專利名稱：具有擴(kuò)展性的rfcmos模型的參數(shù)計(jì)算方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種RFCMOS (射頻CMOS)模型。
背景技術(shù)：
隨著CMOS工藝的不斷發(fā)展，深亞微米CMOS器件具有可以傳輸高頻率 信號(hào)和低噪聲等特性，因此越來(lái)越多地應(yīng)用于射頻(RF)電路設(shè)計(jì)，并在 無(wú)線通訊領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。
在RFCMOS電路設(shè)計(jì)中，只有建立準(zhǔn)確的RFCMOS模型才能在電路仿真 時(shí)精確模擬RFCMOS器件的性能，從而節(jié)省RFCMOS電路設(shè)計(jì)周期。RFCMOS 模型要求在包含所有低頻特性的基礎(chǔ)上更著重描述RFCMOS器件的非線性 性、高頻噪聲、非準(zhǔn)靜態(tài)效應(yīng)等高頻性能。
目前為止，業(yè)界沒有標(biāo)準(zhǔn)的RFCMOS模型，通常是在BSIM3v3模型 (Berkeley Short channel Insulated gate field effect transistor Model 3 version 3)的基礎(chǔ)上通過(guò)增加支電路來(lái)模擬RFCMOS器件。
請(qǐng)參閱圖1，其中的MOS場(chǎng)效應(yīng)管11來(lái)自于BSIM3v3模型，包括柵極 Gi、源極Si、漏極Di和襯底Bi;在其基礎(chǔ)上增加的支電路包括柵極電阻 Rc、源極電阻Rs、漏極電阻R。和襯底網(wǎng)絡(luò)12，構(gòu)成了 RFCMOS等效電路的柵 極G、源極S、漏極D和襯底B。柵極電阻Re是柵極G的寄生電阻，在模擬 RFCMOS器件的高頻性能時(shí)影響較大，源極電阻Rs和漏極電阻R。分別是源極 S和漏極D的寄生電阻。襯底網(wǎng)絡(luò)12由兩個(gè)寄生二極管DSB、 D。B和三個(gè)耦合電阻RsB、 IU、 R柳組成，用來(lái)模擬RFCMOS器件高頻時(shí)襯底耦合效應(yīng)。其中， 寄生二極管Dsb表示源扱S與襯底B之間形成的二極管，寄生二極管D。b表示 漏極D與襯底B之間形成的二極管，耦合電阻RsB表示源極S與襯底B之間 的耦合電阻，耦合電阻R。B表示漏極D與襯底B之間的耦合電阻，耦合電阻 R。sB表示襯底B的電阻。
由于RFCM0S版圖設(shè)計(jì)的特殊性，圖1所示的RFCM0S模型大多局限于 模擬某個(gè)特定尺寸或某一小范圍尺寸的RFCMOS器件，擴(kuò)展性較差。如何能 在保證上述RFCM0S模型精度的同時(shí)，有效提高其擴(kuò)展性是提高RFCM0S模 型設(shè)計(jì)能力的關(guān)鍵。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種具有擴(kuò)展性的RFCM0S模型的參 數(shù)計(jì)算方法，以使所述RFCM0S模型具有較高的精度和良好的擴(kuò)展性。
為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明具有擴(kuò)展性的RFCM0S模型是在BSIM3v3 模型中的M0S場(chǎng)效應(yīng)管的基礎(chǔ)上增加了支電路，所述支電路包括柵極的寄 生電阻、源極的寄生電阻、漏極的寄生電阻和襯底網(wǎng)絡(luò)，所述襯底網(wǎng)絡(luò)包 括源極和襯底間的寄生二極管、漏極和襯底間的寄生二極管、源極和襯底 間的耦合電阻、漏極和襯底間的耦合電阻、襯底的耦合電阻，所述柵極的 寄生電阻、源極和襯底間的寄生二極管、漏極和襯底間的寄生二極管、源 極和襯底間的耦合電阻、漏極和襯底間的耦合電阻、襯底的耦合電阻均由 可變參數(shù)計(jì)算得出，所述可變參數(shù)至少包括晶體管溝道長(zhǎng)度、溝道寬度或 并聯(lián)柵極數(shù)中的一個(gè)。本發(fā)明所提供的RFCM0S模型的參數(shù)計(jì)算方法，根據(jù)各元件參數(shù)的物理 意義使其與實(shí)際工藝參數(shù)(方塊電阻)或版圖參數(shù)(晶體管溝道長(zhǎng)度、溝 道寬度和并聯(lián)的柵極數(shù))相關(guān)。該模型不僅提高了模型精度，還有效地實(shí) 現(xiàn)了模型的可擴(kuò)展性，有效降低射頻電路的設(shè)計(jì)成本。


下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的說(shuō)明
圖1是基于BS IM3 v3模型的RFCMOS模型的示意圖； 圖2是并聯(lián)柵極數(shù)為2的RFCM0S示意圖； 圖3是并聯(lián)柵極數(shù)為4的RFCM0S示意圖。
圖中附圖標(biāo)記為11一BSIM3v3模型的MOS場(chǎng)效應(yīng)管；12—襯底網(wǎng)絡(luò)；
Gi、 G —柵極；Si、 S —源極；Di、 D —漏極；Bi、 B —襯底；Re —柵極電阻； Rs—源極電阻；RD—漏極電阻；Dsb、 DDB—寄生二極管；RSB、 R。b—耦合電阻； RDSB—襯底電阻；L一晶體管溝道長(zhǎng)度；W—晶體管溝道寬度。
具體實(shí)施例方式
在RFCMOS電路設(shè)計(jì)中，為了降低柵極寄生電阻和各種寄生PN結(jié)對(duì) RFCMOS器件高頻性能的影響，RFCMOS器件一般采用多柵極并聯(lián)的版圖結(jié)構(gòu) (Multi-finger結(jié)構(gòu))。請(qǐng)參閱圖2所示的并聯(lián)柵極數(shù)為2的RFCMOS器件 和圖3所示的并聯(lián)柵極數(shù)為4的RFCMOS器件的示意圖，其版圖參數(shù)包括晶 體管溝道長(zhǎng)度L、晶體管溝道寬度W和晶體管并聯(lián)柵極數(shù)nf 。
在圖1所示的RFCMOS模型中，源極電阻Rs和漏極電阻R?？梢岳?BSIM3v3模型的參數(shù)Rdsw來(lái)綜合反映，參數(shù)Rdsw表示單位寬度的源漏寄生電阻(Parasitic resistance per unit width),因此源極電阻Rs和漏極 電阻R。不必單獨(dú)計(jì)算，均可以用參數(shù)Rdsw表示。
柵極電阻i^ :物rx^+T〃 ，，，其中的參數(shù)Rgsqr表示柵極電阻
Rc的方塊電阻，P。表示單位面積的接觸孔電阻，這兩個(gè)參數(shù)都是根據(jù)實(shí)測(cè) 模型數(shù)據(jù)提取的。
耦合電阻^ =&Mvx~^ ，其中的參數(shù)Rsbw表示耦合電阻RsB的方塊
『x
電阻，是根據(jù)實(shí)測(cè)模型數(shù)據(jù)提取的。
耦合電阻i^ :i 必wx^^ ，其中的參數(shù)RdbW表示耦合電阻R。b的方塊
『x
電阻，是根據(jù)實(shí)測(cè)模型數(shù)據(jù)提取的。
襯底電阻&幼=i ^wxA，其中的參數(shù)Rdsbw表示襯底電阻R。sB的方塊
『
電阻；是根據(jù)實(shí)測(cè)模型數(shù)據(jù)提取的。
上述四個(gè)寄生電阻R" Rsb、 Rdb、 R脇的計(jì)算公式均與版圖參數(shù)相關(guān)，因 此可以適用于不同溝道長(zhǎng)度L、溝道寬度W和并聯(lián)柵極數(shù)nf的RFCM0S器件， 具有較好的模型擴(kuò)展性。
寄生二極管Dsb和D。b的參數(shù)是關(guān)系到RFCM0S模型精度的關(guān)鍵因素。在 圖2所示的并聯(lián)柵極數(shù)為2的RFCM0S器件中，兩個(gè)源極S分別位于兩個(gè)柵 極G的外側(cè)，即位于器件的最外側(cè)； 一個(gè)漏極D位于兩個(gè)柵極G之間。在 多柵極并聯(lián)的RFCM0S器件巾，源極S和漏極D通常間隔排列在器件最外側(cè) 和兩個(gè)相鄰柵極G之間，如圖3所示。因此，源極S和漏極D在器件最外 側(cè)和兩個(gè)相鄰柵極G之間的個(gè)數(shù)隨著并聯(lián)柵極數(shù)nf的不同而不同，這是決定寄生二極管DsB和D。B的參數(shù)精度的關(guān)鍵因素之一。
將源極S位于兩個(gè)相鄰柵極G之間的個(gè)數(shù)設(shè)為risd—in，那么 xnsd—in=[(xnf+l)》l]-l，其中xnsd_in表示nsd_in的二進(jìn)制數(shù)形式，xnf 表示nf的二進(jìn)制數(shù)形式?！愤\(yùn)算表示將二進(jìn)制數(shù)右移，左邊的空位由O彌 補(bǔ)；》1運(yùn)算表示將二進(jìn)制數(shù)右移1位，左邊的1個(gè)空位由0彌補(bǔ)。
將漏極D位于兩個(gè)相鄰柵極G之間的個(gè)數(shù)設(shè)為ndd—in，那么 xndd—in二xnf》1，其中xndd—in表示ndd—in的二進(jìn)制數(shù)形式。
將漏極D位于器件最外側(cè)的個(gè)數(shù)設(shè)為ndd—out,那么xndd—out=xnf&1 ， 其中xndd—out表示ndd—out的二進(jìn)制數(shù)形式。當(dāng)nf為奇數(shù)時(shí)，漏極D位 于器件最外側(cè)的個(gè)數(shù)為l， xnf&l為l;當(dāng)nf為偶數(shù)時(shí)，漏極D位于器件最 外側(cè)的個(gè)數(shù)為0， xnf&l為0。
將源極S位于器件最外側(cè)的個(gè)數(shù)設(shè)為nsd—out ，那么 xnsd—out二2-(xnf&l)，其中xnsd—out表示nsd—out的二進(jìn)制數(shù)形式，&運(yùn) 算表示二進(jìn)制數(shù)的與運(yùn)算。源極S位于器件最外側(cè)的個(gè)數(shù)nsd—out等于器 件最外側(cè)的個(gè)數(shù)2減去漏極D位于器件最外側(cè)的個(gè)數(shù)ndd—out 。
以并聯(lián)柵極數(shù)為2的RFCMOS器件為例對(duì)上述公式進(jìn)行驗(yàn)證，nf為2， xnf為010， xnf+l為011， 011》1為001， 010》1為1， xnf&l為0，因此 nsd—in為0， ndd—in為1， nsd—out為2， ndd—out為0，這與圖2所示的 并聯(lián)柵極數(shù)為2的RFCMOS器件相吻合。
再以并聯(lián)柵極數(shù)為4的RFCMOS器件為例為上述公式進(jìn)行驗(yàn)證，nf為4， xnf為100， xnf+l為101， 101》1為010， 100》1為010， xnf&l為000，因此nsd—in為1， ndd—in為2， xnsd—out為2， xndd—out為0，這與圖3 所示的并聯(lián)柵極數(shù)為4的RFCMOS器件相吻合。
利用上述計(jì)算結(jié)果，寄生二極管DsB有源區(qū)一側(cè)周長(zhǎng)dsb—perim—1ocos二4 Xhdif Xnsd—in+nsd—outX (4Xhdif+W)，其中hdif是BSIM3v3模型的參 數(shù)，表示接觸孔中心到柵極邊緣的距離。
寄生二極管DsB柵極一側(cè)周長(zhǎng)dsb_perim—gate= (2 X nsd—in+nsd—out) XW。
寄生二極管DSB的PN結(jié)底面面積dsb—area二2 X hdif X W X (nsd_in+nsd—out)。
寄生二極管DSB的源極飽和電流js—sb=dsb—area X js+dsb—perim—locos X jsw，其中js和jsw都是BSIM3v3模型的參數(shù)，js表示源極或漏極PN結(jié) 底面單位面禾只飽禾口電流(Source/Drain junction saturation current per unit area), jsw表示側(cè)壁飽禾口電流密度(side wall saturation current density)。
寄生二極管DSB的源極底面零偏壓結(jié)電容c j—sb=dsb_areaX cj，其中cj 是BSIM3v3模型的參數(shù)，表示PN結(jié)單位面積的底面零偏壓結(jié)電容(Bottom junction capacitance per unit area at zero bias)。
寄生二極管DSB的源極側(cè)壁零偏壓結(jié)電容c jsw—sb二 (dsb_perim—locos X cjsw+dsb_perim_gateXcjswg)，其中cjsw禾口 cjswg都是BSIM3v3模型的 參數(shù)，cjsw表示源極或漏極單位長(zhǎng)度的側(cè)壁(有源區(qū)一側(cè))零偏壓結(jié)電容 (Source/Drain side wall junction capacitance per unit length at zerobias), cjswg表示源極或漏極單位長(zhǎng)度的側(cè)壁(柵極一側(cè))零偏壓結(jié)電容 (Source/Drain gate sidewall junction capacitance per unit length at zero bias)。
根據(jù)類似的計(jì)算公式還可以計(jì)算出寄生二極管DM的有源區(qū)一側(cè)周長(zhǎng) ddb_perim—locos=4Xhdif Xndd—in+ndd—out X (4Xhdif+W)，柵極一側(cè)周 長(zhǎng)ddb_perim—gate=(2Xndd—in+ndd—out) XW， PN結(jié)底面面積ddb—area=2 X hdif X W X (ndd—in+ndd_out)，漏極飽和電流js_db=ddb—area X js+ddb_perim—locosX jsw， 漏極底面零偏壓結(jié)電容cj—db=ddb_areaXcj， 漏極側(cè)壁零偏壓結(jié)電容 cjsw_db=(ddb—perim—locos X cjsw+ddb_perim—gateXcjswg)。
上述所有公式中的溝道長(zhǎng)度L、溝道寬度W和并聯(lián)柵極數(shù)nf均可變， 即根據(jù)不同RFCMOS器件而取不同的值，因此本發(fā)明RFCMOS模型的各參數(shù) 計(jì)算方法具有較好的擴(kuò)展性，適用于各種不同的RFCMOS器件。
權(quán)利要求
1. 一種RFCMOS模型的參數(shù)計(jì)算方法，所述RFCMOS模型在BSIM3v3模型中的MOS場(chǎng)效應(yīng)管的基礎(chǔ)上增加了支電路，所述支電路包括柵極的寄生電阻、源極的寄生電阻、漏極的寄生電阻和襯底網(wǎng)絡(luò)，所述襯底網(wǎng)絡(luò)包括源極和襯底間的寄生二極管、漏極和襯底間的寄生二極管、源極和襯底間的耦合電阻、漏極和襯底間的耦合電阻、襯底的耦合電阻，其特征是所述柵極的寄生電阻、源極和襯底間的寄生二極管、漏極和襯底間的寄生二極管、源極和襯底間的耦合電阻、漏極和襯底間的耦合電阻、襯底的耦合電阻均由可變參數(shù)計(jì)算得出，所述可變參數(shù)至少包括晶體管溝道長(zhǎng)度、溝道寬度或并聯(lián)柵極數(shù)中的一個(gè)。
2. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的RFCMOS模型的參數(shù)計(jì)算方法，其特征是所 述源極的寄生電阻和漏極的寄生電阻均由BSIM3v3模型的參數(shù)Rdsw計(jì)算得 出。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的RFCM0S模型的參數(shù)計(jì)算方法，其特征是 柵極的寄生電阻A "g平Xy^:+^4"7 ，其中L為晶體管溝道長(zhǎng)度，W為晶體管溝道寬度，nf為晶體管并聯(lián)柵極數(shù)，Rgsqr為Rs的方塊電阻， P 。為單位面積的接觸孔電阻；源極和襯底間的耦合電阻A^^&6wx^^，其中Rsbw為RsB的方塊電阻；漏極和襯底間的耦合電阻i^ =/ 必扉~^ ，其中Rdbw為R。B的方塊電『X阻；襯底的耦合電阻i ， = i ^Mwx土 ，其中Rdsbw為RDSB的方塊電阻。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的RFCM0S模型的參數(shù)計(jì)算方法，其特征是 源極位于兩個(gè)相鄰柵極之間的個(gè)數(shù)nsd—in的二進(jìn)制數(shù)形式xnsd—in=[(xnf+l)》l]-1，其中xnf表示nf的二進(jìn)制數(shù)形式，》運(yùn)算符表 示將二進(jìn)制數(shù)右移，左邊的空位由O彌補(bǔ)；漏極位于兩個(gè)相鄰柵極之間的個(gè)數(shù)ndd—in的二進(jìn)制數(shù)形式 xndd—in=xnf》l;漏極位于器件最外側(cè)的個(gè)數(shù)ndd—out的二進(jìn)制數(shù)形式xndd—out二xnf&1; 源極位于器件最外側(cè)的個(gè)數(shù)nsd—out的二進(jìn)制數(shù)形式 xnsd—out=2-(xnf&l)，其中&運(yùn)算符表示二進(jìn)制數(shù)的與運(yùn)算。
5. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的RFCM0S模型的參數(shù)計(jì)算方法，其特征是 源極和襯底間的寄生二極管的有源區(qū)一側(cè)周長(zhǎng)dsb_perim—locos=4Xhdif Xnsd—in+nsd—out X (4Xhdif+W)，其中hdif為BSIM3v3模型的參數(shù)；源極和襯底間的寄生二極管的柵極一側(cè)周長(zhǎng)dsb_perim_gate=(2X nsd—in+nsd—out) XW;源極和襯底間的寄生二極管的PN結(jié)底面面積dsb—area=2Xhdif XWX (nsd_in+nsd—out);源極和襯底間的寄生二極管的源極飽和電流j s—sb=dsb—area X js+dsb_perim_locos X jsw，其中js和jsw都是BSIM3v3模型的參數(shù)；源極和襯底間的寄生二極管的源極底面零偏壓結(jié)電容cj—sb=dsb—area Xcj，其中cj是BSIM3v3模型的參數(shù)；源極和襯底間的寄生二極管的源極側(cè)壁零偏壓結(jié)電容cjsw—sb=(dsb—perim一locos X cjsw+dsb—perim—gate X cjswg)， 其中 cjsw 和c jswg都是BS頂3v3模型的參數(shù)。
6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的RFCMOS模型的參數(shù)計(jì)算方法，其特征是漏極和襯底間的寄生二極管的有源區(qū)一側(cè)周長(zhǎng)ddb_perim_locos=4X hdif Xndd—in+ndd—outX (4Xhdif+W);漏極和襯底間的寄生二極管的柵極 一側(cè)周長(zhǎng)ddb_perim—gate二 (2 X ndd一in+ndd一out) XW;漏極和襯底間的寄生二極管的PN結(jié)底面面積ddb—area=2Xhdif XWX (ndd—in+ndd—out);漏極和襯底間的寄生二極管的漏極飽和電流js—db二ddb—area X js+ddb—perim—locos X jsw.，漏極和襯底間的寄生二極管的漏極底面零偏壓結(jié)電容cj_db=ddb—area Xcj;漏極和襯底間的寄生二極管的漏極側(cè)壁零偏壓結(jié)電容 cjsw—db=(ddb—perim—locos X cjsw+ddb一perim一gate X cjswg)。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種具有擴(kuò)展性的RFCMOS模型的參數(shù)計(jì)算方法，該模型是在BSIM3v3模型中的MOS場(chǎng)效應(yīng)管的基礎(chǔ)上增加了支電路，所述支電路包括柵極的寄生電阻、源極的寄生電阻、漏極的寄生電阻和襯底網(wǎng)絡(luò)，所述襯底網(wǎng)絡(luò)包括源極和襯底間的寄生二極管、漏極和襯底間的寄生二極管、源極和襯底間的耦合電阻、漏極和襯底間的耦合電阻、襯底的耦合電阻，所述柵極的寄生電阻和組成襯底網(wǎng)絡(luò)的各元件均由可變參數(shù)計(jì)算得出，所述可變參數(shù)至少包括晶體管溝道長(zhǎng)度、溝道寬度或并聯(lián)柵極數(shù)中的一個(gè)。本發(fā)明不僅提高了模型精度，還有效地實(shí)現(xiàn)了模型的可擴(kuò)展性，有效降低射頻電路的設(shè)計(jì)成本。
文檔編號(hào)G06F17/50GK101458722SQ20071009451
公開日2009年6月17日 申請(qǐng)日期2007年12月14日 優(yōu)先權(quán)日2007年12月14日
發(fā)明者李平梁, 潔 武 申請(qǐng)人:上海華虹Nec電子有限公司