[發明專利]一種場效應晶體管的建模方法

在審

• 申請號: 202011115348.7
• 申請日: 2020-10-19
• 公開（公告）號: CN114386347A
• 公開（公告）日: 2022-04-22
• 發明（設計）人: 黃安東
• 申請（專利權）人: 蘇州華太電子技術有限公司
• 主分類號: G06F30/33
• 分類號: G06F30/33;G06F30/27
• 代理公司: 南京利豐知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 32256
• 代理人: 趙世發

本申請公開了一種場效應晶體管的建模方法，包括：建立FET的小信號本征部分等效電路，并由此獲得內部本征參數與外部偏置的關系；構建FET的大信號模型，其包括柵極電荷源、漏極電荷源、柵極電流源、漏極電流源和NQS子電路；通過對端口電壓進行路徑積分，得到非線性電流源、電荷源與端口電壓之間的關系；之后可使用查找表的方式儲存或使用神經網絡訓練得到神經網絡解析模型。本申請在電流源和電荷源的積分過程中，將NQS效應全部剔除，這種建模方式與NQS的物理機理一致，保證了小信號模型和大信號模型的統一，模型的精度不受頻帶的影響，也不需要使用高階源，無論從模型的魯棒性，精確度以及模型抽取的難度而言，都顯著優于現有模型框架。

技術領域

本申請涉及一種場效應晶體管(FET)，具體涉及一種場效應晶體管的建模方法，屬于集成電路設計領域。

背景技術

21世紀信息產業飛速發展，短短20年內通訊制式從2G跨越3G、4G，到現在的5G。高容量和低時延是5G通訊的核心，而高頻率高功率放大器則是實現這兩大目標的關鍵之一。眾所周知，高頻芯片存在的分布式效應以及封裝引入的電磁和熱效應導致芯片設計和調試異常復雜，因此基于EDA(電子設計自動化)設計的流程極為關鍵，而準確的晶體管射頻非線性模型則是這一流程中最為復雜和重要的一環。

射頻晶體管模型有以下幾種類型：物理模型、物理集約模型、經驗模型、查找表模型、神經網絡模型以及行為模型。其中查找表和神經網絡模型由于其對工藝的泛化能力在工業界中得到了廣泛的應用，比如是德科技(Keysight)開發出的Root Model、NeuroFET、DynaFET等。Root模型最早由是德科技的專家David Root開發，該框架把DC(靜態)電流和高頻電流分開，兩者的權重靠頻率選擇因子分配，該建模方法簡單，且易實現自動化。但是該方法對熱的建模不具有物理解釋性，無法模擬熱的瞬態擴散過程，更為關鍵的是Root模型對于高頻場效應晶體管的NQS效應(非準靜態效應，也即柵極電壓對溝道電流的控制有時延)沒有相應的建模方案，導致模型在一些場景精度無法滿足芯片設計者的要求。NeuroFET在形式上只是用神經網絡替換查找表中儲存的電流、電荷與端口電壓的映射關系，所以上述的Root模型的缺點NeuroFET也在。DynaFET對于熱物理過程描述進行了改進，利用海量的時域非線性數據來訓練模型參數，但模型架構仍然沒有考慮NQS效應。

前述的現有模型可以歸類為與工藝無關的模型(Technology independentmodel)，雖然模型經過迭代升級后對熱和電荷陷阱等的描述更加科學和準確，但對于NQS的建模始終沒有一個好的方案。一些文獻中使用高階電流源和電荷源來描述NQS現象，但在實際操作中會遇到一些問題，比如高階電流電荷源不守恒，測試數據不齊全等，因而該方案在實際的商業化環境中并沒有得到大規模的推廣。

發明內容

本申請的主要目的在于提供一種場效應晶體管的建模方法，以克服現有技術中的不足。

為實現上述發明目的，本申請提供了如下技術方案：

本申請實施例提供了一種場效應晶體管的建模方法，其包括：

構建場效應晶體管小信號本征部分等效電路，該小信號本征部分等效電路的Y參數為：

其中Y^int為本征Y參數，為二端口Y矩陣的每一個元素，i、j＝1或2，y_g11為的實部，y_g12為的實部，g_m為跨導，g_ds為輸出導納，ω為角頻率，C_gs為柵源電容，C_gd為柵漏電容，C_ds為漏源電容；

由式(I)計算得到C_gs、C_gd、C_ds以及由NQS效應引起的跨容C_m、跨導g_m、輸出導納g_ds、NQS時延τ，其中：