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一种半导体器件阈值电压仿真方法

阅读：541发布：2021-02-27

IPRDB可以提供一种半导体器件阈值电压仿真方法专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且一种半导体器件阈值电压仿真方法，包括以下步骤：1）提取电路中所有器件特征参数，并将其转换为spice仿真器中对应的网表；3）在spice仿真器中，对所述网表中的所有器件建立跨导矩阵；4）对所述跨导矩阵进行迭代求解。本发明的半导体器件阈值电压仿真方法，能够快速且准确的仿真得到半导体器件阈值电压，提高仿真效率。，下面是一种半导体器件阈值电压仿真方法专利的具体信息内容。

权利要求

1.一种半导体器件阈值电压仿真方法，其特征在于，包括以下步骤：

1）提取电路中所有半导体器件特征参数，并将其转换为spice仿真器中对应的网表；

2）在spice 仿真器中，对所述网表中的所有器件建立跨导矩阵；

3）对所述跨导矩阵进行迭代求解。

2.根据权利要求1所述的一种半导体器件阈值电压仿真方法，其特征在于，所述步骤1）进一步包括，将受控源中受控源端的C1接口与半导体器件的栅极连接、控制源端的S1接口与所述半导体器件的漏极连接，受控源端的C0接口、控制源端的S0接口以及所述半导体器件的其余端点接地；

在 spice仿真器中对电路进行仿真得到受控源端的C1接口对应的电压。

3.根据权利要求1所述的一种半导体器件阈值电压仿真方法，其特征在于，所述特征参数包括电压、电流信息。

4.根据权利要求1所述的一种半导体器件阈值电压仿真方法，其特征在于，步骤2）所述跨导矩阵，包括对电流电压关系进行一阶求导，根据基尔霍夫定理建立矩阵。

5.根据权利要求4所述的一种半导体器件阈值电压仿真方法，其特征在于，步骤3）进一步包括，所述跨导矩阵求解，收敛成功后，得到所述电路中电压、电流信息。

6.一种受控源，其特征在于，包括，控制源端和受控源端，所述控制源端已知电压电流，所述受控源端为浮动电压的电压源。

7.根据权利要求6所述的受控源，其特征在于，所述受控源端包括C1和C0两个接口，所述C1接口与半导体器件的栅极连接，所述控制源包括S1和S0两个接口，所述S1接口与所述半导体器件的漏极连接，所述C0接口、所述S0接口以及所述半导体器件的其余端点接地。

8.一种半导体器件阈值电压仿真设备，其特征在于，包括存储器和处理器，所述存储器上储存有在所述处理器上运行的计算机指令，所述处理器运行所述计算机指令时执行权利要求1至5任一项所述的一种半导体器件阈值电压仿真方法步骤。

9.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机指令，其特征在于，所述计算机指令运行时执行权利要求1至5任一项所述的一种半导体器件阈值电压仿真方法步骤。

说明书全文

一种半导体器件阈值电压仿真方法

技术领域

[0001] 本发明涉及半导体器件模型技术领域，特别是涉及一种半导体器件阈值电压仿真方法。

背景技术

[0002] 传统的半导体阈值电压仿真，都是固定源/漏段电压，扫描栅极电压，得到漏端电流。在漏端电流中查找距离固定电流ICON最近的点，其所对应的电压就是阈值电压。

[0003] 传统方法仿真计算量大，特别是在统计模型参数提取相关的仿真中，由于仿真次数的增加，阈值电压仿真时间过长的问题表现得更加明显。

[0004] 半导体器件的电压电流(IV)的特性仿真，通常是固定电压得到电流。以四端mos器件为例，其端口为栅(g)，源(s)，漏(d)，衬底(b)，通常源/衬底电压为零。因此如果已知Vg，Vd，就可以得到漏端电流Id。而在阈值电压的仿真中，是已知Vd，并且要求Id等于固定电流ICON，然后要求解得到Vg。

[0005] 传统的半导体阈值电压仿真，都是固定漏电压Vd，扫描栅极电压Vg，得到漏端电流Id。在漏端电流中查找距离固定电流ICON最近的点，其所对应的电压就是阈值电压Vg。这种仿真计算量大，并且精度会受到Vg扫描步长的影响。

发明内容

[0006] 为了解决现有技术存在的不足，本发明的目的在于提供一种半导体器件阈值电压仿真方法，能够快速且准确的仿真得到半导体器件阈值电压，提高仿真效率。

[0007] 为实现上述目的，本发明提供的半导体器件阈值电压仿真方法，包括以下步骤：

[0008] 1)提取电路中所有器件特征参数；

[0009] 2)将所述特征参数转换为spice仿真器中对应的网表；

[0010] 3)在spice仿真器中，对所述网表中的所有器件建立跨导矩阵；

[0011] 4)对所述跨导矩阵进行迭代求解。

[0012] 进一步地，所述电路包括控制源和受控源，所述控制源已知电压电流，所述受控源为浮动电压的电压源。

[0013] 进一步地，所述受控源包括C1和C0两个接口，所述C1与半导体器件的栅极连接，所述控制源包括S1和S0两个接口，所述S1与所述半导体器件的漏极连接，所述C0接口、所述S0接口以及所述半导体器件的其余端点接地。

[0014] 进一步地，所述跨导矩阵包括对电流电压关系进行一阶求导，根据基尔霍夫定理建立矩阵。

[0015] 进一步地，求解所述跨导矩阵，收敛成功后，得到所述电路中电压、电流信息。

[0016] 进一步地，所述特征参数包括电压电流信息。

[0017] 为实现上述目的，本发明还提供一种受控源，包括，控制源端和受控源端，所述控制源端已知电压电流，所述受控源端为浮动电压的电压源。

[0018] 进一步地，所述受控源端包括C1和C0两个接口，所述C1接口与半导体器件的栅极连接，所述控制源包括S1和S0两个接口，所述S1接口与所述半导体器件的漏极连接，所述C0接口、所述S0接口以及所述半导体器件的其余端点接地。

[0019] 为实现上述目的，本发明还提供一种半导体器件阈值电压仿真设备，包括存储器和处理器，所述存储器上储存有在所述处理器上运行的计算机指令，所述处理器运行所述计算机指令时执行如上文所述的半导体器件阈值电压仿真方法步骤。

[0020] 为实现上述目的，本发明还提供一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机指令，所述计算机指令运行时执行如上文所述的半导体器件阈值电压仿真方法步骤。

[0021] 本发明的一种半导体器件阈值电压仿真方法，具有以下有益效果：

[0022] 能够快速且准确的仿真得到半导体器件阈值电压，减轻了阈值电压仿真所耗费的时间，提高了效率。

[0023] 本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。

附图说明

[0024] 附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，并与本发明的实施例一起，用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：

[0025] 图1为根据本发明的半导体器件阈值电压仿真方法流程图；

[0026] 图2为根据本发明的受控源结构示意图；

[0027] 图3为根据本发明的半导体器件阈值电压仿真方法示意图。

具体实施方式

[0028] 以下结合附图对本发明的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。

[0029] 图1为根据本发明的半导体器件阈值电压仿真方法流程图，下面将参考图1，对本发明的半导体器件阈值电压仿真方法进行详细描述。

[0030] 首先，在步骤101，提取电路中所有器件特征参数并转换为spice仿真器中对应的网表。

[0031] 优选地，电路由半导体器件和受控源(known Voltage Current control Voltage Floating VCVF)构成，图2为根据本发明的受控源结构示意图，如图2所示，本发明的受控源，包括控制源端和受控源端，控制源端已知电压电流，受控源端为浮动电压的电压，受控源端具有C1和C0两个接口，C0接地，C1与半导体器件的栅极连接；控制源端具有S1和S0两个接口，S0接地，S1与半导体器件的漏极连接，半导体器件的其余端点接地，控制源端电压值为v_value、电流值为i_value。

[0032] 在步骤102，在spice仿真器中，对网表中的所有器件建立跨导矩阵。该步骤中，跨导矩阵作为一种公知技术，是spice仿真的基础。跨导矩阵是指在当前条件下，对电流电压关系进行一阶求导，然后根据基尔霍夫定理建立矩阵。半导体器件跨导矩阵为已知技术，此处只重点介绍VCVF跨导矩阵。

[0033] 本发明实施例中，受控源(以下简称VCVF)所对应的变量为6个，分别为S1,S0,C1,C0点所对应电压、以及控制源端电流Isouce、受控源端电流Icontrol。

[0034] VCVF所对应的等式两个，分别为：

[0035] 控制源端电压v_value＝V(s1)-V(s0)；

[0036] 控制源端电流Isource＝i_value。

[0037] 根据上述描述，按照跨导理论，VCVF所对应的跨导矩阵如下表所示：

[0038]

[0039] 在步骤103，对所有器件的跨导矩阵进行迭代求解。该步骤中，当所有器件跨导矩阵建立成功后，解矩阵，收敛成功后得到电路中电压、电流的信息。

[0040] 下面结合一具体实施例对本发明的半导体器件阈值电压仿真方法做进一步的说明。

[0041] 图3为根据本发明的半导体器件阈值电压仿真方法示意图。

[0042] 该电路具体由一个半导体器件(此处以NMOS器件为例)和一个VCVF构成。其中NMOS gate(栅极)端与VCVF C1端连接，drain(漏极)端与VCVF S1端连接。NMOS其余端点接地，VCVF中，C0、S0端接地。VCVF控制源端电压值为v_value、控制源端电流值为i_value。该电路在spice仿真器中可以仿真得到VCVF C1端所对应电压。

[0043] 具体仿真过程描述如下：

[0044] 第一步，将图3转换为spice仿真器中对应的网表。具体表达式如下：

[0045] w s1 0 VCVF c1 0 v_value i_value

[0046] m1 s1 c1 0 0 nmos

[0047] spice网表是描述电路连接结构的一种方式，作为公知技术被广泛使用。此处网表所表达含义与图3中的电路说明一致。W是指VCVF器件的名字。VCVF是一类型器件的统称，在一个电路中可以有多个VCVF,为了区别不同的VCVF,会为不同的VCVF器件取不同的名字，以加以区分。s1 s0为控制源端口，c1 c0为受控源端口，v_value为电压值，i_value为电流值。m1为nmos器件的名字。

[0048] 第二步，在spice仿真器中，需要对网表中的所有器件建立跨导矩阵。跨导矩阵作为一种公知技术，是spice仿真的基础。跨导矩阵是指在当前条件下，对电流电压关系进行一阶求导，然后根据基尔霍夫定理建立矩阵。nmos器件跨导矩阵为已知技术，此处只重点介绍VCVF跨导矩阵,其对应的跨导矩阵如下表所示。

[0049] VCVF所对应的变量为6个，分别为S1,S0,C1,C0点所对应电压、以及控制端电流Isouce、受控端电流Icontrol。

[0050] VCVF所对应的等式两个，分别为：

[0051] 控制端电压V(s1)-V(s0)＝v_value

[0052] 控制端电流Isource＝i_value

[0053] 根据上述描述，按照跨导理论，VCVF所对应的跨导矩阵如下表所示：

[0054]

[0055] 第三步，迭代求解。当所有器件跨导矩阵建立成功后，解矩阵，收敛成功后(此处解矩阵等技术相对比较成熟，不再详细描述)，就可以得到电路中电压、电流的信息。本例中，得到的是Icontrol即gate端所对应电流。

[0056] 本发明提出了一种半导体器件阈值电压仿真方法，在本文所描述的快速仿真方法中，在spice仿真器中引入一种新的受控源(VCVF)。具体的在半导体器件阈值电压仿真中，VCVF的控制端电压设为Vd，VCVF的控制端电流设为Icon，通过spice矩阵求解可以直接、快速、准确得到阈值电压Vg。

[0057] 为实现上述目的，本发明还提供一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机指令，所述计算机指令运行时执行如上文所述的半导体器件阈值电压仿真方法步骤。

[0058] 为实现上述目的，本发明还提供一种半导体器件阈值电压仿真设备，包括存储器和处理器，所述存储器上储存有在所述处理器上运行的计算机指令，所述处理器运行所述计算机指令时执行如上文所述的半导体器件阈值电压仿真方法步骤。

[0059] 本领域普通技术人员可以理解：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

标题	发布/更新时间	阅读量
阈值电压分析-专利编号CN106537159B	2020-05-11	109
振幅阈值检测器-专利编号CN106357244B	2020-05-13	900
振幅阈值检测器-专利编号CN106533400B	2020-05-11	1105
阈值结账-专利编号CN1637752A	2020-05-11	116
传感器阈值电路-专利编号CN101548158B	2020-05-12	260
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亚阈值CMOS基准源-专利编号CN102176185B	2020-05-12	442
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