本發明涉及半導體器件建模技術領域，更具體地，涉及一種考慮溫度效應的射頻mos器件的建模方法。

背景技術：

隨著半導體技術的發展，射頻集成電路的應用領域越來越廣。集成電路的產品會應用于各種場景，不可避免的會使器件工作在不同溫度條件下，比如工業級集成電路產品的工作溫度范圍可達-40°到125°，所以建立準確的適用于不同溫度條件的器件模型就尤為必要。當器件工作在射頻領域時，其寄生因素的影響不可忽略，這些寄生電阻、寄生電容和寄生電感的值需要仔細的計算，即在對射頻mos器件的建模時，需要通過實驗在本征模型之外準確提取各寄生元件的值。

目前業界對于射頻mos器件在不同溫度范圍內的建模方案主要集中在對本征模型中的相關參數引入溫度參數，而這些參數會由不同溫度下的直流測試數據確定。而各寄生元件的值，僅在常溫下提取。這就可能導致在非常溫下器件的直流測試數據與射頻條件下的器件關鍵指標測試值與模型仿真值難以同時吻合。并且從物理角度分析，各寄生元件由于材料特性等原因，其元素值也客觀存在與溫度的變化關系，所以在射頻mos器件的建模過程中，引入各寄生元件的溫度模型，就顯得非常必要。

技術實現要素：

本發明的目的在于克服現有技術存在的上述缺陷，引入一種包含了mosfet器件的寄生器件的溫度模型，使mosfet器件模型的擬合在溫度變化的情況下更加準確，使不同溫度下的器件直流測試數據及射頻條件下的關鍵指標均能得到較好擬合。

為了達到以上目的，本發明公開了一種考慮溫度效應的射頻mos器件的建模方法，包括以下步驟：

步驟s01：建立包含本征晶體管、寄生電阻、寄生電容和寄生二極管的mos器件的子電路模型架構；

步驟s02：獲取射頻mos器件在不同測試溫度下的直流測試數據，擬合所述本征晶體管的溫度參數；

步驟s03：確定所述寄生二極管的溫度模型；

步驟s04：確定所述寄生電容和所述寄生電阻的溫度模型；

步驟s05：計算所述射頻mos器件子電路模型架構的關鍵指標，并迭代校正所述本征晶體管、所述寄生電阻、所述寄生電容和所述寄生二極管中的溫度參數，使得仿真計算得到的關鍵指標與所述射頻mos器件測試得到的關鍵指標滿足誤差要求。

優選地，所述步驟s03，s04中，需建立溫度模型的所述寄生電阻包括括柵極寄生電阻rg，漏極寄生電阻rd,源極寄生電阻rs,襯底寄生電阻rb,漏極襯底寄生電阻rdb,源極襯底寄生電阻rsb；所述寄生電容包括柵源寄生電容cgs，柵漏寄生電容cgd，源漏寄生電容cds；所述寄生二極管包括漏極寄生二級管dd和源極寄生二極管ds。

優選地，所述步驟s03中所述寄生二極管的溫度模型的確定方法如下：

步驟s031：基于所述射頻mos器件的源漏區及襯底的摻雜情況，設計與所述射頻mos器件的所述漏極寄生二級管dd和所述源極寄生二極管ds對應的獨立二極管作為測試結構；

步驟s032：測試與所述漏極寄生二級管dd和所述源極寄生二極管ds對應的所述獨立二極管在不同測試溫度下的iv,cv數據；

步驟s033：基于上述測試數據，確定所述漏極寄生二級管dd和所述源極寄生二極管ds的溫度模型。

優選地，所述步驟s04中所述寄生電阻和所述寄生電容的溫度模型的確定方法如下：

步驟s041：將所述mos器件的源極s和襯底b短接至地，將柵極g和漏極d分別作為1,2端口，形成二端口網絡；使用不同的偏置條件包括零偏置在器件工作范圍內的不同柵壓和漏壓組合，獲取器件在一定頻率范圍內的二端口s參數；

步驟s042：對步驟s041中獲取的所述s參數進行去嵌處理，得到去嵌后s參數；

步驟s043：將所述去嵌后s參數轉化為y參數和z參數，y參數包括四個分量，分別為y11,y12,y21,y22，z參數包括四個分量，分別為z11,z12,z21,z22；

步驟s044：在測試頻率范圍內，擬合y11的虛部確定所述柵源寄生電容cgs的電容值，擬合y12的虛部確定所述柵漏寄生電容cgd的電容值,擬合y22的虛部確定所述源漏寄生電容cds的電容值，同時擬合y22和z22的實部確定所述襯底寄生電阻rb的電阻值、漏極襯底寄生電阻rdb和源極襯底寄生電阻rsb的電阻值，同時擬合y11,y12,z11的實部確定所述柵極寄生電阻rg的電阻值、所述漏極寄生電阻rd和所述源極寄生電阻rs的電阻值；

步驟s045：迭代步驟s041～s044，使所述y參數和所述z參數的仿真值與測試值的誤差滿足要求，獲得不同測試溫度下的所述寄生電阻的電阻值和所述寄生電容的電容值；

步驟s046：建立所述寄生電阻的電阻值和所述寄生電容的電容值與溫度間的函數。

優選地，所述步驟s02中，所述測試溫度至少包括最低溫度-40℃，常溫25℃和最高溫度125℃。

優選地，所述步驟s032中，所述測試溫度至少包括最低溫度-40℃，常溫25℃和最高溫度125℃。

優選地，所述步驟s045中，所述測試溫度至少包括最低溫度-40℃，常溫25℃和最高溫度125℃。

優選地，所述步驟s02中，所述直流測試數據包括不同柵壓，漏壓，體偏置下的電流電壓曲線；所述本征晶體管的溫度參數包括閾值電壓，遷移率，飽和速度，ldd電阻。

優選地，所述步驟s05中，所述的關鍵指標包括截止頻率ft,最大頻率fmax。

優選地，所述步驟s46中，所述函數是多項式函數。

從以上技術方案可以看出，本發明通過引入了寄生元件的溫度模型，使射頻mos器件模型的擬合更加準確，通過迭代調整寄生元件溫度模型的相關參數及本征模型溫度的相關參數，可使不同溫度下的器件直流數據及射頻條件下的關鍵指標均能與測試數據得到較好擬合,為射頻mos器件在不同溫度的應用提供了基礎。

附圖說明

圖1是本發明的一種考慮溫度效應的射頻mos器件的建模方法的流程示意圖。

圖2是本發明一實施例中的射頻mosfet子電路模型的示意圖。

具體實施方式

下面結合附圖，對本發明的具體實施方式作進一步的詳細說明。

需要說明的是，在下述的具體實施方式中，在詳述本發明的實施方式時，為了清楚地表示本發明的結構以便于說明，特對附圖中的結構不依照一般比例繪圖，并進行了局部放大、變形及簡化處理，因此，應避免以此作為對本發明的限定來加以理解。

在以下本發明的具體實施方式中，請參閱圖1，圖1是本發明的一種考慮溫度效應的射頻mos器件的建模方法的流程示意圖。如圖1所示：本發明的一種考慮溫度效應的射頻mos器件的建模方法，包括以下步驟：

步驟s01：建立包含本征晶體管、寄生電阻、寄生電容和寄生二極管的射頻mos器件的子電路模型架構。

由于布線等原因，在目標元件即本征晶體管之外，mos器件中不可避免的存在一些寄生元件。本實施例采用如圖2所示的子電路架構模型來表示射頻mos器件的寄生情況，該模型由本征晶體管及晶體管外圍的寄生元件組成。其中本征晶體管的四個端口為柵極gi，漏極di,源極si和襯底bi。寄生元件由各極及其之間的寄生電阻、各極之間的寄生電容以及寄生二極管組成。寄生電阻包括柵極寄生電阻rg、漏極寄生電阻rd、源極寄生電阻rs、襯底寄生電阻rb、源極襯底寄生電阻rsb和漏極襯底寄生電阻rdb；寄生電容包括柵源寄生電容cgs、柵漏寄生電容cgd和源漏寄生電容cds；寄生二極管包括漏極寄生二級管dd和源極寄生二極管ds。最終，由上述本征晶體管及寄生元件組成的子電路模型的出口分別為柵極g、漏極d、源極s和襯底b。

寄生電阻的電阻值分別為rg，rd，rs，rb，rsb，rdb；電容值分別為cgs，cgd，cds。其中源漏極引入的寄生電阻及源漏襯底寄生電阻依據源極漏極的叉指數作比例化處理，即rs/rd＝nd/nsrsb/rdb＝nd/ns，其中nd，ns分別為漏極和源極的叉指數量。

步驟s02：獲取射頻mos器件在不同測試溫度下的直流測試數據，擬合所述本征晶體管的溫度參數。

通過測試射頻mos器件在直流下的情況，可以擬合本征晶體管的溫度參數。選取至少三個測試溫度，分別是mos器件的最低工作溫度(-40℃)，常溫(25℃)，最高工作溫度(125℃)，測量在不同柵壓，漏壓，體偏置下的電流電壓曲線。基于不同測試溫度下的電流電壓曲線擬合本征晶體管模型中的溫度相關參數，包括閾值電壓，遷移率，飽和速度，ldd(lightlydopeddrain)電阻等模型。測試溫度的個數越多，通過擬合得到的溫度參數越準確。

步驟s03：確定所述寄生二極管的溫度模型。

設計獨立二極管作為測試結構，以確定所述寄生二極管的溫度模型，測試溫度與直流數據測試溫度相同。其方法如下：

步驟s031：基于所述射頻mos器件的源漏區及襯底的摻雜情況，設計與所述射頻mos器件的所述漏極寄生二級管dd和所述源極寄生二極管ds對應的獨立二極管作為測試結構。

不同的射頻mos器件對應于不同情況的源漏區及襯底的摻雜，因此寄生二極管的特性也隨之變化，因此設計不同類型的獨立二極管作為測試結構。

步驟s032：測試與所述漏極寄生二級管dd和所述源極寄生二極管ds對應的所述獨立二極管在不同測試溫度下的iv,cv數據。

步驟s033：基于上述測試數據，確定所述漏極寄生二級管dd和所述源極寄生二極管ds的溫度模型。

擬合上述測試數據確定對應獨立二極管的模型參數，基于mos器件版圖尺寸確定所述漏極寄生二級管dd和所述源極寄生二極管ds的周長面積等幾何尺寸參數，將上述幾何尺寸參數代入上述二極管模型從而確定所述漏極寄生二級管dd和所述源極寄生二極管ds的溫度模型。

步驟s04：確定所述寄生電容和所述寄生電阻的溫度模型。

利用二端口網絡的參數特性，以確定寄生電容和寄生電阻的溫度模型，測試溫度與直流數據測試溫度相同。其方法如下：

步驟s041：將所述mos器件的源極s和襯底b短接至地，將柵極g和漏極d分別作為1,2端口，形成二端口網絡；使用不同的偏置條件包括零偏置(柵壓，漏壓為零)、在器件工作范圍內的不同柵壓和漏壓組合，獲取器件在一定頻率范圍內的二端口s參數(散射參數)。

步驟s042：對步驟s041中獲取的所述s參數進行去嵌處理，得到去嵌后s參數。

由于測試時不可避免會引入測試墊的寄生效應，因此需要對測試得到的s參數進行去嵌處理。

步驟s043：將所述去嵌后s參數轉化為y參數(導納參數)和z參數(阻抗參數)，y參數包括四個分量，分別為y11,y12,y21,y22，z參數包括四個分量，分別為z11,z12,z21,z22。

根據二端口網絡理論，可以將s參數轉化為為y參數(導納參數)和z參數(阻抗參數)，y參數和z參數均包含四個分量，分別為y11,y12,y21,y22和z11,z12,z21,z22。

步驟s044：在測試頻率范圍內，擬合y11的虛部確定所述柵源寄生電容cgs的電容值，擬合y12的虛部確定所述柵漏寄生電容cgd的電容值,擬合y22的虛部確定所述源漏寄生電容cds的電容值，同時擬合y22和z22的實部確定所述襯底寄生電阻rb的電阻值、漏極襯底寄生電阻rdb和源極襯底寄生電阻rsb的電阻值，同時擬合y11,y12,z11的實部確定所述柵極寄生電阻rg的電阻值、所述漏極寄生電阻rd和所述源極寄生電阻rs的電阻值。

結合本實施例的子電路模型，可以根據y參數和z參數的值確定子電路模型中各寄生電阻的電阻值和寄生電容的電容值，分別是擬合y11的虛部確定所述柵源寄生電容cgs的電容值，擬合y12的虛部確定所述柵漏寄生電容cgd的電容值,擬合y22的虛部確定所述源漏寄生電容cds的電容值，同時擬合y22和z22的實部確定所述襯底寄生電阻rb的電阻值、漏極襯底寄生電阻rdb和源極襯底寄生電阻rsb的電阻值，同時擬合y11,y12,z11的實部確定所述柵極寄生電阻rg的電阻值、所述漏極寄生電阻rd和所述源極寄生電阻rs的電阻值。

步驟s045：迭代步驟s041～s044，使所述y參數和所述z參數的仿真值與測試值的誤差滿足要求，獲得測試溫度下的所述寄生電阻的電阻值和所述寄生電容的電容值。

步驟s046：建立所述寄生電阻的電阻值和所述寄生電容的電容值與溫度間的函數。

對在不同測試溫度下，得到的寄生電阻的電阻值和寄生電容的電容值，進行擬合，可以得到寄生電阻和寄生電容的溫度模型。擬合方法可采用多項式擬合，本實施例采用如下二次項公式進行擬合，

rg(t)＝rg(1+trg1(t-25)+trg2(t-25)²)

rd(t)＝rd(1+trd1(t-25)+trd2(t-25)²)

rb(t)＝rb(1+trb1(t-25)+trb2(t-25)²)

rdb(t)＝rdb(1+trdb1(t-25)+trdb2(t-25)²)

cgs(t)＝cgs(1+tcgs1(t-25)+tcgs2(t-25)²)

cgd(t)＝cgd(1+tcgd1(t-25)+tcgd2(t-25)²)

cds(t)＝cds(1+tcds1(t-25)+tcds2(t-25)²)

其中溫度差(t-25)一次方的系數txx1為一階溫度系數，溫度差二次方的系數txx2為二階溫度系數。通過擬合上述函數，建立所述寄生電阻的電阻值和所述寄生電容的電容值與溫度間的函數。

步驟s05：計算所述射頻mos器件子電路模型架構的關鍵指標，包括mos器件的截止頻率ft,最大頻率fmax等，并迭代校正所述本征晶體管、所述寄生電阻、所述寄生電容和所述寄生二極管中的溫度參數，使得仿真計算得到的關鍵指標與所述射頻mos器件測試得到的關鍵指標滿足誤差要求。

迭代校正本征晶體管的溫度參數與各寄生元件模型中的溫度參數，使器件不同溫度下的直流數據，及mos器件的截止頻率ft,最大頻率fmax等關鍵指標均達到誤差要求范圍，完成對射頻mos器件的高低溫模型建模。

從上述技術方案可以看出，本發明通過引入了寄生元件的溫度模型，使射頻mos器件模型的擬合更加準確，通過迭代調整寄生元件溫度模型的相關參數及本征模型溫度的相關參數，可使不同溫度下的器件直流數據及射頻條件下的關鍵指標均能與測試數據得到較好擬合,為射頻mos器件在不同溫度應用的提供了基礎。

以上所述的僅為本發明的優選實施例，所述實施例并非用以限制本發明的專利保護范圍，因此凡是運用本發明的說明書及附圖內容所作的等同結構變化，同理均應包含在本發明的保護范圍內。