带寄生效应的圆形高压场效应管等效电路及仿真方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及半导体器件设计及制造领域，特别是指一种带寄生效应的圆形高压场效应管等效电路，本发明还涉及所述带寄生效应的圆形高压场效应管等效电路的仿真方法。
【背景技术】
[0002]高压场效应管LDMOS在模拟电路中的电源电路设计中有着广泛的应用，其应用电压范围较高，因此LDMOS的结构同普通MOS相比较为特殊，往往根据不同的应用要求，其结构也有各式各样。往往会代入一些在普通MOS器件中看不到的特殊寄生特性。如图1所示，该图为一种特殊的圆形N型场效应管的版图结构，其圆环中心I为LDMOS的漏端，整个漂移区以漏端中心向外延伸。图中最中心的圆形区域是该器件的漏端N+杂质注入，外部的圆形区域2为该器件的漂移区，同样该区域也是由N型，并且为了降低该区域的N型杂质，还注入了 P型杂质作为补偿，形成了一个电阻值非常高的区域。再外面一圈区域3是多晶硅栅，从多晶硅栅3外围一圈是P阱，多晶栅有一部分交叠覆盖在P阱上形成了底部沟道，最外面的圆环4为源端N型杂质注入。
[0003]该结构的好处在与既有足够的驱动电流和耐压，又能做到版图面积最小。它的缺点也很明显，在于散热较差，一旦器件开启进入工作状态，由于是大功率器件，晶体管马上进入发热状态，随着晶体管温度的提升，沟道电流也随着温度减小，也就是业界所称的自热效应。并且由于漂移区有P杂质补偿，在沟道与漂移区边缘，容易浓度分布不均，导致沟道分段开启。在自热效应与沟道浓度不均匀的共同作用下，会导致晶体管Id-Vg曲线特性呈现出特别的形状，如图2，当该种LDMOS工作在线性区的时候，随着栅电压的提高，同常规器件不同，漏端电流会出现凹陷的特性，如果将Id-Vg曲线对应的gm (栅跨导)同Vg的关系，如图3，会发现图中存在两个gm的峰值，普通MOS器件只存在一个gm峰值。由于SPICE仿真器中的MOS模型都是建立在对称结构上的理想器件模型，因此该器件由于结构特殊，带入的寄生特性通过普通的器件模型已无法描述，当电路设计仿真时器件应用在该工作范围就无法得到实际应有的精度。
【发明内容】
[0004]本发明所要解决的技术问题是提供一种带寄生效应的圆形高压场效应管等效电路。
[0005]本发明所要解决的另一技术问题是提供所述带寄生效应的圆形高压场效应管等效电路的仿真方法。
[0006]为解决上述问题，本发明所述的带寄生效应的圆形高压场效应管等效电路，包含一个基于BSIM3标准的LDMOS管，一个MOS管，第一电阻及第二电阻，以及一个电压控制电压源，所述各元件的连接关系为:
[0007]所述LDMOS管的漏端连接第一电阻的第一端，LDMOS管的源端连接第二电阻的第一端，LDMOS管的栅极直接引出；
[0008]所述MOS管的栅极连接电压控制电压源的正极，MOS管的源极接电压控制电压源的负极，MOS管的漏极接所述第二电阻的第二端；
[0009]所述第一电阻的第二端引出为等效电路的漏极，第二电阻的第二端引出为等效电路的源极。
[0010]进一步地，所述的MOS管基于BSM3标准模型，描述LDMOS管的寄生MOS管，其栅宽及栅长分别作为一个拟合数值放在宏模型中，并且该MOS管还具有开启电压、迁移率、衬偏效应参数、源/漏阻抗、温度特性参数、ute参数，作为MOS管模型拟合参数。
[0011]进一步地，所述的第一电阻描述LDMOS管漏端寄生电阻系数，第二电阻描述LDMOS管源端寄生电阻系数；第一电阻和第二电阻均包含BSM3标准模型所含的温度和电压的修正系数。
[0012]进一步地，所述的电压控制电压源受LDMOS管的栅源电压控制，具有电压控制系数，其输出电压加在所述MOS管的栅源端。
[0013]本发明所述的带寄生效应的圆形高压场效应管等效电路的仿真方法，包含如下工艺步骤:
[0014]第I步，构建所述带寄生效应的圆形高压场效应管的等效电路；
[0015]第2步，根据构建的带寄生效应的圆形高压场效应管的等效电路，进行仿真。
[0016]进一步地，所述的带寄生效应的圆形高压场效应管的等效电路，包含一个基于BSIM3标准的LDMOS管，一个MOS管，第一电阻及第二电阻，以及一个电压控制电压源，所述各元件的连接关系为:
[0017]所述LDMOS管的漏端连接第一电阻的第一端，LDMOS管的源端连接第二电阻的第一端，LDMOS管的栅极直接引出；
[0018]所述MOS管的栅极连接电压控制电压源的正极，MOS管的源极接电压控制电压源的负极，MOS管的漏极接所述第二电阻的第二端；
[0019]所述第一电阻的第二端引出为等效电路的漏极，第二电阻的第二端引出为等效电路的源极。
[0020]进一步地，所述的MOS管基于BSM3标准模型，描述LDMOS管的寄生MOS管，其栅宽及栅长分别作为一个拟合数值放在宏模型中，并且该MOS管还具有开启电压、迁移率、衬偏效应参数、源/漏阻抗、温度特性参数、ute参数，作为MOS管模型拟合参数。
[0021]进一步地，所述的第一电阻描述LDMOS管漏端寄生电阻系数，第二电阻描述LDMOS管源端寄生电阻系数；第一电阻和第二电阻均包含BSM3标准模型所含的温度和电压的修正系数。
[0022]进一步地，所述的电压控制电压源受LDMOS管的栅源电压控制，具有电压控制系数，其输出电压加在所述MOS管的栅源端。
[0023]本发明所述的带寄生效应的圆形高压场效应管等效电路及仿真方法，通过添加描述源漏寄生电阻的第一及第二电阻，寄生MOS管以及电压控制电压源，构建LDMOS管的等效电路，通过对各类器件参数同测试数据的拟合，得到同实测数据吻合的Id-Vg曲线以及gm-Vg特性曲线,提高了仿真的精度。
【附图说明】
[0024]图1是圆形闻压场效应管的结构不意图。
[0025]图2是圆形高压场效应管的Id-Vg曲线图。
[0026]图3是圆形高压场效应管的gm-Vg曲线图。
[0027]图4是本发明圆形高压场效应管的等效电路图。
[0028]图5是基于本发明圆形高压场效应管的等效电路的Id-Vg仿真曲线图。
[0029]图6是基于本发明圆形高压场效应管的等效电路的gm-Vg仿真曲线图。
[0030]图7是本发明仿真流程图。
【具体实施方式】
[0031]首先对线性区电流特性中的寄生效应进行分析，从图2中可以看到，当Vgs增大到一定程度后，电流曲线开始出现一个凹陷的特性，由于器件特性上分析较为复杂，较为简便的方法可以假设为器件在栅极电压的条件下有某个寄生效应出现了类似与MOS管的开启状态，该曲线可以看作寄生晶体管和本身LDMOS的电特性叠加后可以得到的结果。圆形LDMOS本身的栅极从版图上看并没有寄生的并联器件，但是从版图的漂移区和漏端区域看，为了提高漂移区的耐压，在漂移区还专门加了一层P型的淡掺杂注入。假定把整个多晶栅下沟道区域反型特性看成是两个并联的MOS晶体管并联在高压场效应管边。
[0032]基于上述考虑，本发明给出了带寄生效应的圆形高压场效应管等效电路，如图4所示，包含一个基于BSM3标准的LDMOS管，一个MOS管，第一电阻RD及第二电阻RS，以及一个电压控制电压源EX，所述各元件的连接关系为:
[0033]所述LDMOS管的漏端连接第一电阻RD的第一端，LDMOS管的源端连接第二电阻RS的第一端，LDMOS管的栅极直接引出；
[0034]所述MOS管的栅极连接电压控制电压源E