微电子器件与电路模型第1章、无源器件

1、微电子器件模型电子信息微电子与固体电子学参考文献通用电路模拟技术及应用真，1994年，电子工业半导体器件模型和工艺模型，1986年，科学内容序章：建立模型的意义第1章 无源元件模型集成电路的层电阻模型电容模型第2章 二极管模型第3章 双极型晶体管模型第4章噪声模型基础第5章 宏模型简介第1章、无源器件模型集成电路中的无源器件包括电阻、电容和电感。本节将从模型、计算和应用等方面分别无源器件模型加以介绍。1、电阻标称电阻R、方块电阻RSH（R）LLLR Wttt RSH ( R ) WWRSH ( R ) 面积长度的电阻值S型电阻C1幻灯片 5C1面积使电阻减小，在分母。长度使电阻增大。CommU

2、ser, 2006-12-17模拟中的参数1、电阻电阻模型考虑集成工艺参数与电学特性的电阻模型参数模型参数定义缺省值1 RSH薄膜方块电阻/02 DEFW缺省宽度m1E-63 dL长度边缘腐蚀窄化量m04 dW宽度边缘腐蚀窄化量m05 TC1一阶温度系数1/06 TC2二阶温度系数1/207 R电阻因子18 VC1线性电压系数V-109 VC2二次电压系数V-201、电阻电阻模型标称电阻RES的计算RES RSH L dLW dW考虑温度特性的电阻修正公式RES(temp) RES(tnom) R 1 TC1 (temp tnom) TC2 (temp tnom)2 tnomtemp给定电阻值

3、时的标称温度实际分析温度RES(tnom)或R0标称温度下的电阻阻值或电路描述语句中所赋予的电阻阻值电阻因子，由电阻阻值随电压变化(非线性)引起R1、电阻电阻模型考虑电学特性的电阻修正公式RES R R 1VC1V VC2 V 2 0电阻两端的电压电路描述语句中所赋予的电阻阻值VR0总的电阻修正公式RES(temp) RES(tnom) R1VC1V VC2 V 2 1 TC1 (temp tnom) TC2 (temp tnom)2 制造厂提供的工艺模型参数1、电阻集成电路中的电阻器件绝对容批（匹配）容差：指单个器差：指一批器件件本身的误差相互之间的误差电阻典型薄层方块电阻（/）典型阻值（）

4、DEV容差（%）LOT容差（%）温度系数（ppm/）双极电阻基区扩散电阻1005005050K20(W=5U)10(W20U)2(W=5U)0.2(W=50U)基区夹层电阻2K10K10K1MEG5010发射区扩散电阻2105100303+600外延电阻2K1K100K305外延夹层电阻2K10K10K500K5010M O S电阻离子注入电阻2K5001MEG32(W=5U)0.15(W=50U)100+300多晶硅电阻50100MEG100100MEG100.22()NiCr薄膜电阻4040010050K51(W=25U)+1001、电阻建模方法一CSMC 0.6m library中模型名

5、节点.subckt rhr1k n1 n2 l=length w=width.param dl=1.443u dw=0.162u多晶硅电阻的Hspice网表模型外部可修改的参数定义.param rsh=995.792 ptc1=-3.04e-03 ptc2=1.15e-05 pvc1=-4.36e-03+ pvc2=-2.73e-03 pt=temper.param tfac=1.0+ptc1*(pt-25)+ptc2*(pt-25)*(pt-25)r1 n1 n2 rsh*(l-dl)/(w-dw)*(1+pvc1*abs(v(n2,n1)+pvc2*v(n2,n1)*v(n2,n1)*tf

6、ac.ends rhr1k参数定义模型描述RES (temp) RSH L dL (电阻因子R取缺省值1)W dW1 VC1V VC 2 V 2 指明是电阻1 TC1 (temp tnom) TC2 (temp tnom)2 调用该电阻的描述语句Xr1 1 2 rhr1k l=20 W=2实例名建模方法一，指明了模型参数与器件数值的关系，用在常规器件建模中，如电 阻，在使用不同的层时（多晶硅，阱，注入，扩散），用不同工艺时（.35 ，.18u）的模型参数（缺省值由制造商给出）与器件数值的关系。1、电阻建模方法二若采用电压控制电流源描述，则电阻pspice网表模型为模型名节点.subckt rh

7、r1k n1 n2 PARAMS:l=10u w=10u dl=1.443u dw=0.162u+ rsh=995.792 ptc1=-3.04e-03 ptc2=1.15e-05 pvc1=-4.36e-03+ pvc2=-2.73e-03 pt=temperEvalue E1 0 tfac=1.0+ptc1*(pt-25)+ptc2*(pt-25)*(pt-25)Evalue E2 0 vfac=1.0+pvc1*abs(v(n2,n1)+pvc2*v(n2,n1)*v(n2,n1) Evalue E3 0 rvalue= rsh*(l-dl)/(w-dw)*vfac*tfac参数定义采用

8、受控源描述的参数模型描述Gvalue G1 n1 n2=V(n2,n1)/V(rvalue).ends rhr1k用受控源表示的函数调用该电阻的描述语句Xr1 1 2 rhr1k PARAMS:实例名l=20 W=2V (n2, n1)n2 GvalueG1n1rvalue建模方法二，除了指明了模型参数与器件数值的关系，还给出直流模型，用在新器件建模中使用，如隧道二极管等。二极管，2、电容介电常数、电容0 =8.854 10(F/m)12C 0r /tox (fF/m )2空间的介电常数面积电容r介质层的相对介电常数tox介质层的厚度对二氧化硅介质，r=3.9，若tox=1m，则单位面积电容

9、34.5aF/m2CoxfF/m边长电容底面电容与侧壁电容2、电容模型与计算考虑集成工艺参数与电学特性的电容模型参数模型参数定义缺省值1 CJ结底面电容F/m22 CJSW结侧壁电容F/m3 DEFW缺省器件宽度m1E64 NARROW边缘腐蚀窄化量m05 TC1一阶温度系数1/06 TC2二阶温度系数1 /207 C电容因子18 VC1线性电压系数V-109 VC2二次电压系数V-202、电容模型与计算2（LW）为边长电容的计算CAP CJ (L NARROW ) (W NARROW )2 CJSW (L W 2 NARROW )考虑电容随电压及温度改变的变容特性和温度特性后，总的电容修正公

10、式CAP C0 C1VC1V VC2 V 2 1 TC1 (temp tnom) TC2 (temp tnom)2 VC0电容两端的电压电路描述语句中所赋予的电容值2、电容一个0.25工艺电容参数2、电容集成电路中的电容器件绝对容差批（匹配）容差电容种类部位零偏面积结电容（ /mm2）DEV容差（%）LOT容差（%）温度系数（ppm/）B=0.1cmB=0.5cmB=1.2cmP N结电容EN结发射结侧面100010001000205100底面600450350BC结集电结350200150205100CS结（衬底)结侧面240150100底面100100100M O S电容SO2介质电容密度

11、：（26）10-4/m220120Si3N4介质电容密度：（615）10-4/m22014+102、电容边缘电容边缘电容 Fringe Capacitor (Lateral Flux Capacitor)有效地利用金属边缘（横向）的电容。2、电容电容的估算A WLC 标准电容公式（A为平板面积）HH当平板尺寸比平板间距H大得多时，上式比较精确。但当平板尺寸与平板间距可相比拟时，则需考虑边缘效应。对边缘效应较粗略的一阶校正在计算平板面积时W和L都增加2H，并取HtoxC (W 2H )(L 2H ) WL 2W 2L( ) Hox0HHW面积电容)W)2、电容建模方法一简单的PIP电容的Hspi

12、ce网表模型外部可修改的参数定义模型名节点.subckt cpip n1 n2 l=length w=width.param area=length*width.param c0=7.27e-04 ptc1=2.09e-05 ptc2=3.72e-08 pvc1=-7.72e-05+ pvc2=-9.12e-06 pt=temper.param tfac=1.0+ptc1*(pt-25.0)+ptc2*(pt-25.0)*(pt-25.0) .param vfac= 1+pvc1*(v(n2,n1)+pvc2*v(n2,n1)*v(n2,n1) c1 n1 n2 c0*area*vfac*tf

13、ac.ends cpip参数定义模型描述CAP C0 L W1VC1V VC2 V 2 (C0为面积电容)(电容因子C取缺省值1）1 TC1(temp tnom) TC2 (temp tnom)2 调用该电容的描述语句Xc1 1 2 cpip l=20 W=20实例名2、电容建模方法二，瞬态模C r0 A标准电容公式toxdV C C dtIC电容两端的电压与其电流的关系电容的Pspice建模电压控制的电压源V(n3)用于产生微分器的输入电压信号，控制电压为电容两端的电压V(n1,n2 )电容采用压控电容模型，其由电压控制的电流源IC、电压控制的电压源V(n3)和微分器d/dt共同产生dC10

14、0MEvalue V (n1, n2)Gvalue Ar0 V(I )dtox电容的Pspice模型2、电容建模方法二简单的PIP电容的Hspice网表模型模型名节点.subckt cpip n1 n2 PARAMS:l=10u w=10u r0=1.0996e-12 tox=1.0e-6+ ptc1=2.09e-05 ptc2=3.72e-08 pvc1=-7.72e-05 pvc2=-9.12e-06 pt=temperEvalue E1 0 tfac=1.0+ptc1*(pt-25.0)+ptc2*(pt-25.0)*(pt-25.0) Evalue E2 0 vfac= 1+pvc1*(v(n2,n1)+pvc2*v(n2,n1)*v(n2,n1) Evalue E3 0 cvalue=