本发明涉及半导体器件仿真，尤其是涉及一种齐纳二极管的仿真模型及方法。
背景技术：
1、齐纳二极管(zener diode)，又叫稳压二极管，利用pn结反向击穿状态，其电流可在很大范围内变化而电压基本不变，因此，常用来制成起稳压作用的二极管。在一般的bcd工艺平台中，齐纳二极管作为两端器件，可以有较好的模型精度。
2、但是随着新能源电动车，新型光伏发电，节能家电等领域的迅速发展，基于sgt-mosfet(屏蔽栅沟槽金属氧化物半导体场效应晶体管)工艺的集成电路得到大幅应用。开始选择以sgt-mosfet为基础的bcd集成平台作为工艺选择。但是和普通bcd工艺不同的是，sgt-mosfet工艺通常选择的是n型硅衬底，与常规齐纳二极管相比，由原先的两端器件变为了四端器件。具体的结构，如图1，sgt-mosfet工艺的齐纳二极管包括：n型衬底110；位于n型衬底110内的p型埋层120和深p阱130，深p阱130位于p型埋层120的表面；位于深p阱130内的第一n型阱区140和p型阱区150，p型阱区150位于第一n型阱区140两侧，且第一n型阱区140和p型阱区150之间通过浅沟槽隔离结构160隔开；位于第一n型阱区140内的第一p+区域170和第一n+区域180，第一n+区域180位于第一p+区域170两侧，第一n+区域180与第一p+区域170通过浅沟槽隔离结构160隔开；位于p型阱区150内的第二p+区域190，第二p+区域190与第一p+区域170位于第一n+区域180的两侧，第一n+区域180和第二p+区域190之间分别通过浅沟槽隔离结构160隔开；位于深p阱130两侧的n型衬底110内的第二n型阱区200；位于第二n型阱区200内的第二n+区域210，第二n+区域210和第二p+区域190之间分别通过浅沟槽隔离结构160隔开；其中，第一p+区域170、第一n+区域180、第二p+区域190和第二n+区域210均靠近n型衬底110的表面，第一p+区域170的引出端作为发射极和阳极，第一n+区域180的引出端作为基极和阴极，第二p+区域190的引出端作为集电极，第二n+区域210的引出端作为n型衬底端。而该二极管的四端分别为：阳极作为第一端口，左右阴极短接作为第二端口，左右集电极端短接作为第三端口，左右n型衬底端作为第四端口。
3、然而，sgt-mosfet工艺出现了两个缺点，第一个缺点是，sgt-mosfet结果中，从阳极到阴极再到集电极构成了一个纵向的pnp，阳极可看作pnp的发射极，n型阴极区域可看作pnp的基极，由深p阱到p型埋层再通过p型阱区和第二p+区域190构成了整个集电极，当阳极输入正偏电压时，纵向pnp的vbe<0，vbc＝0，pnp进入放大区工作状态，此时集电极的输出电流不可忽略。如果要把集电极的输出电流描述进模型，就必须采用业界常用的bjt模型gp模型来进行描述，但是无法仿真阳极到阴极形成的pn结的反向击穿特性和反向隧穿漏电流。
4、当阳极输入负偏电压时，pnp处于关闭状态，但是通过四个器件端口的电流监测，发现当齐纳管发生击穿的时候，可看到集电极也出现了类似击穿的电流特性。因此判断有一部分比例的电子穿过了阴极的第一n型阱区，被第三端口集电极端收集。同样，阳极的反向隧穿漏电同样也有部分比例流到了集电极。is是端口4n衬底端的电流，在齐纳击穿电压附近也出现了类击穿电流。从击穿电压点三个端口的电流量级来看，ie>ic>is。由此判断还有更小的一部分电子，穿过了集电极端的所有第一p型区域，到达了n型衬底，最后被第四端口n型衬底收集。这一部分电流同样无法忽略。现有技术的二极管模型无法仿真第三端口集电极和第四端口的n型衬底在击穿电压点的电流。
技术实现思路
1、本发明的目的在于提供一种齐纳二极管的仿真模型及方法，可以仿真阳极到阴极形成的pn结的反向击穿特性和反向隧穿漏电流，还可以仿真阳极和阴极的击穿电流以及第三端口集电极和第四端口的n型衬底在击穿电压点的电流。
2、为了达到上述目的，本发明提供了一种齐纳二极管的仿真模型，包括：
3、齐纳二极管、齐纳二极管的反向击穿阻抗、第一电压源、电压控制电流源、第二电压源、第一电流控制电流源和第二电流控制电流源；
4、所述齐纳二极管的反向击穿阻抗的第一端接齐纳二极管的发射极，第二端接第一电压源的正极；
5、所述第一电压源的负极接所述电压控制电流源的正极，所述电压控制电流源的负极接所述齐纳二极管的基极，所述齐纳二极管的基极还接所述第二电压源的正极，所述第二电压源的负极接所述第一电流控制电流源的正极；
6、所述第一电流控制电流源的负极接所述齐纳二极管的集电极，所述齐纳二极管的集电极还接所述第二电流控制电流源的正极，所述第二电流控制电流源的负极接所述齐纳二极管的集电极，在所述齐纳二极管反向击穿阻抗与所述第一电压源之间设置有第一节点。
7、可选的，在所述的齐纳二极管的仿真模型中，所述齐纳二极管包括：
8、n型衬底；
9、位于所述n型衬底内的p型埋层和深p阱，所述深p阱位于所述p型埋层的表面；
10、位于所述深p阱内的第一n型阱区和p型阱区，所述p型阱区位于所述第一n型阱区两侧，且所述第一n型阱区和所述p型阱区之间通过浅沟槽隔离结构隔开；
11、位于所述第一n型阱区内的第一p+区域和第一n+区域，所述第一n+区域位于所述第一p+区域两侧，所述第一n+区域与所述第一p+区域通过浅沟槽隔离结构隔开；
12、位于所述p型阱区内的第二p+区域，所述第二p+区域与所述第一p+区域位于所述第一n+区域的两侧，所述第一n+区域和第二p+区域之间分别通过浅沟槽隔离结构隔开；
13、位于所述深p阱两侧的n型衬底内的第二n型阱区；
14、位于所述第二n型阱区内的第二n+区域，所述第二n+区域和第二p+区域之间分别通过浅沟槽隔离结构隔开；
15、其中，所述第一p+区域、第一n+区域、第二p+区域和第二n+区域均靠近所述n型衬底的表面，所述第一p+区域的引出端作为发射集和阳极，所述第一n+区域的引出端作为基极和阴极，所述第二p+区域的引出端作为集电极，所述第二n+区域的引出端作为n型衬底端。
16、可选的，在所述的齐纳二极管的仿真模型中，所述第一p+区域通过离子注入形成。
17、相应地，本发明还提供了一种齐纳二极管的仿真方法，包括：
18、根据所述电压控制电流源的电流、第一p+区域的离子注入的面积、第一p+区域的离子注入的周长、发射极与第一电路节点之间的压差、环境温度以及所述环境温度与25℃的温差计算反向击穿电流饱和经验系数、击穿电压经验系数、温度一次项系数、温度二次项系数和齐纳二极管反向隧穿漏电流温度系数；
19、计算所述第一电流控制电流源的电流和第一电压源的电流的比值，以作为第一比例系数；
20、计算所述第二电流控制电流源的电流和第二电压源的电流的比值，以作为第二比例系数；
21、根据齐纳二极管的反向击穿阻抗和所述第一p+区域的离子注入的面积计算经验可调系数；
22、通过所反向击穿电流饱和经验系数、击穿电压经验系数、齐纳二极管击穿电压的指数项经验系数、温度一次项系数、温度二次项系数和经验可调系数拟合所述阳极到阴极的击穿特性区域的仿真曲线；
23、通过所述齐纳二极管反向隧穿漏电流饱和经验系数和齐纳二极管反向隧穿漏电流饱和经验系数拟合所述阳极到阴极的隧穿漏电区域的仿真曲线；
24、通过所述第一比例系数和第二比例系数拟合所述集电极和n型衬底在击穿区域的电流。
25、可选的，在所述的齐纳二极管的仿真方法中，通过反向击穿电流饱和经验系数、击穿电压经验系数、齐纳二极管击穿电压的指数项经验系数、温度一次项系数、温度二次项系数和经验可调系数拟合所述阳极到阴极的击穿特性区域的仿真曲线的方法包括：
26、通过所反向击穿电流饱和经验系数调试击穿区域的电流上下或升降；
27、通过所述击穿电压经验系数调节室温下击穿电压；
28、通过所述齐纳二极管击穿电压的指数项经验系数调节击穿区域电流的斜率；
29、通过所述温度一次项系数和温度二次项系数调节不同高低温度下击穿电压；
30、通过所述经验可调系数调节击穿后电流阻抗。
31、可选的，在所述的齐纳二极管的仿真方法中，所述经验可调系数为设定值。
32、可选的，在所述的齐纳二极管的仿真方法中，通过所述齐纳二极管反向隧穿漏电流饱和经验系数和齐纳二极管反向隧穿漏电流饱和经验系数拟合所述阳极到阴极的隧穿漏电区域的仿真曲线的方法包括：
33、通过所述齐纳二极管反向隧穿漏电流饱和经验系数调节反向隧穿漏电流区域电流的幅度；
34、通过所述齐纳二极管反向隧穿漏电流指数项经验系数调节室温下的反向隧穿漏电流的斜率；
35、通过所述齐纳二极管反向隧穿漏电流温度系数调节高低温下的反向隧穿漏电流的斜率。
36、可选的，在所述的齐纳二极管的仿真方法中，通过所述第一比例系数和第二比例系数拟合所述集电极和n型衬底在击穿区域的电流的方法包括：
37、通过所述第一比例系数调节所述集电极的击穿电流和反向隧穿漏电电流；
38、通过所述第二比例系数调节所述n型衬底的击穿电流和反向隧穿漏电电流。
39、可选的，在所述的齐纳二极管的仿真方法中，所述第一比例系数的值为0～1。
40、可选的，在所述的齐纳二极管的仿真方法中，所述第二比例系数的值为0～1。
41、在本发明提供的齐纳二极管的仿真模型及方法中，模型包括：齐纳二极管、齐纳二极管的反向击穿阻抗、第一电压源、电压控制电流源、第二电压源、第一电流控制电流源和第二电流控制电流源；齐纳二极管的反向击穿阻抗的第一端接齐纳二极管的发射极，第二端接第一电压源的正极；第一电压源的负极接电压控制电流源的正极，电压控制电流源的负极接齐纳二极管的基极，齐纳二极管的基极还接第二电压源的正极，第二电压源的负极接第一电流控制电流源的正极；第一电流控制电流源的负极接齐纳二极管的集电极，齐纳二极管的集电极还接第二电流控制电流源的正极，第二电流控制电流源的负极接齐纳二极管的集电极。方法包括：根据电压控制电流源的电流、第一p+区域的离子注入的面积、第一p+区域的离子注入的周长、发射极与第一电路节点之间的压差、环境温度以及环境温度与25℃的温差计算反向击穿电流饱和经验系数、击穿电压经验系数、温度一次项系数、温度二次项系数和齐纳二极管反向隧穿漏电流温度系数；计算第一电流控制电流源的电流和第一电压源的电流的比值，以作为第一比例系数；计算第二电流控制电流源的电流和第二电压源的电流的比值，以作为第二比例系数；根据齐纳二极管的反向击穿阻抗和第一p+区域的离子注入的面积计算经验可调系数；通过所反向击穿电流饱和经验系数、击穿电压经验系数、齐纳二极管击穿电压的指数项经验系数、温度一次项系数、温度二次项系数和经验可调系数拟合阳极到阴极的击穿特性区域的仿真曲线；通过齐纳二极管反向隧穿漏电流饱和经验系数和齐纳二极管反向隧穿漏电流饱和经验系数拟合阳极到阴极的隧穿漏电区域的仿真曲线；通过第一比例系数和第二比例系数拟合集电极和n型衬底在击穿区域的电流。本发明能仿真到阳极到阴极形成的pn结的反向击穿特性和反向隧穿漏电流，还能仿真到阳极和阴极的击穿电流以及第三端口集电极和第四端口的n型衬底在击穿电压点的电流。
1.一种齐纳二极管的仿真模型，其特征在于，包括：
2.如权利要求1所述的齐纳二极管的仿真模型，其特征在于，所述齐纳二极管包括：
3.如权利要求2所述的齐纳二极管的仿真模型，其特征在于，所述第一p+区域通过离子注入形成。
4.一种使用权利要求1～3任意一项所述齐纳二极管的仿真模型的齐纳二极管的仿真方法，其特征在于，包括：
5.如权利要求4所述的齐纳二极管的仿真方法，其特征在于，通过反向击穿电流饱和经验系数、击穿电压经验系数、齐纳二极管击穿电压的指数项经验系数、温度一次项系数、温度二次项系数和经验可调系数拟合所述阳极到阴极的击穿特性区域的仿真曲线的方法包括：
6.如权利要求5所述的齐纳二极管的仿真方法，其特征在于，所述经验可调系数为设定值。
7.如权利要求4所述的齐纳二极管的仿真方法，其特征在于，通过所述齐纳二极管反向隧穿漏电流饱和经验系数和齐纳二极管反向隧穿漏电流饱和经验系数拟合所述阳极到阴极的隧穿漏电区域的仿真曲线的方法包括：
8.如权利要求4所述的齐纳二极管的仿真方法，其特征在于，通过所述第一比例系数和第二比例系数拟合所述集电极和n型衬底在击穿区域的电流的方法包括：
9.如权利要求4所述的齐纳二极管的仿真方法，其特征在于，所述第一比例系数的值为0～1。
10.如权利要求4所述的齐纳二极管的仿真方法，其特征在于，所述第二比例系数的值为0～1。
