TWI736472B - 電流參數計算方法 - Google Patents
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Abstract
本發明係揭露一種電流參數計算方法,其係選取分別對應金氧半場效電晶體之電流關係式之不同參數之初始值。以每一初始值為中心,據此選取每一參數對應之複數個選取值,將參數對應之選取值代入電流關係式,以形成複數條電流曲線。計算金氧半場效電晶體之電流量測曲線與每一電流曲線在相同偏壓時的電流差之絕對值,以得到分別對應不同偏壓之偏差值,並計算對應同一電流曲線之所有偏差值之總和。當所有總和之最小者收斂時,選取其對應之選取值,進而完成精準電流關係式。
Description
本發明係關於一種計算方法,且特別關於一種電流參數計算方法。
金屬氧化物半導體場效電晶體,是一種可以廣泛使用在類比電路與數位電路的場效電晶體。金屬氧化物半導體場效電晶體依照其通道極性的不同,可分為電子占多數的N通道型與電洞占多數的P通道型,通常被稱為N型金氧半場效電晶體(NMOSFET)與P型金氧半場效電晶體(PMOSFET)。
當一個夠大的電位差施於金氧半場效電晶體的閘極與源極之間時,電場會在氧化層下方的半導體表面形成感應電荷,而這時就會形成反轉通道(inversion channel)。通道的極性與其汲極(drain)與源極相同,假設汲極和源極是n型,那麼通道也會是n型。通道形成後,金氧半場效電晶體即可讓電流通過,而依據施於閘極的電壓值不同,可由金氧半場效電晶體的通道流過的電流大小亦會受其控制而改變。然而,目前並無能夠精準吻合金屬氧化物半導體場效電晶體之電流公式。
因此,本發明係在針對上述的困擾,提出一種電流參數計算方法,以解決習知所產生的問題。
本發明提供一種電流參數計算方法,其係推導出精準的金氧半場效電晶體之電流關係式,以供使用者使用。
在本發明之一實施例中,提供一種電流參數計算方法,其包含下列步驟:選取分別對應金氧半場效電晶體之電流關係式之複數個不同參數之複數個第一初始值,其中電流關係式根據
而建立,
為電流相關數值,
電壓相關數值,
為金氧半場效電晶體之閘極電壓,
為金氧半場效電晶體之臨界電壓,n為自然數;以每一第一初始值為中心,向正方向與負方向延伸以形成第一預設範圍,在第一預設範圍中選取每一參數對應之複數個第一選取值,將所有參數對應之所有第一選取值代入電流關係式,以形成複數條第一電流曲線;計算金氧半場效電晶體之電流量測曲線與每一第一電流曲線在相同偏壓時的電流差之絕對值的N次方,以得到分別對應不同偏壓之複數個第一偏差值,並計算對應同一第一電流曲線之所有第一偏差值之總和,其中N為自然數;選取所有前一電流曲線對應之總和的最小者,將最小者對應之所有選取值分別作為分別對應所有參數之複數個第二初始值;以每一第二初始值為中心,向正方向與負方向延伸以形成第二預設範圍,在第二預設範圍中選取每一參數對應之複數個第二選取值,將所有參數對應之所有第二選取值代入電流關係式,以形成複數條第二電流曲線;計算電流量測曲線與每一第二電流曲線在相同偏壓時的電流差之絕對值的N次方,以得到分別對應不同偏壓之複數個第二偏差值,並計算對應同一第二電流曲線之所有第二偏差值之總和;選取所有第二電流曲線對應之總和的最小者;以及判斷最新之最小者與前一最小者之差值是否小於一預設值:若是,選取最新之最小者對應之所有選取值;以及若否,回至選取所有前一電流曲線對應之總和的最小者,將所有前一電流曲線對應之所有選取值分別作為分別對應所有參數之所有第二初始值之步驟。
在本發明之一實施例中, 金氧半場效電晶體為平面式金氧半場效電晶體或鰭式金氧半場效電晶體。
在本發明之一實施例中,電流關係式以下列公式表示:在
時,
,其中I為金氧半場效電晶體之電流,
為金氧半場效電晶體之1/爾利電壓(early voltage),
為金氧半場效電晶體之汲源電壓,
為金氧半場效電晶體之製程互導參數(process transconductance parameter) ,且為溫度之函數。
在本發明之一實施例中,最新之最小者與前一最小者之差值小於預設值時,所有前一電流曲線為所有第一電流曲線。
在本發明之一實施例中,第一預設範圍之最大值與其對應之第一初始值之差值的絕對值等於第一預設範圍之最小值與其對應之第一初始值之差值的絕對值。
在本發明之一實施例中,第一選取值在該第一預設範圍中為均勻分布。
在本發明之一實施例中,第二預設範圍之最大值與其對應之第二初始值之差值的絕對值等於第二預設範圍之最小值與其對應之第二初始值之差值的絕對值。
在本發明之一實施例中,第二選取值在該第二預設範圍中為均勻分布。
基於上述,電流參數計算方法根據二極體之電流公式而建立精準的金氧半場效電晶體之電流關係式,以供使用者使用。
茲為使 貴審查委員對本發明的結構特徵及所達成的功效更有進一步的瞭解與認識,謹佐以較佳的實施例圖及配合詳細的說明,說明如後:
本發明之實施例將藉由下文配合相關圖式進一步加以解說。盡可能的,於圖式與說明書中,相同標號係代表相同或相似構件。於圖式中,基於簡化與方便標示,形狀與厚度可能經過誇大表示。可以理解的是,未特別顯示於圖式中或描述於說明書中之元件,為所屬技術領域中具有通常技術者所知之形態。本領域之通常技術者可依據本發明之內容而進行多種之改變與修改。
在說明書及申請專利範圍中使用了某些詞彙來指稱特定的元件。然而,所屬技術領域中具有通常知識者應可理解,同樣的元件可能會用不同的名詞來稱呼。說明書及申請專利範圍並不以名稱的差異做為區分元件的方式,而是以元件在功能上的差異來做為區分的基準。在說明書及申請專利範圍所提及的「包含」為開放式的用語, 故應解釋成「包含但不限定於」。另外,「耦接」在此包含任何直接及間接的連接手段。因此,若文中描述第一元件耦接於第二元件,則代表第一元件可通過電性連接或無線傳輸、光學傳輸等信號連接方式而直接地連接於第二元件,或者通過其他元件或連接手段間接地電性或信號連接至該第二元件。
於下文中關於“一個實施例”或“一實施例”之描述係指關於至少一實施例內所相關連之一特定元件、結構或特徵。因此,於下文中多處所出現之“一個實施例”或 “一實施例”之多個描述並非針對同一實施例。再者,於一或多個實施例中之特定構件、結構與特徵可依照一適當方式而結合。
除非特別說明,一些條件句或字詞,例如「可以(can)」、「可能(could)」、「也許(might)」,或「可(may)」,通常是試圖表達本案實施例具有,但是也可以解釋成可能不需要的特徵、元件,或步驟。在其他實施例中,這些特徵、元件,或步驟可能是不需要的。
第1圖為本發明之電流參數計算方法之一實施例之流程圖。第2圖為本發明之金氧半場效電晶體之一實施例之結構剖視圖。以下介紹本發明之電流參數計算方法之一實施例,請同時參閱第1圖與第2圖。如步驟S10所示,選取分別對應金氧半場效電晶體1之電流關係式之複數個不同參數之複數個第一初始值,其中此電流關係式根據
而建立,
為電流相關數值,單位為安培(A)。
電壓相關數值,單位為伏特
-n,
為金氧半場效電晶體1之閘極電壓,
為金氧半場效電晶體1之臨界電壓,n為自然數。舉例來說,金氧半場效電晶體1可為平面式金氧半場效電晶體或鰭式金氧半場效電晶體,平面式金氧半場效電晶體包含一半導體基板10、一磊晶層11、一第一重摻雜區12、一第二重摻雜區13、一汲極層14、一源極層15、一絕緣層16與一閘極層17,其中半導體基板10與磊晶層11為第一導電型,第一重摻雜區12與第二重摻雜區13為第二導電型。當第一導電型為N型時,第二導電型為P型;當第一導電型為P型時,第二導電型為N型。磊晶層11設於半導體基板10上,第一重摻雜區12與第二重摻雜區13設於磊晶層11中。汲極層14與源極層15分別設於第一重摻雜區12與第二重摻雜區13上,絕緣層16設於第一重摻雜區12與第二重摻雜區13之間的磊晶層11上,並部分覆蓋第一重摻雜區12與第二重摻雜區13。閘極層17設於絕緣層16上。當第一導電型為N型時,第二導電型為P型時,汲極層14與閘極層17可施加低電壓,源極層15可施加高電壓,使金氧半場效電晶體1之電流從源極層15依序透過第二重摻雜區13、磊晶層11與第一重摻雜區12,最後流向汲極層14。當第一導電型為P型時,第二導電型為N型時,汲極層14與閘極層17可施加高電壓,源極層15可施加低電壓,使金氧半場效電晶體1之電流從汲極層14依序透過第一重摻雜區12、磊晶層11與第二重摻雜區13,最後流向源極層15。
在本發明之某些實施例中,金氧半場效電晶體1之電流關係式以下列公式表示:
在
時,
,其中I為金氧半場效電晶體1之電流,
為金氧半場效電晶體1之1/爾利電壓(early voltage),
為金氧半場效電晶體1之汲源電壓,
為金氧半場效電晶體1之製程互導參數(process transconductance parameter) ,且為溫度之函數。在
時,
。
是提供給閘極層17,
是提供給汲極層14,
是提供給源極層15之源極電壓,
。在步驟S10中所使用的參數包含
、
、
、
、n與
,但本發明並不以此為限。舉例來說,
的第一初始值為0.1毫安培(mA),
的第一初始值為1伏特,
的第一初始值為100微安培/平方伏特(μA/V
2),
的第一初始值為0.01伏特
-1,n的第一初始值為2,
的第一初始值為10伏特
-n。
如步驟S12所示,以每一第一初始值為中心,向正方向與負方向延伸以形成第一預設範圍。在第一預設範圍中選取每一參數對應之複數個第一選取值,將所有參數對應之所有第一選取值代入電流關係式,以形成複數條第一電流曲線。本發明之某些實施例中,第一預設範圍之最大值與其對應之第一初始值之差值的絕對值等於第一預設範圍之最小值與其對應之第一初始值之差值的絕對值。舉例來說,
對應的第一預設範圍之最大值與最小值分別為0.15毫安培與0.05毫安培,
對應的第一預設範圍之最大值與最小值分別為1.5伏特與0.5伏特,
對應的第一預設範圍之最大值與最小值分別為150微安培/平方伏特與50微安培/平方伏特,
對應的第一預設範圍之最大值與最小值分別為0.015伏特
-1與0.005伏特
-1,n對應的第一預設範圍之最大值與最小值分別為3與2,
對應的第一預設範圍之最大值與最小值分別為15伏特
-n與5伏特
-n。此外,所有第一選取值在第一預設範圍中可為均勻分布,舉例來說,
對應的第一選取值有三個,即0.15毫安培、0.1毫安培與0.05毫安培。
對應的第一選取值有三個,即0.5伏特、1伏特與1.5伏特。
對應的第一選取值有三個,即50微安培/平方伏特、100微安培/平方伏特與150微安培/平方伏特。
對應的第一選取值有三個,即0.005伏特
-1、0.01伏特
-1與0.015伏特
-1,n對應的第一選取值有三個,即1、2與3,
對應的第一選取值有三個,即5伏特
-n、10伏特
-n與15伏特
-n。因為
、
、
、
、n與
對應的第一選取值皆有三個,所以第一電流曲線有729條。
如步驟S14所示,計算金氧半場效電晶體1之電流量測曲線與每一第一電流曲線在相同偏壓時的電流差之絕對值的N次方,以得到分別對應不同偏壓之複數個第一偏差值,並計算對應同一第一電流曲線之所有第一偏差值之總和,其中N為自然數。第3圖為本發明之金氧半場效電晶體之電流量測曲線與第一電流曲線相對汲極電壓之曲線圖,其中實線代表電流量測曲線,虛線代表第一電流曲線,在相同的汲極電壓
下,同時固定源極電壓
與閘極電壓
,以計算對應不同汲極電壓
之第一偏差值,最後再計算對應同一第一電流曲線之所有第一偏差值之總和。
請繼續參閱第1圖、第2圖與第3圖。如步驟S16所示,選取所有前一電流曲線對應之總和的最小者,將最小者對應之所有選取值分別作為分別對應所有參數之複數個第二初始值。若步驟S16是第一次執行,則是選取所有第一電流曲線對應之總和的最小者,將此最小者對應之所有第一選取值分別作為分別對應所有參數之複數個第二初始值。舉例來說,
的第二初始值為0.2毫安培(mA),
的第二初始值為2伏特,
的第二初始值為200微安培/平方伏特(μA/V
2),
的第二初始值為0.02伏特
-1,n的第二初始值為4,
的第二初始值為20伏特
-n。
如步驟S18所示,以每一第二初始值為中心,向正方向與負方向延伸以形成第二預設範圍。在第二預設範圍中選取每一參數對應之複數個第二選取值,將所有參數對應之所有第二選取值代入電流關係式,以形成複數條第二電流曲線。本發明之某些實施例中,第二預設範圍之最大值與其對應之第二初始值之差值的絕對值等於第二預設範圍之最小值與其對應之第二初始值之差值的絕對值。舉例來說,
對應的第二預設範圍之最大值與最小值分別為0.25毫安培與0.15毫安培,
對應的第二預設範圍之最大值與最小值分別為2.5伏特與1.5伏特,
對應的第二預設範圍之最大值與最小值分別為250微安培/平方伏特與150微安培/平方伏特,
對應的第二預設範圍之最大值與最小值分別為0.025伏特
-1與0.015伏特
-1,n對應的第二預設範圍之最大值與最小值分別為5與3,
對應的第二預設範圍之最大值與最小值分別為25伏特
-n與15伏特
-n。此外,所有第二選取值在第二預設範圍中可為均勻分布,舉例來說,
對應的第二選取值有三個,即0.25毫安培、0.2毫安培與0.15毫安培。
對應的第二選取值有三個,即1.5伏特、2伏特與2.5伏特。
對應的第二選取值有三個,即150微安培/平方伏特、200微安培/平方伏特與250微安培/平方伏特。
對應的第二選取值有三個,即0.015伏特
-1、0.02伏特
-1與0.025伏特
-1。n對應的第二選取值有三個,即3、4與5。
對應的第二選取值有三個,即15伏特
-n、20伏特
-n與25伏特
-n。因為
、
、
、
、n與
對應的第二選取值皆有三個,所以第二電流曲線亦有729條。
如步驟S20所示,計算電流量測曲線與每一第二電流曲線在相同偏壓時的電流差之絕對值的N次方,以得到分別對應不同偏壓之複數個第二偏差值,並計算對應同一第二電流曲線之所有第二偏差值之總和。在本發明之某些實施例中,在相同的汲極電壓
下,同時固定源極電壓
與閘極電壓
,以計算對應不同汲極電壓
之第二偏差值,最後再計算對應同一第二電流曲線之所有第二偏差值之總和。
如步驟S22所示,選取所有第二電流曲線對應之總和的最小者。最後,如步驟S24所示,判斷最新之最小者與前一最小者之差值是否小於一預設值。若是,執行步驟S26,即選取最新之最小者對應之所有選取值;若否,回至步驟S16,即選取所有前一電流曲線對應之總和的最小者,將最小者對應之所有選取值分別作為分別對應所有參數之複數個第二初始值。預設值是用來判斷選取值是否收斂到最小值。當選取值收斂到最小值後,便可選取最新之最小者對應之所有選取值,將此代入金氧半場效電晶體1之電流關係式中,推導出精準的金氧半場效電晶體1之電流關係式,以供使用者使用。舉例來說,判斷所有第二電流曲線對應之總和的最小者與所有第一電流曲線對應之總和的最小者之差值是否小於預設值,若是,選取所有第二電流曲線對應之總和的最小者所對應之所有第二選取值;若否,則選取所有前一第二電流曲線對應之總和的最小者,將此最小者對應之所有第二選取值分別作為分別對應所有參數之複數個新第二初始值。換言之,若最新之最小者與前一最小者之差值小於預設值時,則所有前一電流曲線為所有第一電流曲線。
以上所述者,僅為本發明一較佳實施例而已,並非用來限定本發明實施之範圍,故舉凡依本發明申請專利範圍所述之形狀、構造、特徵及精神所為之均等變化與修飾,均應包括於本發明之申請專利範圍內。
1:金氧半場效電晶體
10:半導體基板
11:磊晶層
12:第一重摻雜區
13:第二重摻雜區
14:汲極層
15:源極層
16:絕緣層
17:閘極層
:汲極電壓
:閘極電壓
:源極電壓
S10、S12、S14、S16、S18、S20、S22、S24、S26:步驟
第1圖為本發明之電流參數計算方法之一實施例之流程圖。
第2圖為本發明之金氧半場效電晶體之一實施例之結構剖視圖。
第3圖為本發明之金氧半場效電晶體之電流量測曲線與第一電流曲線相對汲極電壓之曲線圖。
S10、S12、S14、S16、S18、S20、S22、S24、S26:步驟
Claims (10)
- 一種電流參數計算方法,包含下列步驟: 選取分別對應金氧半場效電晶體之電流關係式之複數個不同參數之複數個第一初始值,其中該電流關係式根據 而建立, 為電流相關數值, 電壓相關數值, 為該金氧半場效電晶體之閘極電壓, 為該金氧半場效電晶體之臨界電壓,n為自然數; 以每一該第一初始值為中心,向正方向與負方向延伸以形成第一預設範圍,在該第一預設範圍中選取每一該參數對應之複數個第一選取值,將該些參數對應之該些第一選取值代入該電流關係式,以形成複數條第一電流曲線; 計算該金氧半場效電晶體之電流量測曲線與每一該第一電流曲線在相同偏壓時的電流差之絕對值的N次方,以得到分別對應不同偏壓之複數個第一偏差值,並計算對應同一該第一電流曲線之該些第一偏差值之總和,其中N為自然數; 選取所有前一該電流曲線對應之該總和的最小者,將該最小者對應之該些選取值分別作為分別對應該些參數之複數個第二初始值; 以每一該第二初始值為中心,向正方向與負方向延伸以形成第二預設範圍,在該第二預設範圍中選取每一該參數對應之複數個第二選取值,將該些參數對應之該些第二選取值代入該電流關係式,以形成複數條第二電流曲線; 計算該電流量測曲線與每一該第二電流曲線在相同偏壓時的電流差之絕對值的N次方,以得到分別對應不同偏壓之複數個第二偏差值,並計算對應同一該第二電流曲線之該些第二偏差值之總和; 選取該些第二電流曲線對應之該總和的最小者;以及 判斷最新之該最小者與前一該最小者之差值是否小於一預設值: 若是,選取該最新之該最小者對應之該些選取值;以及 若否,回至選取該所有前一該電流曲線對應之該總和的該最小者,將所有前一該電流曲線對應之該些選取值分別作為分別對應該些參數之該些第二初始值之步驟。
- 如請求項1所述之電流參數計算方法,其中該金氧半場效電晶體為平面式金氧半場效電晶體或鰭式金氧半場效電晶體。
- 如請求項1所述之電流參數計算方法,其中該最新之該最小者與該前一該最小者之該差值小於該預設值時,該所有前一該電流曲線為所有該第一電流曲線。
- 如請求項1所述之電流參數計算方法,其中該第一預設範圍之最大值與其對應之該第一初始值之差值的絕對值等於該第一預設範圍之最小值與其對應之該第一初始值之差值的絕對值。
- 如請求項1所述之電流參數計算方法,其中該些第一選取值在該第一預設範圍中為均勻分布。
- 如請求項1所述之電流參數計算方法,其中該第二預設範圍之最大值與其對應之該第二初始值之差值的絕對值等於該第二預設範圍之最小值與其對應之該第二初始值之差值的絕對值。
- 如請求項1所述之電流參數計算方法,其中該些第二選取值在該第二預設範圍中為均勻分布。
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TW109139894A TWI736472B (zh) | 2020-11-16 | 2020-11-16 | 電流參數計算方法 |
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TW109139894A TWI736472B (zh) | 2020-11-16 | 2020-11-16 | 電流參數計算方法 |
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