集成PMOS管變?nèi)萏匦苑治雠c仿真建模

摘要：為適應(yīng)PMOS變?nèi)莨茉?a class="contentlabel" href="http://butianyuan.cn/news/listbylabel/label/集成">集成電路設(shè)計(jì)中的晶體管級(jí)仿真，在分析MOS變?nèi)莨?a class="contentlabel" href="http://butianyuan.cn/news/listbylabel/label/特性">特性的基礎(chǔ)上，通過確定關(guān)鍵點(diǎn)、以曲線擬合的方法建立與工藝參數(shù)相關(guān)的PMOS集成變?nèi)莨芨哳l特性模型。選用Charted 0．35μm這個(gè)特定的工藝庫，并離散地改變電容連接的PMOS靜態(tài)偏壓、用HSpice仿真并對(duì)寄生電容提取后描繪出變?nèi)?a class="contentlabel" href="http://butianyuan.cn/news/listbylabel/label/特性">特性的準(zhǔn)靜態(tài)曲線；用Matlab對(duì)所建的簡化高頻變?nèi)菽Ｐ瓦M(jìn)行仿真、得出高頻變?nèi)萸€。仿真與理論結(jié)果相比較表明：PMOS集成變?nèi)莨芨哳l簡化模型的正確性。
關(guān)鍵詞：PMOS管；準(zhǔn)靜態(tài)曲線；特性曲線；高頻特性模型；變?nèi)菽Ｐ?br />
0 引言
變?nèi)莨苁菈嚎卣袷幤鳌⒄{(diào)頻器、鎖相環(huán)等電路的關(guān)鍵部件。傳統(tǒng)的分立電子線路常采用特制的二極管作為變?nèi)莨?，所用材料多為硅或砷化鎵單晶，并采用外延工藝技術(shù)。自動(dòng)頻率控制(AFC)和調(diào)諧所用的小功率變?nèi)荻O管通常采用硅的擴(kuò)散型二極管，也采用合金擴(kuò)散、外延結(jié)合、雙重?cái)U(kuò)散等特殊工藝制作。作為壓控器件，這些傳統(tǒng)變?nèi)荻O管的品質(zhì)因數(shù)很小，并且工藝也有特別的要求。這將不便和CMOS工藝兼容從而限制了它在CMOS模擬集成電路中的應(yīng)用。因而，研究用CMOS工藝制作具有變?nèi)萏匦缘腗OS管代替一般變?nèi)荻O管是普通工藝下IC設(shè)計(jì)很有意義的一項(xiàng)工作。雖然，人們對(duì)MOS電容的壓控變?nèi)萏匦赃M(jìn)行了廣泛而深入的研究，但對(duì)CMOS工藝集成的PMOS作變?nèi)莨艿难芯坎⒉欢嘁?。本文針?duì)CMOS工藝下的PMOS壓控變?nèi)萏匦赃M(jìn)行研究，并對(duì)其高頻交變壓控特性建模，為CMOS工藝兼容高頻電路的晶體管級(jí)仿真提供簡化模型。

1 MOS結(jié)構(gòu)電容的壓控特性分析
1．1 理想MIS結(jié)構(gòu)電容的壓控特性
根據(jù)半導(dǎo)體表面電場效應(yīng)，通常按照多子堆積狀態(tài)、多子耗盡狀態(tài)及少子反型狀態(tài)3種彼此孤立的理想情況對(duì)MIS結(jié)構(gòu)電容的壓控特性進(jìn)行理論分析。但實(shí)際上，3種情況間出現(xiàn)過渡過程，如堆積狀態(tài)與耗盡狀態(tài)間經(jīng)過有平帶狀態(tài)、耗盡狀態(tài)過渡到反型狀態(tài)經(jīng)歷弱反型直至強(qiáng)反型態(tài)，所以其壓控特性是連續(xù)變化的。倘若交變電壓頻率較高時(shí)，反型層中少子的產(chǎn)生與復(fù)合跟不上外電場的變化，其數(shù)量基本不變、空間電荷區(qū)的電容仍然由耗盡區(qū)的電荷變化決定的。因此，在反型區(qū)內(nèi)電容的壓控特性有準(zhǔn)靜態(tài)和高頻情形之區(qū)別，如圖1所示。