● 摘要
随着IC (集成电路) 器件越来越小, 集成度越来越高, 工序越来越复杂, 器件模型作为VLSI (超大规模集成电路) 设计的基础，提取和建立一个精确的器件模型参数库已经成为当今计算机辅助IC 设计软件的首要任务, 这也是现今国际上研究的重点和热点。射频CMOS (互补金属氧化物半导体) 集成电路是未来发展的趋势, 但随着集成电路设计工艺水平的不断提高，尤其是达到或超过深亚微米水平后，如果模型参数库的精度不够，容易使电路产生“软错误“问题，严重影响电路的性能及可靠性。深亚微米工艺下器件复杂的多维物理效应和寄生特性对模型参数库的提取和建立带来了更多的挑战，而现代高速数字系统高达数百甚至数千兆Hz 的时钟频率、极快的信号瞬变、极高的集成度，更使得信号完整性问题变得尤为重要。本文重点对深亚微米工艺下的射频CMOS 参数提取及建模技术路线进行了较深入的研究, 并在建模实现时针对以上问题做了大量行之有效的工作。首先本论文根据参数提取的需要，确定器件组的尺寸。利用芯片精密测量平台，测量器件组的直流和射频特性，获取了深亚微米工艺下器件的大量有效测量数据，为模型参数提取准备好必需的输入。然后，论文中分别用单器件模型提取、模型装箱、多器件模型提取三种方法精确提取了业界主流的BSIM3v3 (第三代柏克利短沟道绝缘栅场效应晶体管第三版) 直流本征模型参数。单器件模型提取方法和多器件模型提取方法基于物理机制，论文中采用局域优化的方法，对不同的模型参数在不同的工作区提取，并根据模型参数的物理含义，确定了模型参数的提取顺序。由于BSIM3v3 本征模型不能很好的模拟器件在高频下的物理特性，本文在研究后对本征模型进行了改进, 增加了栅极电阻模拟分布传输线效应和非准静态效应; 增加衬底电阻网络, 减少高频情况下对精度的影响; 增加电感和电容模拟引线以及各极之间的寄生效应。论文结尾对所建模型参数库用业界主流的仿真软件进行了完整的验证，编写了大量的硬件测试程序，确保了它在计算机辅助IC 设计中对功能和时序验证的准确，实现了对超大规模集成电路中复杂物理效应的完整预演，使电路设计之初就能检查出各种”软错误”，从而避免设计中的多次迭代，加快设计过程，降低设计风险和成本。