的电路老化性能。
结合第一方面,在第一方面的第一种可能的实现方式中,确定电路中每个鳍式场效晶体管的自发热温度,包括:根据下列信息中的至少一种信息,确定每个鳍式场效晶体管的自发热温度:每个鳍式场效晶体管所包括的鳍片的数量、每个鳍式场效晶体管所包括的栅的数量、每个鳍式场效晶体管的有源区面积、每个鳍式场效晶体管的功耗、每个鳍式场效晶体管的功耗密度、每个鳍式场效晶体管的源漏电流和每个鳍式场效晶体管的源漏电压。
结合第一方面的第一种可能的实现方式,在第一方面的第二种可能的实现方式中,确定每个鳍式场效晶体管的自发热温度,包括:
根据式(1)确定每个鳍式场效晶体管的功耗:
P_i=Ids_i·Vds_i(1)
其中,P_i为第i个鳍式场效晶体管的功耗,Ids_i和Vds_i分别为第i个鳍式场效晶体管的源漏电流和源漏电压,i为1,2,…,N,N为该电路中包括的鳍式场效晶体管的数量;
根据式(2)确定每个鳍式场效晶体管的自发热温度:
ΔT_i=A·f(N1_i,N2_i,P_i)+B(2)
其中,ΔT_i为第i个鳍式场效晶体管的自发热温度,N1_i为第i个鳍式场效晶体管所包括的鳍片的数量,N2_i为第i个鳍式场效晶体管所包括的栅的数量,P_i为第i个鳍式场效晶体管的功耗、f()为该第i个鳍式场效晶体管所包括的鳍片的数量N1_i、该第i个鳍式场效晶体管所包括的栅的数量N2_i和该第i个鳍式场效晶体管的功耗P_i的函数,A和B为常数。
结合第一方面的第一种可能的实现方式,在第一方面的第三种可能的实现方式中,确定每个鳍式场效晶体管的自发热温度,包括:
根据式(3)确定每个鳍式场效晶体管的功耗密度:
ρp_i=Ids_i·Vds_i/Area_i(3)
其中,ρp_i为第i个鳍式场效晶体管的功耗密度,Ids_i和Vds_i分别为第i个鳍式场效晶体管的源漏电流和源漏电压,Area_i为第i个鳍式场效晶体管的有源区面积,i为1,2,…,N,N为该电路中包括的鳍式场效晶体管的数量;
根据该每个鳍式场效晶体管的功耗密度,确定该每个鳍式场效晶体管的自发热温度。
结合第一方面或第一方面的第一种至第三种可能的实现方式中的任一种可能的实现方式,在第一方面的第四种可能的实现方式中,根据每个鳍式场效晶体管的自发热温度,确定每个鳍式场效晶体管的仿真温度,包括:将每个鳍式场效晶体管的自发热温度与该电路的环境温度之和分别确定为每个鳍式场效晶体管的仿真温度。
结合第一方面或第一方面的第一种至第四种可能的实现方式中的任一种可能的实现方式,在第一方面的第五种可能的实现方式中,根据每个鳍式场效晶体管的仿真温度,确定该电路的电路老化性能,包括:根据每个鳍式场效晶体管的仿真温度,确定每个鳍式场效晶体管的饱和电流退化值;根据每个鳍式场效晶体管的饱和电流退化值,确定该电路的电路老化性能。
第二方面提供了一种确定电路老化性能的装置,该装置包括:第一确定模块,用于确定电路中每个鳍式场效晶体管的自发热温度;第二确定模块,用于根据该第一确定模块确定的每个鳍式场效晶体管的自发热温度,确定每个鳍式场效晶体管的仿真温度;第三确定模块,用于根据该第二确定模块确定的每个鳍式场效晶体管的仿真温度,确定该电路的电路老化性能。
结合第二方面,在第二方面的第一种可能的实现方式中,该第一确定模块具体用于:根据下列信息中的至少一种信息,确定每个鳍式场效晶体管的自发热温度:每个鳍式场效晶体管所包括的鳍片的数量、每个鳍式场效晶体管所包括的栅的数量、每个鳍式场效晶体管的有源区面积、每个鳍式场效晶体管的功耗、每个鳍式场效晶体管的功耗密度、每个鳍式场效晶体管的源漏电流和每个鳍式场效晶体管的源漏电压。
结合第二方面的第一种可能的实现方式,在第二方面的第二种可能的实现方式中,该第一确定模块包括:
第一确定单元,用于根据式(1)确定每个鳍式场效晶体管的功耗:
P_i=Ids_i·Vds_i(1)
其中,P_i为第i个鳍式场效晶体管的功耗,Ids_i和Vds_i分别为第i个鳍式场效晶体管的源漏电流和源漏电压,i为1,2,…,N,N为该电路中包括的鳍式场效晶体管的数量;
第二确定单元,用于根据式(2)确定每个鳍式场效晶体管的自发热温度:
ΔT_i=A·f(N1_i,N2_i,P_i)+B(2)
其中,ΔT_i为第i个鳍式场效晶体管的自发热温度,N1_i为第i个鳍式场效晶体管所包括的鳍片的数量,N2_i为第i个鳍式场效晶体管所包括的栅的数量,P_i为第i个鳍式场效晶体管的功耗、f()为该第i个鳍式场效晶体管所包括的鳍片的数量N1_i、该第i个鳍式场效晶体管所包括的栅的数量N2_i和该第i个鳍式场效晶体管的功耗P_i的函数,A和B为常数。
结合第二方面的第一种可能的实现方式,在第二方面的第三种可能的实现方式中,该第一确定模块还包括:
第三确定单元,用于根据式(3)确定每个鳍式场效晶体管的功耗密度:
ρp_i=Ids_i·Vds_i/Area_i(3)
其中,ρp_i为第i个鳍式场效晶体管的功耗密度,Ids_i和Vds_i分别为第i个鳍式场效晶体管的源漏电流和源漏电压,Area_i为第i个鳍式场效晶体管的有源区面积,i为1,2,…,N,N为该电路中包括的鳍式场效晶体管的数量;
第四确定单元,用于根据该每个鳍式场效晶体管的功耗密度,确定该每个鳍式场效晶体管的自发热温度。
结合第二方面或第二方面的第一种至第三种可能的实现方式中,在第二方面的第四种可能的实现方式中,该第二确定模块具体用于:将每个鳍式场效晶体管的自发热温度与该电路的环境温度之和分别确定为每个鳍式场效晶体管的仿真温度。
结合第二方面或第二方面的第一种至第四种可能的实现方式中,在第二方面的第五种可能的实现方式中,该第三确定模块包括:第五确定单元,用于根据每个鳍式场效晶体管的仿真温度,确定每个鳍式场效晶体管的饱和电流退化值;第六确定单元,用于根据每个鳍式场效晶体管的饱和电流退化值,确定该电路的电路老化性能。
基于上述技术方案,本发明实施例的确定电路老化性能的方法和装置,根据电路中每个鳍式场效晶体管的自发热温度确定每个鳍式场效晶体管的仿真温度,根据每个鳍式场效晶体管的仿真温度确定电路的电路老化性能,能够使每个鳍式场效晶体管的仿真温度与每个鳍式场效晶体管的实际温度相接近,从而能够使确定的电路老化性能与实际情况下的电路老化性能相符合,进而能够有效提高确定电路老化性能的准确性。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案,下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍,显而易见地,下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例,对于本领域普通技术人员来讲,在不付出创造性劳动性的前提下,还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1示出了鳍式场效晶体管的结构示意图。
图2示出了本发明实施例的确定电路老化性能的方法的示意性流程图。
图3示出了本发明实施例的确定电路老化性能的装置的示意性框图。
图4示出了本发明另一实施例的确定电路老化性能的装置的示意性框图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图,对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例是本发明一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例,本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都属于本发明保护的范围。
为了方便理解本发明技术方案,图1示出了一种鳍式场效晶体管(FinField-EffectTransistor,简称为“FinFET”)的结构示意图,如图1所示,鳍式场效晶体管具有立体的鳍片Fin,这些立体的鳍片是立体半导体工艺下构造鳍式场效晶体管的有源区沟道的部分,具体如图1所示,立体的鳍片位于鳍式场效晶体管的源和漏之间,栅包裹该鳍片的一部分,且栅与这些鳍片相垂直,其中,栅包裹的鳍片部分为鳍式场效晶体管有源区域。应理解,图1示出的是一种典型的鳍式场效晶体管的结构示意图,随着半导体工艺技术的发展,鳍式场效晶体管可以有其他的结构或者构造,本发明实施例对此不作任何限定。此外,图1所示的鳍式场效晶体管的具有3个鳍片和1个栅,实际应用中鳍式场效晶体管可以包括一个或多个鳍片,也可以包括一个或多个栅,本发明实施例对此不作任何限定。
图2示出了本发明实施例的电路老化仿真的方法100的示意性流程图,该方法100包括:
S110,确定电路中每个鳍式场效晶体管的自发热温度;
S120,根据每个鳍式场效晶体管的自发热温度,确定每个鳍式场效晶体管的仿真温度;
S130,根据每个鳍式场效晶体管的仿真温度,确定该电路的电路老化性能。
确定电路中每个鳍式场效晶体管的自发热温度,可以结合环境温度和该自发热温度确定电路中每个鳍式场效晶体管的仿真温度,由于考虑了晶体管的自发热温度,使得该仿真温度更加接近实际情况下的晶体管的温度,然后根据该考虑了晶体管自发热温度的仿真温度进行确定该电路的老化性能。
因此,本发明实施例的确定电路老化性能的方法,根据电路中每个鳍式场效晶体管的自发热温度确定每个鳍式场效晶体管的仿真温度,根据每个鳍式场效晶体管的仿真温度确定电路的电路老化性能,能够使每个鳍式场效晶体管的仿真温度与每个鳍式场效晶体管的实际温度相接近,从而能够使确定的电路老化性能与实际情况下的电路老化性能相符合,进而能够有效提高确定电路老化性能的准确性。
在S110中,确定电路中每个鳍式场效晶体管的自发热温度,具体地,可以根据每个鳍式场效晶体管的结构参数和/或每个鳍式场效晶体管在工作状态下的动态性能参数确定每个鳍式场效晶体管的自发热温度,具体地,每个鳍式场效晶体管的结构参数例如有:鳍式场效晶体管所包括的鳍片的数量或栅的数量,或者鳍式场效晶体管的有源区面积;每个鳍式场效晶体管在工作状态下的动态性能参数例如有:每个鳍式场效晶体管在工作状态下的漏源电电流、源漏电压、功耗或者功耗密度等。
可选地,在本发明实施例中,确定电路中每个鳍式场效晶体管的自发热温度,包括:
根据下列信息中的至少一种信息,确定每个鳍式场效晶体管的自发热温度:每个鳍式场效晶体管所包括的鳍片的数量、每个鳍式场效晶体管所包括的栅的数量、每个鳍式场效晶体管的有源区面积、每个鳍式场效晶体管的功耗、每个鳍式场效晶体管的功耗密度、每个鳍式场效晶体管的源漏电流和每个鳍式场效晶体管的源漏电压。
具体地,例如,可以根据鳍式场效晶体管的功耗密度,确定鳍式场效晶体管的自发热温度;当电路中每个鳍式场效晶体管施加的源漏电压均相同时,还可以根据鳍式场效晶体管所包括的鳍片的数量和栅的数量,确定鳍式场效晶体管的自发热温度;还可以根据鳍式场效晶体管的有源区面积以及该鳍式场效晶体管在工作状态下的源漏电流和源漏电压,确定鳍式场效晶体管的自发热温度;还可以根据鳍式场效晶体管在工作状态下的功耗以及鳍式场效晶体管所包括的鳍片的数量和栅的数量,确定鳍式场效晶体管的自发热温度,可以认为,根据鳍式场效晶体管的任意结构相关的参数和任意功耗相关的参数可以确定鳍式场效晶体管的自发热温度,或者可以根据鳍式场效晶体管的结构参数和在工作状态下的动态性能参数的任意组合确定鳍式场效晶体管的自发热温度,本发明实施例对此不作限定。下文将详细说明两种确定每个鳍式场效晶体管的自发热温度的方法,一种是根据每个鳍式场效晶体管所包括的鳍片的数量、每个鳍式场效晶体管所包括的栅的数量和每个鳍式场效晶体管的功耗确定每个鳍式场效晶体管的的自发热温度,另一种是根据每个鳍式场效晶体管的功耗密度来确定每个鳍式场效晶体管的功耗密度的自发热温度。
可选地,在本发明实施例中,确定每个鳍式场效晶体管的自发热温度,包括:
根据式(1)确定每个鳍式场效晶体管的功耗:
P_i=Ids_i·Vds_i(1)
其中,P_i为第i个鳍式场效晶体管的功耗,Ids_i和Vds_i分别为第i个鳍式场效晶体管的源漏电流和源漏电压,i为1,2,…,N,N为该电路中包括的鳍式场效晶体管的数量;
根据式(2)确定每个鳍式场效晶体管的自发热温度:
ΔT_i=A·f(N1_i,N2_i,P_i)+B(2)
其中,ΔT_i为第i个鳍式场效晶体管的自发热温度,N1_i为第i个鳍式场效晶体管所包括的鳍片的数量,N2_i为第i个鳍式场效晶体管所包括的栅的数量,P_i为第i个鳍式场效晶体管的功耗、f()为该第i个鳍式场效晶体管所包括的鳍片的数量N1_i、该第i个鳍式场效晶体管所包括的栅的数量N2_i和该第i个鳍式场效晶体管的功耗P_i的函数,A和B为常数。
鳍式场效晶体管的功耗体现了功耗产热,鳍式场效晶体管所包括的鳍片的数量和鳍式场效晶体管所包括的栅的数量体现了散热受限导致的滞留热量,因此,根据式(2)可以确定每个鳍式场效晶体管的自发热温度。应理解,式(2)代表了根据鳍式场效晶体管所包括的鳍片的数量、所包括的栅的数量和鳍式场效晶体管的功耗确定鳍式场效晶体管的自发热温度的通用模型,其中函数f()可以为鳍片的数量、栅的数量和功耗的任意函数模型,本发明实施例对此不作限定。例如,可以采用任意测量晶体管温度的装置统计具有不同数量的鳍片和栅的鳍式场效晶体管在不同功耗下的自发热温度,最后基于鳍片的数量、栅的数量和对应鳍式场效晶体管的功耗以及测量得到的对应鳍式场效晶体管的的自发热温度,拟合得到式(2)。
可选地,在本发明实施例中,确定每个鳍式场效晶体管的自发热温度,包括:
根据式(3)确定每个鳍式场效晶体管的功耗密度:
ρp_i=Ids_i·Vds_i/Area_i(3)
其中,ρp_i为第i个鳍式场效晶体管的功耗密度,Ids_i和Vds_i分别为第i个鳍式场效晶体管的源漏电流和源漏电压,Area_i为第i个鳍式场效晶体管的有源区面积,i为1,2,…,N,N为该电路中包括的鳍式场效晶体管的数量;
根据该每个鳍式场效晶体管的功耗密度,确定该每个鳍式场效晶体管的自发热温度。
式(3)所示的确定鳍式场效晶体管的功耗密度的函数模型包括三个影响鳍式场效晶体管自发热温度的影响因素:源漏电压、源漏电流和有源区面积,其中源漏电压和源漏电流体现了功耗产热对自发热温度的影响,有源区面积体现了鳍式场效晶体管的结构导致散热受限对自发热温度的影响,结合图1可知,鳍式场效晶体管的有源区指的是栅包裹的鳍片的部分,可知式(3)中的有源区面积体现了鳍式场效晶体管所包括的鳍片和栅的数量。
应理解,鳍式场效晶体管的自发热温度可以认为是由两部分原因造成的,一是晶体管功耗产生的热量,二是晶体管散热受限导致的滞留热量,例如立体的鳍片导致鳍式场效晶体管的在衬底方向散热受限。具体地,鳍式场效晶体管的耗功耗产生的热量主要与鳍式场效晶体管在工作状态下的源漏电压、源漏电流、功耗或者功耗密度等有关晶体管散热受限导致的滞留热量主要与鳍式场效晶体管的结构构造有关,具体地如与鳍式场效晶体管所包括的鳍片的数量、所包括的栅的数量或者鳍式场效晶体管的有源区面积有关。因此可以认为,根据鳍式场效晶体管的任意结构相关的参数和任意功耗相关的参数就可以确定鳍式场效晶体管的自发热温度,即可以根据鳍式场效晶体管的结构参数和在工作状态下的动态性能参数的任意组合确定鳍式场效晶体管的自发热温度,本发明实施例对此不作限定。此外,确定每个鳍式场效晶体管的自发热温度的函数模型可以是其他任意形式的函数关系,例如可以根据实验采集数据拟合得到该自发热温度的函数模型。
在确定式(1)和式(3)中的源漏电流和源漏电压时,具体地,可以通过电路瞬态仿真,提取电路中每个鳍式场效晶体管在正常工作状态下的源漏电流和源漏电压。在本发明实施例中,可选地,将所述每个鳍式场效晶体管在不同时间点的瞬态源漏电流的平均值确定为所述每个鳍式场效晶体管的所述源漏电流;将所述每个鳍式场效晶体管在不同时间点的瞬态源漏电压的平均值确定为所述每个鳍式场效晶体管的所述源漏电压。
在S120中,可以结合电路环境温度和在S110中确定的每个鳍式场效晶体管的自发热温度,确定每个鳍式场效晶体管的仿真温度。
可选地,在本发明实施例中,根据每个鳍式场效晶体管的自发热温度,确定每个鳍式场效晶体管的仿真温度,包括:
将每个鳍式场效晶体管的自发热温度与该电路的环境温度之和分别确定为每个鳍式场效晶体管的仿真温度。
其中,电路的环境温度可以根据具体情况具体确定,例如要确定电路在环境温度20℃条件下的电路老化性能,就将该环境温度设置为20℃,则根据每个鳍式场效晶体管的自发热温度与该环境温度20℃之和确定的每个鳍式场效晶体管的仿真温度,分别预估了每个鳍式场效晶体管在环境温度20℃条件下的实际晶体管温度,根据该仿真温度确定的电路老化性能也预估了电路在环境温度20℃情况下的实际电路老化性能。与现有方法相比,根据本发明实施例确定的每个晶体管的仿真温度能够更接近于实际情况下的每个晶体管的实际温度,从而能够使根据该仿真温度确定的电路性能也更加接近实际情况下的电路老化性能,因此能够有效保证确定电路性能的准确性。
在S130中,根据每个鳍式场效晶体管的仿真温度,确定该电路的电路老化性能。具体地,可以根据该仿真温度确定一段时间T后的每个鳍式场效晶体管的饱和电流退化值,根据每个鳍式场效晶体管的饱和电流退化值的修正每个鳍式场效晶体管的电路模型参数,例如Spice模型参数,然后根据每个鳍式场效晶体管修正后的模型参数确定该电路在该时间T后的老化性能。
可选地,在本发明实施例中,根据每个鳍式场效晶体管的仿真温度,确定该电路的电路老化性能,包括:
根据每个鳍式场效晶体管的仿真温度,确定每个鳍式场效晶体管的饱和电流退化值;
根据每个鳍式场效晶体管的饱和电流退化值,确定该电路的电路老化性能。
具体地,通过每个鳍式场效晶体管的仿真温度,确定每个鳍式场效晶体管在工作时间ta后的饱和电流退化值;根据每个鳍式场效晶体管的饱和电流退化值修正每个鳍式场效晶体管的电路模型参数,例如Spice模型参数;根据修正后的每个鳍式场效晶体管的电路模型参数,确定在该工作时间ta后的电路老化性能。
其中,鳍式场效晶体管的饱和电流退化值指的是鳍式场效晶体管在工作时间ta后的饱和电流退化百分比ΔId%,如式(4)所示,鳍式场效晶体管的饱和电流退化值ΔId%由两部分组成:
ΔId%=ΔIdHCI%+ΔIdBTI%(4)
其中,ΔIdHCI%为由鳍式场效晶体管的热载流子注入(HotCarrierInjection,简称为“HCI”)导致的鳍式场效晶体管的饱和电流退化值,ΔIdBTI%为由鳍式场效晶体管的偏压温度不稳定性(BiasTemperatureInstability,简称为“BTI”)导致的鳍式场效晶体管的饱和电流退化值。
可以根据式(5)至式(9)确定在工作时间ta后的由HCI导致的鳍式场效晶体管的饱和电流退化值ΔIdHCI%。
由HCI导致的饱和电流退化值的退化模型如式(5)所示:
其中,tb为电路运行时间,C、n、D为实验常数,Ea为激活能,k为波尔兹曼常数,T为在S110中确定的鳍式场效晶体管的仿真温度,Vds是鳍式场效晶体管的源漏电压,ΔI1dHCI%为在电路运行时间tb后由HCI导致的鳍式场效晶体管的饱和电流退化值。
对式(5)两边微分可得:
其中,ΔI2dHCI%为在微分时间dt后由HCI导致的鳍式场效晶体管的饱和电流退化值。
由式(6)可得:
在仿真时间tc后,由HCI导致的鳍式场效晶体管的饱和电流退化值如式(8)所示:
其中,ΔI3dHCI%为在仿真时间tc后由HCI导致的鳍式场效晶体管的饱和电流退化值。
在工作时间ta后,由HCI导致的鳍式场效晶体管的饱和电流退化值ΔIdHCI%可以由式(9)得出:
其中,ΔIdHCI%为在工作时间ta后由HCI导致的鳍式场效晶体管的饱和电流退化值。
由BTI所导致的鳍式场效晶体管的饱和电流退化值的退化模型如式(10)所示:
式中,tb为电路运行时间,C1、n、γ为实验常数,Ea为激活能,k为波尔兹曼常数,T为在S110中确定的鳍式场效晶体管的仿真温度,Vgs是鳍式场效晶体管的栅源电压,ΔI1dBTI%为在电路运行时间tb后由BTI导致的鳍式场效晶体管的饱和电流退化值。确定在工作时间ta后,由BTI导致的鳍式场效晶体管的饱和电流退化值ΔIdBTI%的流程与求解ΔIdHCI%的方法和流程一致,这里不再赘述。
根据计算得到的ΔIdHCI%和ΔIdBTI%,结合式(4)计算得到在工作时间ta后鳍式场效晶体管的饱和电流退化值ΔId%。
根据上述方法可以确定电路中每个鳍式场效晶体管在工作时间ta后的饱和电流退化值ΔId%。
根据电路中每个鳍式场效晶体管在工作时间ta后的饱和电流退化值ΔId%,可以修正每个鳍式场效晶体管的电路模型参数,如式(11)所示:
para_age=h(para,ΔId%)(11)
其中,para_age为根据ΔId%修正后的每个鳍式场效晶体管的老化后的电路模型参数,para为每个鳍式场效晶体管的初始电路模型参数,ΔId%为在工作时间ta后,每个鳍式场效晶体管总的饱和电流退化值,h()为初始电路模型参数para与饱和电流退化值ΔId%的函数。
具体地,例如对电路模型参数迁移率μ0的修正模型如式(12)所示:
para1_age=para1·(1-ΔId%)(12)
其中,para1_age为修正后的老化后的迁移率μ0,para1为迁移率μ0的初始值。此外,对载流子饱和速度Vsat的修正模型也如式(12)所示。
例如,对电路模型参数寄生电阻RSDW的修正模型如式(13)所示:
para2_age=para2/(1-ΔId%)(13)
其中,para2_age为修正后的老化后的寄生电阻RSDW,para2为寄生电阻RSDW的初始值。
例如,对电路模型参数阈值电压Vth的修正模型如式(14)所示:
para3_age=para3-(a·ΔId%·ΔId%+b·ΔId%+c)(14)
其中,para3_age为修正后的老化后的阈值电压Vth,para3为阈值电压Vth的初始值,a,b,c为实验常数。
根据每个鳍式场效晶体管的修正后的电路模型参数,可以确定电路在工作时间ta后的老化网表,从而确定该电路的老化性能。
本发明实施例的确定电路老化性能的方法,考虑了由于鳍式场效晶体管的自发热温度造成的电路中不同晶体管的温度差异,通过确定电路中每个晶体管的自发热温度,结合电路环境温度和电路中每个晶体管的自发热温度确定电路中每个晶体管的仿真温度,然后根据电路中不同晶体管的不同的仿真温度确定电路老化性能,本发明实施例的确定电路老化性能的方法能够有效解决鳍式场效晶体管的自发热温度对现有确定电路老化性能的方法所带来的问题,同时本发明实施例的确定电路老化性能的方法相比较现有技术,晶体管的仿真温度更接近于实际情况下晶体管的实际温度,从而能够有效提高确定电路老化性能的准确性。
应理解,本发明实施例的确定电路老化性能的方法还可以应用于任何由功耗,散热,设计或其他因素引起的芯片区域温度不同的场景下进行确定电路老化性能的场景。
应理解,在本发明的各种实施例中,上述各过程的序号的大小并不意味着执行顺序的先后,各过程的执行顺序应以其功能和内在逻辑确定,而不应对本发明实施例的实施过程构成任何限定。
因此,本发明实施例的确定电路老化性能的方法,根据电路中每个鳍式场效晶体管的自发热温度确定每个鳍式场效晶体管的仿真温度,根据每个鳍式场效晶体管的仿真温度确定电路的电路老化性能,能够使每个鳍式场效晶体管的仿真温度与每个鳍式场效晶体管的实际温度相接近,从而能够使确定的电路老化性能与实际情况下的电路老化性能相符合,进而能够有效提高确定电路老化性能的准确性。
上文中结合图1至图2,详细描述了根据本发明实施例的确定电路老化性能的方法,下面将结合图3,详细描述根据本发明实施例的确定电路老化性能的装置。
图3示出了根据本发明实施例的确定电路老化性能的装置200的示意性框图,如图3所示,该确定电路老化性能的装置200包括:
第一确定模块210,用于确定电路中每个鳍式场效晶体管的自发热温度;
第二确定模块220,用于根据该第一确定模块210确定的每个鳍式场效晶体管的自发热温度,确定每个鳍式场效晶体管的仿真温度;
第三确定模块230,用于根据该第二确定模块220确定的每个鳍式场效晶体管的仿真温度,确定该电路的电路老化性能。
因此,本发明实施例的确定电路老化性能的装置,根据电路中每个鳍式场效晶体管的自发热温度确定每个鳍式场效晶体管的仿真温度,根据每个鳍式场效晶体管的仿真温度确定电路的电路老化性能,能够使每个鳍式场效晶体管的仿真温度与每个鳍式场效晶体管的实际温度相接近,从而能够使确定的电路老化性能与实际情况下的电路老化性能相符合,进而能够有效提高确定电路老化性能的准确性。
可选地,在本发明实施例中,该第一确定模块210具体用于:
根据下列信息中的至少一种信息,确定每个鳍式场效晶体管的自发热温度:每个鳍式场效晶体管所包括的鳍片的数量、每个鳍式场效晶体管所包括的栅的数量、每个鳍式场效晶体管的有源区面积、每个鳍式场效晶体管的功耗、每个鳍式场效晶体管的功耗密度、每个鳍式场效晶体管的源漏电流和每个鳍式场效晶体管的源漏电压
可选地,在本发明实施例中,该第一确定模块210包括:
第一确定单元,用于根据式(1)确定每个鳍式场效晶体管的功耗:
P_i=Ids_i·Vds_i(1)
其中,P_i为第i个鳍式场效晶体管的功耗,Ids_i和Vds_i分别为第i个鳍式场效晶体管的源漏电流和源漏电压,i为1,2,…,N,N为该电路中包括的鳍式场效晶体管的数量;
第二确定单元,用于根据式(2)确定每个鳍式场效晶体管的自发热温度:
ΔT_i=A·f(N1_i,N2_i,P_i)+B(2)其中,ΔT_i为第i个鳍式场效晶体管的自发热温度,N1_i为第i个鳍式场效晶体管所包括的鳍片的数量,N2_i为第i个鳍式场效晶体管所包括的栅的数量,P_i为第i个鳍式场效晶体管的功耗、f()为该第i个鳍式场效晶体管所包括的鳍片的数量N1_i、该第i个鳍式场效晶体管所包括的栅的数量N2_i和该第i个鳍式场效晶体管的功耗P_i的函数,A和B为常数。
可选地,在本发明实施例中,该第一确定模块210还包括:
第三确定单元,用于根据式(3)确定每个鳍式场效晶体管的功耗密度:
ρp_i=Ids_i·Vds_i/Area_i(3)
其中,ρp_i为第i个鳍式场效晶体管的功耗密度,Ids_i和Vds_i分别为第i个鳍式场效晶体管的源漏电流和源漏电压,Area_i为第i个鳍式场效晶体管的有源区面积,i为1,2,…,N,N为该电路中包括的鳍式场效晶体管的数量;
第四确定单元,用于根据该每个鳍式场效晶体管的功耗密度,确定该每个鳍式场效晶体管的自发热温度。
可选地,在本发明实施例中,该第二确定模块220具体用于:将每个鳍式场效晶体管的自发热温度与该电路的环境温度之和分别确定为每个鳍式场效晶体管的仿真温度。
可选地,在本发明实施例中,该第三确定模块230包括:
第五确定单元231,用于根据每个鳍式场效晶体管的仿真温度,确定每个鳍式场效晶体管的饱和电流退化值;
第六确定单元232,用于根据每个鳍式场效晶体管的饱和电流退化值,确定该电路的电路老化性能。
应理解,根据本发明实施例的确定电路老化性能的装置中的各个模块的上述和其它操作和/或功能分别为了实现图2中方法的相应流程,为了简洁,在此不再赘述。
因此,本发明实施例的确定电路老化性能的装置,根据电路中每个鳍式场效晶体管的自发热温度确定每个鳍式场效晶体管的仿真温度,根据每个鳍式场效晶体管的仿真温度确定电路的电路老化性能,能够使每个鳍式场效晶体管的仿真温度与每个鳍式场效晶体管的实际温度相接近,从而能够使确定的电路老化性能与实际情况下的电路老化性能相符合,进而能够有效提高确定电路老化性能的准确性。
如图4所示,本发明实施例还提供了确定电路老化性能的装置300,该装置300包括处理器310、存储器320、总线系统330。其中,该存储器320用于存储指令,该处理器310用于执行该存储器320存储的指令。其中,该处理器310用于:用于确定电路中每个鳍式场效晶体管的自发热温度;还用于根据每个鳍式场效晶体管的自发热温度,确定每个鳍式场效晶体管的仿真温度;还用于根据每个鳍式场效晶体管的仿真温度,确定该电路的电路老化性能。
因此,本发明实施例的确定电路老化性能的装置300,根据电路中每个鳍式场效晶体管的自发热温度确定每个鳍式场效晶体管的仿真温度,根据每个鳍式场效晶体管的仿真温度确定电路的电路老化性能,能够使每个鳍式场效晶体管的仿真温度与每个鳍式场效晶体管的实际温度相接近,从而能够使确定的电路老化性能与实际情况下的电路老化性能相符合,进而能够有效提高确定电路老化性能的准确性。
应理解,在本发明实施例中,该处理器310可以是中央处理单元(CentralProcessingUnit,简称为“CPU”),该处理器310还可以是其他通用处理器、数字信号处理器(DSP)、专用集成电路(ASIC)、现成可编程门阵列(FPGA)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件等。通用处理器可以是微处理器或者该处理器也可以是任何常规的处理器等。
该存储器320可以包括只读存储器和随机存取存储器,并向处理器310提供指令和数据。存储器320的一部分还可以包括非易失性随机存取存储器。例如,存储器320还可以存储设备类型的信息。
该总线系统330除包括数据总线之外,还可以包括电源总线、控制总线和状态信号总线等。但是为了清楚说明起见,在图中将各种总线都标为总线系统330。
在实现过程中,上述方法的各步骤可以通过处理器310中的硬件的集成逻辑电路或者软件形式的指令完成。结合本发明实施例所公开的方法的步骤可以直接体现为硬件处理器执行完成,或者用处理器中的硬件及软件模块组合执行完成。软件模块可以位于随机存储器,闪存、只读存储器,可编程只读存储器或者电可擦写可编程存储器、寄存器等本领域成熟的存储介质中。该存储介质位于存储器320,处理器310读取存储器320中的信息,结合其硬件完成上述方法的步骤。为避免重复,这里不再详细描述。
可选地,作为一个实施例,该处理器310具体用于:根据下列信息中的至少一种信息,确定每个鳍式场效晶体管的自发热温度:每个鳍式场效晶体管所包括的鳍片的数量、每个鳍式场效晶体管所包括的栅的数量、每个鳍式场效晶体管的有源区面积、每个鳍式场效晶体管的功耗、每个鳍式场效晶体管的功耗密度、每个鳍式场效晶体管的源漏电流和每个鳍式场效晶体管的源漏电压。
可选地,作为一个实施例,该处理器310具体用于:
用于根据式(1)确定每个鳍式场效晶体管的功耗:
P_i=Ids_i·Vds_i(1)
其中,P_i为第i个鳍式场效晶体管的功耗,Ids_i和Vds_i分别为第i个鳍式场效晶体管的源漏电流和源漏电压,i为1,2,…,N,N为该电路中包括的鳍式场效晶体管的数量;
该处理器310还用于根据式(2)确定每个鳍式场效晶体管的自发热温度:
ΔT_i=A·f(N1_i,N2_i,P_i)+B(2)
其中,ΔT_i为第i个鳍式场效晶体管的自发热温度,N1_i为第i个鳍式场效晶体管所包括的鳍片的数量,N2_i为第i个鳍式场效晶体管所包括的栅的数量,P_i为第i个鳍式场效晶体管的功耗、f()为该第i个鳍式场效晶体管所包括的鳍片的数量N1_i、该第i个鳍式场效晶体管所包括的栅的数量N2_i和该第i个鳍式场效晶体管的功耗P_i的函数,A和B为常数。
可选地,作为一个实施例,该处理器310具体用于:
用于根据式(3)确定每个鳍式场效晶体管的功耗密度:
ρp_i=Ids_i·Vds_i/Area_i(3)
其中,ρp_i为第i个鳍式场效晶体管的功耗密度,Ids_i和Vds_i分别为第i个鳍式场效晶体管的源漏电流和源漏电压,Area_i为第i个鳍式场效晶体管的有源区面积,i为1,2,…,N,N为该电路中包括的鳍式场效晶体管的数量;
该处理器310还用于根据该每个鳍式场效晶体管的功耗密度,确定该每个鳍式场效晶体管的自发热温度。
可选地,作为一个实施例,该处理器310具体用于:将每个鳍式场效晶体管的自发热温度与该电路的环境温度之和分别确定为每个鳍式场效晶体管的仿真温度。
可选地,作为一个实施例,该处理器310具体用于:用于根据每个鳍式场效晶体管的仿真温度,确定每个鳍式场效晶体管的饱和电流退化值;该处理器310还用于:根据每个鳍式场效晶体管的饱和电流退化值,确定该电路的电路老化性能。
因此,本发明实施例的确定电路老化性能的装置300,根据电路中每个鳍式场效晶体管的自发热温度确定每个鳍式场效晶体管的仿真温度,根据每个鳍式场效晶体管的仿真温度确定电路的电路老化性能,能够使每个鳍式场效晶体管的仿真温度与每个鳍式场效晶体管的实际温度相接近,从而能够使确定的电路老化性能与实际情况下的电路老化性能相符合,进而能够有效提高确定电路老化性能的准确性。
应理解,本文中术语“和/或”,仅仅是一种描述关联对象的关联关系,表示可以存在三种关系,例如,A和/或B,可以表示:单独存在A,同时存在A和B,单独存在B这三种情况。另外,本文中字符“/”,一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。
应理解,在本发明的各种实施例中,上述各过程的序号的大小并不意味着执行顺序的先后,各过程的执行顺序应以其功能和内在逻辑确定,而不应对本发明实施例的实施过程构成任何限定。
本领域普通技术人员可以意识到,结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤,能够以电子硬件、或者计算机软件和电子硬件的结合来实现。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行,取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能,但是这种实现不应认为超出本发明的范围。
所属领域的技术人员可以清楚地了解到,为描述的方便和简洁,上述描述的系统、装置和单元的具体工作过程,可以参考前述方法实施例中的对应过程,在此不再赘述。
以上所述,仅为本发明的具体实施方式,但本发明的保护范围并不局限于此,任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内,可轻易想到变化或替换,都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此,本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。
Claims (12)
1.一种确定电路老化性能的方法,其特征在于,包括:
确定电路中每个鳍式场效晶体管的自发热温度;
根据所述每个鳍式场效晶体管的自发热温度,确定所述每个鳍式场效晶体管的仿真温度;
根据所述每个鳍式场效晶体管的仿真温度,确定所述电路的电路老化性能。
2.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,所述确定电路中每个鳍式场效晶体管的自发热温度,包括:
根据下列信息中的至少一种信息,确定所述每个鳍式场效晶体管的自发热温度:所述每个鳍式场效晶体管所包括的鳍片的数量、所述每个鳍式场效晶体管所包括的栅的数量、所述每个鳍式场效晶体管的有源区面积、所述每个鳍式场效晶体管的功耗、所述每个鳍式场效晶体管的功耗密度、所述每个鳍式场效晶体管的源漏电流和所述每个鳍式场效晶体管的源漏电压。
3.根据权利要求2所述的方法,其特征在于,所述确定所述每个鳍式场效晶体管的自发热温度,包括:
根据式(1)确定所述每个鳍式场效晶体管的功耗:
P_i=Ids_i·Vds_i(1)
其中,P_i为第i个鳍式场效晶体管的功耗,Ids_i和Vds_i分别为第i个鳍式场效晶体管的源漏电流和源漏电压,i为1,2,…,N,N为所述电路中包括的鳍式场效晶体管的数量;
根据式(2)确定所述每个鳍式场效晶体管的自发热温度:
ΔT_i=A·f(N1_i,N2_i,P_i)+B(2)
其中,ΔT_i为第i个鳍式场效晶体管的自发热温度,N1_i为第i个鳍式场效晶体管所包括的鳍片的数量,N2_i为第i个鳍式场效晶体管所包括的栅的数量,P_i为第i个鳍式场效晶体管的功耗、f()为所述第i个鳍式场效晶体管所包括的鳍片的数量N1_i、所述第i个鳍式场效晶体管所包括的栅的数量N2_i和所述第i个鳍式场效晶体管的功耗P_i的函数,A和B为常数。
4.根据权利要求2所述的方法,其特征在于,所述确定所述每个鳍式场效晶体管的自发热温度,包括:
根据式(3)确定所述每个鳍式场效晶体管的功耗密度:
ρp_i=Ids_i·Vds_i/Area_i(3)
其中,ρp_i为第i个鳍式场效晶体管的功耗密度,Ids_i和Vds_i分别为第i个鳍式场效晶体管的源漏电流和源漏电压,Area_i为第i个鳍式场效晶体管的有源区面积,i为1,2,…,N,N为所述电路中包括的鳍式场效晶体管的数量;
根据所述每个鳍式场效晶体管的功耗密度,确定所述每个鳍式场效晶体管的自发热温度。
5.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,所述根据所述每个鳍式场效晶体管的自发热温度,确定所述每个鳍式场效晶体管的仿真温度,包括:
将所述每个鳍式场效晶体管的自发热温度与所述电路的环境温度之和分别确定为所述每个鳍式场效晶体管的仿真温度。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的方法,其特征在于,所述根据所述每个鳍式场效晶体管的仿真温度,确定所述电路的电路老化性能,包括:
根据所述每个鳍式场效晶体管的仿真温度,确定所述每个鳍式场效晶体管的饱和电流退化值;
根据所述每个鳍式场效晶体管的饱和电流退化值,确定所述电路的电路老化性能。
7.一种确定电路老化性能的装置,其特征在于,包括:
第一确定模块,用于确定电路中每个鳍式场效晶体管的自发热温度;
第二确定模块,用于根据所述第一确定模块确定的所述每个鳍式场效晶体管的自发热温度,确定所述每个鳍式场效晶体管的仿真温度;
第三确定模块,用于根据所述第二确定模块确定的所述每个鳍式场效晶体管的仿真温度,确定所述电路的电路老化性能。
8.根据权利要求7所述的装置,其特征在于,所述第一确定模块具体用于:
根据下列信息中的至少一种信息,确定所述每个鳍式场效晶体管的自发热温度:所述每个鳍式场效晶体管所包括的鳍片的数量、所述每个鳍式场效晶体管所包括的栅的数量、所述每个鳍式场效晶体管的有源区面积、所述每个鳍式场效晶体管的功耗、所述每个鳍式场效晶体管的功耗密度、所述每个鳍式场效晶体管的源漏电流和所述每个鳍式场效晶体管的源漏电压。
9.根据权利要求8所述的装置,其特征在于,所述第一确定模块包括:
第一确定单元,用于根据式(1)确定所述每个鳍式场效晶体管的功耗:
P_i=Ids_i·Vds_i(1)
其中,P_i为第i个鳍式场效晶体管的功耗,Ids_i和Vds_i分别为第i个鳍式场效晶体管的源漏电流和源漏电压,i为1,2,…,N,N为所述电路中包括的鳍式场效晶体管的数量;
第二确定单元,用于根据式(2)确定所述每个鳍式场效晶体管的自发热温度:
ΔT_i=A·f(N1_i,N2_i,P_i)+B(2)
其中,ΔT_i为第i个鳍式场效晶体管的自发热温度,N1_i为第i个鳍式场效晶体管所包括的鳍片的数量,N2_i为第i个鳍式场效晶体管所包括的栅的数量,P_i为第i个鳍式场效晶体管的功耗、f()为所述第i个鳍式场效晶体管所包括的鳍片的数量N1_i、所述第i个鳍式场效晶体管所包括的栅的数量N2_i和所述第i个鳍式场效晶体管的功耗P_i的函数,A和B为常数。
10.根据权利要求8所述的装置,其特征在于,所述第一确定模块还包括:
第三确定单元,用于根据式(3)确定所述每个鳍式场效晶体管的功耗密度:
ρp_i=Ids_i·Vds_i/Area_i(3)
其中,ρp_i为第i个鳍式场效晶体管的功耗密度,Ids_i和Vds_i分别为第i个鳍式场效晶体管的源漏电流和源漏电压,Area_i为第i个鳍式场效晶体管的有源区面积,i为1,2,…,N,N为所述电路中包括的鳍式场效晶体管的数量;
第四确定单元,用于根据所述每个鳍式场效晶体管的功耗密度,确定所述每个鳍式场效晶体管的自发热温度。
11.根据权利要求7所述的装置,其特征在于,所述第二确定模块具体用于:将所述每个鳍式场效晶体管的自发热温度与所述电路的环境温度之和分别确定为所述每个鳍式场效晶体管的仿真温度。
12.根据权利要求7至11中任一项所述的装置,其特征在于,所述第三确定模块包括:
第五确定单元,用于根据所述每个鳍式场效晶体管的仿真温度,确定所述每个鳍式场效晶体管的饱和电流退化值;
第六确定单元,用于根据所述每个鳍式场效晶体管的饱和电流退化值,确定所述电路的电路老化性能。
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