一种场效应晶体管的建模方法技术

本申请公开了一种场效应晶体管的建模方法，包括：建立FET的小信号本征部分等效电路，并由此获得内部本征参数与外部偏置的关系；构建FET的大信号模型，其包括栅极电荷源、漏极电荷源、栅极电流源、漏极电流源和NQS子电路；通过对端口电压进行路径积分，得到非线性电流源、电荷源与端口电压之间的关系；之后可使用查找表的方式储存或使用神经网络训练得到神经网络解析模型。本申请在电流源和电荷源的积分过程中，将NQS效应全部剔除，这种建模方式与NQS的物理机理一致，保证了小信号模型和大信号模型的统一，模型的精度不受频带的影响，也不需要使用高阶源，无论从模型的鲁棒性，精确度以及模型抽取的难度而言，都显著优于现有模型框架。型框架。型框架。

【技术实现步骤摘要】
一种场效应晶体管的建模方法


[0001]本申请涉及一种场效应晶体管(FET)，具体涉及一种场效应晶体管的建模方法，属于集成电路设计领域。

技术介绍

[0002]21世纪信息产业飞速发展，短短20年内通讯制式从2G跨越3G、4G，到现在的5G。高容量和低时延是5G通讯的核心，而高频率高功率放大器则是实现这两大目标的关键之一。众所周知，高频芯片存在的分布式效应以及封装引入的电磁和热效应导致芯片设计和调试异常复杂，因此基于EDA(电子设计自动化)设计的流程极为关键，而准确的晶体管射频非线性模型则是这一流程中最为复杂和重要的一环。
[0003]射频晶体管模型有以下几种类型：物理模型、物理集约模型、经验模型、查找表模型、神经网络模型以及行为模型。其中查找表和神经网络模型由于其对工艺的泛化能力在工业界中得到了广泛的应用，比如是德科技(Keysight)开发出的Root Model、NeuroFET、DynaFET等。Root模型最早由是德科技的专家David Root开发，该框架把DC(静态)电流和高频电流分开，两者的权重靠频率选择因子分配，该建模方法简单，且易实现自动化。但是该方法对热的建模不具有物理解释性，无法模拟热的瞬态扩散过程，更为关键的是Root模型对于高频场效应晶体管的NQS效应(非准静态效应，也即栅极电压对沟道电流的控制有时延)没有相应的建模方案，导致模型在一些场景精度无法满足芯片设计者的要求。NeuroFET在形式上只是用神经网络替换查找表中储存的电流、电荷与端口电压的映射关系，所以上述的Root模型的缺点NeuroFET也在。DynaFET对于热物理过程描述进行了改进，利用海量的时域非线性数据来训练模型参数，但模型架构仍然没有考虑NQS效应。
[0004]前述的现有模型可以归类为与工艺无关的模型(Technology independent model)，虽然模型经过迭代升级后对热和电荷陷阱等的描述更加科学和准确，但对于NQS的建模始终没有一个好的方案。一些文献中使用高阶电流源和电荷源来描述NQS现象，但在实际操作中会遇到一些问题，比如高阶电流电荷源不守恒，测试数据不齐全等，因而该方案在实际的商业化环境中并没有得到大规模的推广。

技术实现思路

[0005]本申请的主要目的在于提供一种场效应晶体管的建模方法，以克服现有技术中的不足。
[0006]为实现上述专利技术目的，本申请提供了如下技术方案：
[0007]本申请实施例提供了一种场效应晶体管的建模方法，其包括：
[0008]构建场效应晶体管小信号本征部分等效电路，该小信号本征部分等效电路的Y参数为：
[0009][0010]其中Y
int
为本征Y参数，为二端口Y矩阵的每一个元素，i、j＝1或2，y
g11
为的实部，y
g12
为的实部，g
m
为跨导，g
ds
为输出导纳，ω为角频率，C
gs
为栅源电容，C
gd
为栅漏电容，C
ds
为漏源电容；
[0011]由式(I)计算得到C
gs
、C
gd
、C
ds
以及由NQS效应引起的跨容C
m
、跨导g
m
、输出导纳g
ds
、NQS时延τ，其中：
[0012][0013][0014][0015][0016][0017][0018][0019]构建场效应晶体管的大信号模型，该大信号模型包括栅极电荷源Q
g
、漏极电荷源Q
d
、栅极电流源I
g
、漏极电流源I
d
和NQS子电路，所述NQS子电路对应于栅极电压时延电路，并通过对端口电压进行路径积分，得到非线性电流源、电荷源与端口电压之间的关系，即：
[0020][0021][0022]其中，V
gs
、V
ds
分别为栅源电压、源漏电压。
[0023]在一些实施方式中，所述NQS子电路表示为：
[0024]V
gs-delay
＝V
gs
×
exp(-jwτ)。
[0025]在一些实施方式中，所述场效应晶体管的大信号模型还包括热子电路，所述热子电路对应于模拟热扩散的R-C并联电路，其可以表示为：
[0026]T
j
＝T
amb
+R
th
·
P
diss
。
[0027]其中T
j
为沟道温度，T
amb
为环境温度，R
th
为热阻，P
diss
为沟道的平均功率。
[0028]在一些实施方式中所述的建模方法还包括：改变环境温度，并引入温度因子α
Id
，得到电流源、电荷源与温度的关系为：
[0029]Q
g
(T
j
)＝(1-α
Id
(T
j-T0))
·
Q
g
(T0)
[0030]Q
d
(T
j
)＝(1-α
Id
(T
j-T0))
·
Q
d
(T0)
[0031]I
g
(T
j
)＝(1-α
Id
(T
j-T0))
·
I
g
(T0)
[0032]I
d
(T
j
)＝(1-α
Id
(T
j-T0))
·
I
d
(T0)
[0033]其中，T0为初始环境温度，T
j
为器件沟道温度。在一些实施方式中，由于采用脉冲测试，器件自热效应可以忽略，因此环境温度与沟道温度保持一致，也即沟道温度可以通过改变环境温度来控制。
[0034]在一些实施方式中，所述的建模方法还包括：在积分得到非线性电流源、电荷源与端口电压之间的关系后，使用查找表的方式储存下来。
[0035]在一些实施方式中，所述的建模方法还包括：在积分得到非线性电流源、电荷源与端口电压之间的关系后，使用神经网络进行训练，得到神经网络解析模型。
[0036]在一些实施方式中，所述场效应晶体管的大信号模型的小信号表现由式(III)决定：
[0037][0038]式(19)是通过对式(II)等式两端的V
gs_delay
微分而得。
[0039]在一些实施方式中，所述场效应晶体管包括MOSFET、LDMOS、VDMOS、MESFET或HEMT等，且不限于此。
[0040]较之现有技术，本申请实施例提供的技术方本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种场效应晶体管的建模方法，其特征在于包括：构建场效应晶体管小信号本征部分等效电路，该小信号本征部分等效电路的Y参数为：其中Y
int
为本征Y参数，为二端口Y矩阵的每一个元素，i、j＝1或2，y
g11
为的实部，y
g12
为的实部，g
m
为跨导，g
ds
为输出导纳，ω为角频率，C
gs
为栅源电容，C
gd
为栅漏电容，C
ds
为漏源电容；由式(I)计算得到C
gs
、C
gd
、C
ds
以及由NQS效应引起的跨容C
m
、跨导g
m
、输出导纳g
ds
、NQS时延τ，其中：其中：其中：其中：其中：其中：其中：构建场效应晶体管的大信号模型，该大信号模型包括栅极电荷源Q
g
、漏极电荷源Q
d
、栅极电流源I
g
、漏极电流源I
d
和NQS子电路，所述NQS子电路对应于栅极电压时延电路，并通过对端口电压进行路径积分，得到非线性电流源、电荷源与端口电压之间的关系，即：即：即：即：
其中，V
gs
、V
ds
分别为栅源电压、源漏电压。2.根据权利要求1所述的建模方法，其特征在于，所述NQS子电路表示为：V
gs-delay
＝V
gs
×
exp(-jwτ)。3.根据权利要求1所述的建模方法，其特征在于，所述场效应晶体管的大信号模型还包括热子电路，所述热子电路对应于模拟热扩散的R-C并联电路。4...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄安东，
申请(专利权)人：苏州华太电子技术有限公司，
类型：发明
国别省市：