spice模型.ppt

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1、二极管及其SPICE模型PN结是微电子器件的基本结构之一，集成电路和半导体器件的大多数特性都是PN结相互作用的结果。如果通过某种方法使半导体中一部分区域为P型，另一部分区域为N型，则在其交界面就形成了PN结。一般的二极管就是由一个PN结构成的，以PN结构成的二极管的最基本的电学行为是具有单向导电性，这在实际中有非常大的用处。二极管的电路模型在高频下，PN结的势垒电容Cj和扩散电容Cd变得很重要。势垒电容Cj计算表达式为：扩散电容Cd计算表达式为：参数名公式中符号SPICE中符号单位SPICE中缺省值饱和电流ISISA1.0E-14发射系数nN-

2、1串联体电阻RSRSΩ0渡越时间τTTTSec0零偏置时的势垒电容Cj0CJ0F0梯度因子mM-0.5PN结内建势垒V0VJV1二极管模型参数对照表二极管的噪声模型热噪声：闪烁（1/f）噪声和散粒噪声：双极型晶体管及其SPICE模型Ebers-Moll（即EM）模型和Gummel-Poon（即GP）模型是SPICE中的最常用的双极型晶体管模型。这两种模型均属于物理模型，其模型参数能较好地反映物理本质并且易于测量，便于理解和使用。一、双极型晶体管的EM模型尽管NPN（或PNP）晶体管可以设想为在两个N（或P）沟道层之间夹着一个P（或N）型区的对称

3、型三层结构。然而，根据第4章介绍的双极型晶体管版图可知，NPN（或PNP）晶体管的集电区与发射区的形状及掺杂浓度都不一样，从而导致了αR与αF的巨大差别，因此这两个电极不能互换。EM2模型EM小信号等效电路参数名公式中符号SPICE中符号单位SPICE默认值饱和电流ISISA10－16理想最大正向电流增益αFBF－100理想最大反向电流增益αRBR－1正向厄利（欧拉）电压VAFVAFV∞反向厄利（欧拉）电压VARVARV∞基极-发射极结梯度因子mEMJE－0.33基极-集电极结梯度因子mCMJC－0.33衬底结指数因子msMJS－0.0基极-发

4、射极内建电势VE0VJEV0.75基极-集电极内建电势VC0VJCV0.75衬底结内建电势VS0VJSV0.75双极型晶体管部分模型参数在SPICE中的符号名称二、双极型晶体管的GP模型GP模型在以下几方面对EM2模型作了改进：1）GP直流模型反映了集电结上电压的变化引起有效基区宽度变化的基区宽度调制效应，改善了输出电导、电流增益和特征频率；反映了共射极电流放大倍数β随电流和电压的变化。2）GP小信号模型考虑了正向渡越时间τF随集电极电流IC的变化，解决了在大注入条件下由于基区展宽效应使特征频率fT和IC成反比的特性。3）考虑了大注入效应，改善

5、了高电平下的伏安特性。4）考虑了模型参数和温度的关系。5）根据横向和纵向双极晶体管的不同，考虑了外延层电荷存储引起的准饱和效应。MOS场效应晶体管及其SPICE模型MOS场效应晶体管是是现代集成电路中最常用的器件。MOS管的结构尺寸不断缩小已经到了深亚微米甚至纳米范围，多维的物理效应和寄生效应使得对MOS管的模型描述带来了困难。显然模型越复杂，模型参数越多，其模拟的精度越高，但高精度与模拟的效率发生矛盾。一、MOS场效应晶体管模型发展理想情况下，要找到一个精确描述器件在所有情况下行为的模型也许并不难。现实中，如果一个模型预测得到的性能与实际测量

6、得到的性能之间的误差保持在百分之几之内就已经令人满意了。Hspice为使用者提供了43种MOS管模型以供选择，SmartSpice公开支持的MOS管模型也有十多种。SPICE中将MOS场效应管模型分成不同级别，并用变量LEVEL来指定所用的模型。1）LEVEL＝1级别为1的MOS管模型又称MOS1模型，这是最简单的模型，适用于手工计算。MOS1模型是MOS晶体管的一阶模型，描述了MOS管电流电压的平方率特性，考虑了衬底调制效应和沟道长度调制效应，适用于精度要求不高的长沟道MOS晶体管。当MOS器件的栅长和栅宽大于10µm、衬底掺杂低，而我们又

7、需要一个简单的模型时，那么由Shichman和Hodges提出的MOS1模型是适合的。2）LEVEL＝2LEVEL＝2的MOS2模型在MOS1模型基础上考虑了一些二阶效应，提出了短沟道或窄沟道MOS管的模型，又被称为二维解析模型。MOS2模型考虑的二阶效应主要包括：（1）沟道长度对阈值电压的影响（2）漏栅静电反馈效应对阈值电压的影响（3）沟道宽度对阈值电压的影响（4）迁移率随表面电场的变化（5）沟道夹断引起的沟道长度调制效应（6）载流子漂移速度限制而引起的电流饱和效应3）LEVEL＝3即MOS3模型。MOS3模型是一个半经验模型，适用于短沟道器

8、件。MOS3模型中的阈值电压、饱和电流、沟道调制效应和漏源电流表达式等都是半经验公式，其模型参数大多与MOS2模型相同，但引入了三个新的模型参数：模拟