77K温度下MOS器件的SPICE模型实现

摘要

集成电路在低温环境下具有速度快、功耗低和可靠性高等优势，近年来，集成电路的低温应用已经受到越来越多的关注和研究。SPICE模型是连接器件工艺与电路设计的桥梁，精确的SPICE仿真模型对于高性能集成电路的设计至关重要。然而，目前低温环境下集成电路的设计仿真缺乏准确可靠的器件模型，因此，对MOS器件的低温SPICE建模具有重要意义。本文以红外焦平面读出电路为应用背景，研究并提出了MOS器件77K温度下的SPICE模型。
　　本文首先介绍了MOS器件BSIM3v3模型的结构及特性，进而分析了低温对该模型的影响;然后，在比较了数值模型、解析模型、行为宏模型、子电路模型等建模方法后，提出了以BSIM3v3为核心的低温SPICE紧凑模型建模方案;接着，加入体现MOS器件低温特性的参数和表达式，构建低温阈值电压模型、低温迁移率模型、低温饱和速度模型及低温冻析效应模型等，并通过Verilog-A语言对MOS器件低温SPICE模型进行描述;随后，测试得到MOS器件77K温度下的电学特性，并据此进行MOS器件低温SPICE模型的提摸工作，得到一套完整的MOS器件低温SPICE模型;最后，将模型应用于反相器电路和两级差分放大电路，进一步验证模型的精度及收敛性。
　　本文构建的MOS器件低温SPICE模型具有明确的物理意义，仿真速度快，器件模型均方误差在5％以内，并且能够直接运用于SPICE仿真软件，达到了论文的预期目标。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 课题研究背景

1．2 SPICE模型概述

1．3 77K温度下MOS器件SPICE模型研究现状

1．4 本文的研究内容及结构

第二章 MOS器件的SPICE模型及低温特性分析

2．1 阈值电压模型

2．2 迁移率模型

2．3 饱和电流模型及平滑函数

2．4 MOS器件低温特性

2．5 本章小结

第三章 77K温度下MOS器件的SPICE建模

3．1 器件模型种类及方案选择

3．2 阈值电压低温模型

3．3 迁移率及饱和速度低温模型

3．4 寄生源漏电阻模型

3．5 本章小结

第四章 77K温度下MOS器件SPICE模型的实现与验证

4．1 模型源代码实现

4．2 模型数据测试

4．3 模型参数提取

4．4 电路仿真验证

4．5 本章小结

第五章 总结与展望

5．1 总结

5．2 展望

致谢

参考文献

硕士期间取得的成果