LDMOS的仿真模型及方法与流程

    技术2026-08-31  2


    本发明涉及半导体器件仿真,尤其是涉及一种ldmos的仿真模型及方法。


    背景技术:

    1、横向扩散场效应管(lateral double-diffused mosfet)ldmos是bcd工艺中常见的耐高压器件,具有高电压承受能力和低导通电阻的优点。ldmos主要应用于功率放大器,天线开关和发射机等领域。

    2、现有技术使用bsim4的模型对ldmos的id vs vgs的特性曲线进行仿真。

    3、然而,ldmos的主要缺点是当环境温度较高且漏端电压较高时存在较大的漏电流。如图1至图6所示,图1至图6是90纳米工艺平台上一种漏端可加到30v的ldmos器件的id vsvgs的转移特性曲线,图中的w为沟道宽度,l为沟道长度,t为测试的环境温度。器件沟道宽度w分别为10um、40um和100um,沟道长度为固定值,图中点线为实测数据,实线为基于业界普遍采用的bsim4+外挂电阻的宏模型的仿真结果。图1至图3是环境温度150℃,图4至图6是环境温度175℃。当温度在150℃和175℃时,可以发现当vds=0.1v时,漏电流实测和仿真能够匹配,但vds=30v时,实测电流要比仿真电流高了将近两个数量级。将多组不同沟道宽度w的ldmos在vgs=0v附近的ids放在一起比较,可见当vds电压升高后,ids(vds=30v)远远大于ids(vds=0.1v),并且做线性近似发现ids(vds=30v)和沟道宽度w并不是满足y=kx这种正比例的线性关系,而是近似于y=kx+b的线性关系。因此,在vds=0.1v时,仿真较为准确。vds=30v时,即图1至图6中圆圈圈出的地方,仿真线和实际值的点差异较大,y=kx格式的仿真线不能拟合实际测试值的点。所以此处的仿真精度太低。


    技术实现思路

    1、本发明的目的在于提供一种ldmos的仿真模型及方法,可以提高ldmos器件的idvs vgs的转移特性曲线的仿真精度。

    2、为了达到上述目的,本发明提供了一种ldmos的仿真模型,包括:

    3、mos管、第一电阻、第一二极管、第一电压控制电流源、第二二极管、第二电压控制电流源、第一可变电容、ldmos体端和漏端的底面理想二极管、第三电压控制电流源、ldmos体端和漏端的侧面结电容、第四电压控制电流源、第二可变电容以及ldmos体端和漏端的侧面结理想二极管;

    4、所述mos管的漏端接第一电阻的第一端、第一二极管的负极端、第一电压控制电流源的正极、第二二极管的负极端、第二电压控制电流源的正极、第一可变电容的第一端、ldmos体端和漏端的底面理想二极管的负极端、第三电压控制电流源的正极、ldmos体端和漏端的侧面结电容的第一端、ldmos体端和漏端的侧面结理想二极管的负极端、第四电压控制电流源的正极和第二可变电容的第一端;所述第一二极管的正极端、第一电压控制电流源的负极、第二二极管的正极端、第二电压控制电流源的负极、第一可变电容的第二端、ldmos体端和漏端的底面理想二极管的正极端、第三电压控制电流源的负极、第二二极管的第二端、ldmos体端和漏端的侧面结理想二极管的正极端、第四电压控制电流源的负极和第二可变电容的第二端均连接mos管的体极端;所述第一电阻的第二端连接ldmos的漏端;所述mos管的源端连接mos管的体极端并接ldmos的源端;所述mos管的栅端接ldmos的栅端。

    5、可选的,在所述的ldmos的仿真模型中,所述ldmos结构包括:

    6、p型衬底;

    7、位于所述p型衬底表面的n型外延层;

    8、位于所述n型外延层内的pwell;

    9、位于所述pwell内的nwell和p+区,所述nwell和p+区之间通过第一浅沟槽隔离结构隔开;

    10、位于所述nwell内的第一n+区;

    11、位于所述n型外延层内的第二n+区,所述第二n+区与所述pwell之间通过第二浅沟槽隔离结构以及栅氧和栅氧表面的栅多晶硅隔开,所述栅氧的一端覆盖nwell和pwell,第二端覆盖所述第二浅沟槽隔离结构;

    12、其中,所述p+区接出作为体端,所述第一n+区接出作为ldmos的源端,所述栅多晶硅接出作为ldmos的栅端,所述第二n+区接出作为ldmos的漏端。

    13、可选的,在所述的ldmos的仿真模型中,所述p+区通过离子注入形成。

    14、本发明提供了一种使用ldmos的仿真模型的ldmos的仿真方法,包括:

    15、关闭bsim4模型中mos管的dc参数和cv参数;

    16、根据ldmos体端和漏端的底面理想二极管获得理想二极管面积饱和系数,根据ldmos体端和漏端的侧面结理想二极管获得理想二极管周长饱和系数,根据第三电压控制电流源获得二极管反向隧穿电流面积饱和系数,根据第四电压控制电流源获得二极管反向隧穿电流周长饱和系数;

    17、当所述ldmos的漏端和源端之间的电压小于设定值时,获得不同温度条件下的漏端和源端之间的电流,使用所述理想二极管面积饱和系数、理想二极管周长饱和系数、指数项经验修正系数和温度修正系数进行拟合,使得漏端和源端之间的电流和mosfet的沟道宽度呈正比例;

    18、当所述ldmos的漏端和源端之间的电压大于或等于设定值时,获得不同温度条件下的漏端和源端之间的电流,使用所述二极管反向隧穿电流面积饱和系数、二极管反向隧穿电流周长饱和系数、指数项经验修正系数、温度修正系数、第一经验系数和第一经验系数进行拟合,使得漏端和源端之间的电流和mosfet的沟道宽度呈正比例。

    19、可选的,在所述的ldmos的仿真方法中,关闭bsim4模型中的dc参数和cv参数的方法包括:

    20、将mosfet的漏端对体端的寄生二极管漏电饱和系数、漏端对体端的寄生二极管电容和漏端对体端的寄生二极管反向隧穿电流系数均设置为0。

    21、可选的,在所述的ldmos的仿真方法中,根据ldmos体端和漏端的底面理想二极管获得理想二极管面积饱和系数的方法包括:

    22、is2=area_pwell*iss*(t/25)^xti/n*(e^-vds/nvt-1)-vds*gmin;

    23、其中,is2是ldmos体端和漏端的底面理想二极管的值,area_pwell是ldmos的pwell的底面积,iss是理想二极管面积饱和系数,vt是常数,n是指数项经验修正系数,vds为ldmos的漏端和源端之间的电压,gmin是仿真的最小电导,xti是温度修正系数。

    24、可选的,在所述的ldmos的仿真方法中,根据ldmos体端和漏端的侧面结理想二极管获得理想二极管周长饱和系数的方法包括:

    25、isw2=peri_pwell*isws*(t/25)^xti/n*(e^-vds/nvt-1)-vds*gmin;

    26、其中,isw2是ldmos体端和漏端的侧面结理想二极管,peri_pwell是ldmos的pwell的周长,isws是理想二极管周长饱和系数,vt是常数,n是指数项经验修正系数,vds为ldmos的漏端和源端之间的电压,gmin是仿真的最小电导,xti是温度修正系数。

    27、可选的,在所述的ldmos的仿真方法中,根据第三电压控制电流源获得二极管反向隧穿电流面积饱和系数的方法包括:

    28、gleak2=-area_pwell*jtun*(t/25)^xtitun*(e^-vds/ntun*vt-1);

    29、其中,gleak2是第三电压控制电流源的值,area_pwell是ldmos的pwell的底面积,jtun是二极管反向隧穿电流面积饱和系数,vt是常数,t是温度,vds为ldmos的漏端和源端之间的电压,ntun是指数项经验修正系数,xtitun是温度修正系数。

    30、可选的,在所述的ldmos的仿真方法中,根据第四电压控制电流源获得二极管反向隧穿电流周长饱和系数的方法包括:

    31、gleaksw2=-peri_pwell*jtunsw*(t/25)^xtitun*(e^-vds/ntun*vt-1);

    32、其中,gleaksw2是第四电压控制电流源的值,jtun是二极管反向隧穿电流面积饱和系数,peri_pwell是ldmos的pwell的周长,jtunsw是二极管反向隧穿电流周长饱和系数,vt是常数,t是温度,vds为ldmos的漏端和源端之间的电压,ntun是指数项经验修正系数,xtitun是温度修正系数。

    33、可选的,在所述的ldmos的仿真方法中,所述指数项经验修正系数、温度修正系数、指数项经验修正系数、温度修正系数、第一经验系数和第一经验系数均为设定值。

    34、在本发明提供的ldmos的仿真模型及方法中,包括:关闭bsim4模型中mos管的dc参数和cv参数;根据ldmos体端和漏端的底面理想二极管获得理想二极管面积饱和系数,根据ldmos体端和漏端的侧面结理想二极管获得理想二极管周长饱和系数,根据第三电压控制电流源获得二极管反向隧穿电流面积饱和系数,根据第四电压控制电流源获得二极管反向隧穿电流周长饱和系数;当所述ldmos的漏端和源端之间的电压小于设定值时,获得不同温度条件下的漏端和源端之间的电流,使用理想二极管面积饱和系数、理想二极管周长饱和系数、指数项经验修正系数和温度修正系数进行拟合,使得漏端和源端之间的电流和mosfet的沟道宽度呈正比例;当所述ldmos的漏端和源端之间的电压大于或等于设定值时,获得不同温度条件下的漏端和源端之间的电流,使用二极管反向隧穿电流面积饱和系数、二极管反向隧穿电流周长饱和系数、指数项经验修正系数、温度修正系数、第一经验系数和第一经验系数进行拟合,使得漏端和源端之间的电流和mosfet的沟道宽度呈正比例。因此,本发明增加了理想二极管面积饱和系数、理想二极管周长饱和系数、指数项经验修正系数、温度修正系数、二极管反向隧穿电流面积饱和系数、二极管反向隧穿电流周长饱和系数、指数项经验修正系数、温度修正系数、第一经验系数和第一经验系数进行了拟合,提高了ldmos器件的id vs vgs的转移特性曲线的仿真精度。


    技术特征:

    1.一种ldmos的仿真模型,其特征在于,包括:

    2.如权利要求1所述的ldmos的仿真模型,其特征在于,所述ldmos结构包括:

    3.如权利要求2所述的ldmos的仿真模型,其特征在于,所述p+区通过离子注入形成。

    4.一种使用权利要求1~3任意一项所述ldmos的仿真模型的ldmos的仿真方法,其特征在于,包括:

    5.如权利要求4所述的ldmos的仿真方法,其特征在于,关闭bsim4模型中的dc参数和cv参数的方法包括:

    6.如权利要求4所述的ldmos的仿真方法,其特征在于,根据ldmos体端和漏端的底面理想二极管获得理想二极管面积饱和系数的方法包括:

    7.如权利要求4所述的ldmos的仿真方法,其特征在于,根据ldmos体端和漏端的侧面结理想二极管获得理想二极管周长饱和系数的方法包括:

    8.如权利要求4所述的ldmos的仿真方法,其特征在于,根据第三电压控制电流源获得二极管反向隧穿电流面积饱和系数的方法包括:

    9.如权利要求4所述的ldmos的仿真方法,其特征在于,根据第四电压控制电流源获得二极管反向隧穿电流周长饱和系数的方法包括:

    10.如权利要求4所述的ldmos的仿真方法,其特征在于,所述指数项经验修正系数、温度修正系数、指数项经验修正系数、温度修正系数、第一经验系数和第一经验系数均为设定值。


    技术总结
    本发明一种LDMOS的仿真模型及方法,包括:MOS管漏端接第一电阻第一端、第一二极管负极、第一电压控制电流源正极、第二二极管负极、第二电压控制电流源正极、第一可变电容第一端、体端和漏端底面理想二极管负极、第三电压控制电流源正极、体端和漏端侧面结电容第一端、体端和漏端侧面结理想二极管负极、第四电压控制电流源正极和第二可变电容第一端;第一二极管正极、第一电压控制电流源负极、第二二极管正极、第二电压控制电流源负极、第一可变电容第二端、体端和漏端底面理想二极管正极、第三电压控制电流源负极、第二二极管第二端、体端和漏端侧面结理想二极管正极、第四电压控制电流源负极和第二可变电容第二端均接MOS管体端。

    技术研发人员:王正楠
    受保护的技术使用者:上海华虹宏力半导体制造有限公司
    技术研发日:
    技术公布日:2024/10/24
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