高压MOSFETⅠ-Ⅴ特性宏模型的建立与研究

摘要

近年来，高压集成电路工艺的发展以及高压晶体管与低压模块兼容工艺的进步，使高压器件越来越广泛地应用于各种功率集成电路，如驱动电路、接口电路、电源芯片管理电路等，人们对高压MOS晶体管的研究也日益深入。高压双扩散漏MOSFET就是应用较为广泛的一种高压MOS晶体管，其实现工艺简单且与传统CMOS工艺兼容，在提高耐压的同时节约了成本，一般工作电压在14V-35V左右，能满足耐压要求不高的高压电路需求。由于人们对集成电路的设计制造日益依赖于计算机辅助软件，缺少高压MOSFET模型成为高压器件电路仿真的较大障碍。针对不同结构特点、不同耐压的HVMOSFET，人们提出了各种高压器件模型，但至今尚未有业界公认的、适用于通用EDA软件的标准HVMOSFET模型。研究中发现：使用BSIM3模型对HV DDDMOSFET进行仿真时，存在明显偏差，高偏置下的源漏电流模拟值远大于实际测量值。 本文针对SPICE BSIM3模型对DDDMOSFET的I-V特性模拟时产生的偏差，提出了基于BSIM3的HVMOSFET。宏模型。研究中采用0.35μm 14V HV CMOS工艺对Double Diffused Drain结构的HV MOSFET进行流片，并使用AgilentHP4156系统、Cascade探针台与ICCAP软件对不同几何尺寸的DDDMOS进行数据采集筛选。主要提取三组尺寸的器件特性：大沟道器件(W=20μm，L=20μm)、窄沟道器件(W=1.8μm/2μm/5μm，L=20μm)、短沟道器件(W=20μm，L=1.2μm/1.5μm/2μm/3μm/5μm)。文章结合实际数据分析了HVMOSFET中“准饱和效应”等特有的工作机制，根据这些效应，提出了适用于DDDMOSFET的宏模型。此宏模型的特点为：它由常规SPICE器件组成(NMOSFET、MESFET、二极管)，结构简单使用方便，能准确描述HVMOS的I-V特性。且由于子电路中的器件直接取自SPICE模型，因此能够方便应用于各种基于SPICE模型的仿真器和EDA软件，有较强实用性与兼容性。研究中采用参数优化的方法，即通过调节MESFET的参数K1(阈值电压对体电压的敏感因子)，使该宏模型能够模拟不同宽长比HV MOSFET的I-V特性，并提取了不同沟道尺寸(W/L)下K1取值的半经验公式，最终实现了HV DDDMOS 的尺寸可变宏模型。

目录

文摘

英文文摘

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第一章 绪论

1.1 高压集成电路与高压MOS器件简介

1.2 高压MOSFET模型国内外研究现状

1.3 课题的意义与目标

第二章 高压MOSFET工作原理

2.1 高压MOSFET的发展

2.2 高压DDDMOSFET工作原理

2.3 高压DDDMOSFET工艺流片

第三章 SPICE仿真器与器件模型

3.1 器件模型简介

3.2 SPICE模型的发展

3.3 器件模型发展的挑战

第四章 高压MOSFET工作机制研究

4.1 BSIM3模拟HV MOSFET的偏差

4.2 HV MOSFET的特殊效应

4.3 HV DDDMOSFET特有工作机制研究

第五章 高压MOSFET Ⅰ-Ⅴ特性宏模型建立

5.1 高压MOSFET Ⅰ-Ⅴ特性宏模型子电路

5.2 宏模型子电路的工作原理分析

5.3 MESFET原理及SPICE模型

5.4 MESFET的拟合与参数表达式

第六章 宏模型的实现与验证

6.1 高压DDDMOS研究数据采集与挑选

6.2 宏模型参数提取与优化

6.3 优化后的宏模型仿真结果

结论与展望

参考文献

硕士期间发表学术论文

致谢