基于CMOS兼容工艺的器件模型和参数提取的研究

论文摘要

智能功率集成电路（SPIC）的出现,对于提高系统的可靠性,降低其成本、重量和体积,实现系统的小型化、智能化有着重要的意义。SPIC已经被广泛应用于通信、计算机、汽车电子及家用电器等领域中,大大推动了电子工业的进一步发展,被有关专家称为“第二次电子革命”。SPIC将高压器件和低压电路集成在一起,需要考虑专门的隔离技术。如果采用BCD技术,则工艺成本和对工艺精度的要求都较高。而依据陈星弼教授提出的优化横向变掺杂专利技术,可以设计出不采用BCD的方法而采用与普通CMOS兼容的新工艺的SPIC,既大大降低了成本,简化了外部电路设计的同时又显著提高了系统性能。本文正是基于这种兼容于CMOS的工艺,从器件模型和模型参数提取的角度研究SPIC的制作。本文首先介绍了模型的基本理论和参数提取的相关方法。回顾了MOSFET和BJT器件的模型分类和发展前沿。在介绍了使用的CMOS兼容工艺之后,详细讨论了提取MOSFET LEVEL=3级模型和BJT的Gummel-Poon模型参数的过程,包括数据的获取,器件结构的分析以及提取策略的优化选择,其中借助了软件MEDICI和AURORA。最后得到的模型和模型参数已被制作成模型库应用于电路仿真器Spectre,在SPIC电路设计和仿真中得到使用。本文还讨论了参数测试的方法和结果分析,重点讨论了MOSFET、pnp管和通过MOS电容结构提取少子寿命的测试分析,最后举例了通过参数测试分析电路失效的原因。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 SPIC及几个关键技术
• 1.2.1 隔离技术
• 1.2.2 高低压兼容工艺
• 1.2.3 功率器件
• 1.3 器件模型和模型参数
• 1.4 本课题的主要研究工作
• 第二章 模型简介
• 2.1 模型分类
• 2.2 模型质量评价
• 2.3 模型参数提取
• 第三章 MOSFET模型及模型参数提取
• 3.1 MOSFET的紧凑模型
• 3.1.1 伯克利模型介绍
• 3.1.2 模型的发展情况
• 3.2 CMOS兼容工艺
• 3.3 MOSFET模型参数提取
• 3.3.1 数据的获取
• 3.3.2 参数提取策略
• 第四章 BJT器件的模型参数提取
• 4.1 BJT模型介绍
• 4.1.1 Ebers-Moll模型
• 4.1.2 Gummel-Poon模型
• 4.2 器件结构
• 4.3 参数提取策略
• 第五章 模型参数测试与结果分析
• 5.1 普通MOSFET的测试与分析
• 5.2 BJT的测试与分析
• 5.3 少子寿命的测试
• 5.3.1 测量原理
• 5.3.2 测试与分析
• 5.4 其它测试结构和版图
• 5.5 参数测试对分析电路失效的作用
• 5.5.1 分析BJT管引起的基准源的失效问题
• 5.5.2 分析电流源电源调整率偏低的原因
• 第六章 总结
• 致谢
• 参考文献
• 攻硕期间取得的研究成果
• 个人简历