肖特基二極管的等效電路及仿真方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種肖特基二極管的等效電路及仿真方法，傳統(tǒng)的肖特基二極管仿真模型不能準(zhǔn)確地仿真器件在正向工作時的襯底漏電流，本發(fā)明通過在傳統(tǒng)的肖特基二極管模型基礎(chǔ)上添加二極管及電阻元件來精確地描述肖特基二極管的等效電路模型，提高肖特基二極管的仿真精度，縮短設(shè)計周期。
【專利說明】肖特基二極管的等效電路及仿真方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及半導(dǎo)體器件的設(shè)計仿真，特別是指一種肖特基二極管的等效電路，本發(fā)明還涉及所述肖特基二極管的仿真方法。

【背景技術(shù)】
[0002]肖特基二極管由于其較低的導(dǎo)通電壓及出色的速度表現(xiàn)被大量應(yīng)用于高頻RFID領(lǐng)域。在電路設(shè)計階段的SPICE程序仿真時，精確的肖特基二極管DC和RF模型是電路成功設(shè)計的關(guān)鍵。基于CMOS工藝制造的肖特基二極管是通過在輕參雜硅表面直接淀積金屬而形成的。常見N型肖特基二極管器件結(jié)構(gòu)如圖1所示，其中I是P型硅襯底，2是輕摻雜N型阱，3是淺槽隔離結(jié)構(gòu)STI。金屬與N型阱2界面形成肖特基結(jié)，所述金屬是肖特基二極管陽極(“ + ”，Anode)，N型阱2是肖特基二極管陰極(Cathode)。形成肖特基接觸而非歐姆接觸的關(guān)鍵是直接淀積金屬在輕摻雜N型阱2上。另外還有金屬與圖1中的重?fù)诫s的N型區(qū)或P型區(qū)界面形成歐姆接觸，分別將肖特基二極管的陰極及襯底電極引出。
[0003]一般肖特基二極管是包含陽極和陰極的兩端器件，傳統(tǒng)肖特基二極管模型就是用常規(guī)二極管模型描述，如圖2所示。Dl包含理想二極管直流特性，接觸電阻及反偏電容等特性。圖1所示肖特基二極管工作時，P型襯底I與N型阱2形成的PN結(jié)處于反偏狀態(tài)，為了精確描述此反偏PN結(jié)漏電流對肖特基二極管陰極的影響，將肖特基二極管定義為包含陽極、陰極、襯底極的三端器件，其模型改為如圖3所示的子電路模型。其中Dl描述肖特基結(jié)，D2描述P型硅襯底I與N型阱2形成的PN結(jié)。
[0004]肖特基二極管正向直流特性測試時，陰極Cathode與襯底極VSS同時接零電位，陽極上掃描正向電壓，理論上陽極電流全部流入陰極，VSS沒有電流。但實際測試時發(fā)現(xiàn)隨著陽極正向電壓增加，會有小的電流流入VSS。VSS漏電流形成原因是由于肖特基正向工作時陽極電流從陽極經(jīng)過N型阱2流入陰極，當(dāng)電流比較大，N型阱2的電阻比較大時(一般肖特基二極管的N型阱電阻都比較大)，電流沿著N型阱2的電流通路上將產(chǎn)生電壓降，這樣寄生PN結(jié)(P型硅襯底I與N型阱2形成的PN結(jié))兩端產(chǎn)生電壓差。由于是反偏電壓，因此襯底電極VSS上有反偏漏電流。當(dāng)陽極加負(fù)電壓時，肖特基反偏漏電流較小，在N型阱2中不足以產(chǎn)生壓降，因此此時襯底電極VSS也沒有漏電流。傳統(tǒng)肖特基二極管模型不能描述襯底電極VSS漏電流。如圖3所示，陰極Cathode與襯底極VSS同時接零電位時，二極管D2處于零偏沒有電流通過。因此，該肖特基二極管仿真模型仍不能完整精確地描述這一漏電流。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種肖特基二極管的等效電路，并以此等效電路對肖特基二極管進行仿真的方法。
[0006]為解決上述問題，本發(fā)明所述的肖特基二極管的等效電路，包含三個二極管及一個電阻；
[0007]第一二極管的陰極接第二二極管的陰極，第一二極管的陽極接第三二極管的陽極；
[0008]第三二極管的陰極接電阻的第一端，電阻的第二端接第二二極管的陽極；
[0009]第一二極管的陽極、第一二極管的陰極、第二二極管的陽極分別是整個肖特基二極管等效電路的陽極、陰極及襯底電極。
[0010]進一步地，所述第一二極管是用于模擬肖特基二極管肖特基結(jié)的電特性。
[0011]進一步地，所述第二二極管是用于模擬肖特基二極管的P型襯底與N型阱形成的寄生PN結(jié)的電特性。
[0012]進一步地，所述電阻和第三二極管是用于模擬肖特基二極管的肖特基結(jié)與P型襯底之間的漏電流，電阻用于調(diào)節(jié)襯底電極漏電流的大小。
[0013]為解決上述問題，本發(fā)明提供一種肖特基二極管的仿真方法，包含如下兩個步驟:
[0014]步驟一，構(gòu)建肖特基_■極管的等效電路；
[0015]步驟二，利用構(gòu)建的肖特基二極管等效電路進行仿真。
[0016]進一步地，所述步驟一中，肖特基二極管的等效電路包含三個二極管及一個電阻；
[0017]第一二極管的陰極接第二二極管的陰極，第一二極管的陽極接第三二極管的陽極；
[0018]第三二極管的陰極接電阻的第一端，電阻的第二端接第二二極管的陽極；
[0019]第一二極管的陽極、第一二極管的陰極、第二二極管的陽極分別是整個肖特基二極管等效電路的陽極、陰極及襯底電極。
[0020]進一步地，所述步驟二中，仿真時，第一二極管是用于模擬肖特基二極管肖特基結(jié)的電特性；所述第二二極管是用于模擬肖特基二極管的P型襯底與N型阱形成的寄生PN結(jié)的電特性；所述電阻和第三二極管是用于模擬肖特基二極管的肖特基結(jié)與P型襯底之間的漏電流，電阻用于調(diào)節(jié)襯底電極漏電流的大小。
[0021]本發(fā)明所述的肖特基二極管的等效電路及仿真方法，在常規(guī)肖特基二極管仿真模型基礎(chǔ)上通過增加第三二極管及電阻，以模擬肖特基結(jié)與襯底之間的漏電流，提高器件模型仿真精度。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0022]圖1是肖特基二極管器件的剖面結(jié)構(gòu)示意圖；
[0023]圖2是標(biāo)準(zhǔn)的兩端口肖特基二極管器件等效電路；
[0024]圖3是三端口肖特基二極管器件等效電路；
[0025]圖4是本發(fā)明提出的三端口肖特基二極管器件等效電路；
[0026]圖5是本發(fā)明仿真方法的流程圖。
[0027]附圖標(biāo)記說明
[0028]I是P型襯底，2是輕摻雜N型阱，3是淺槽隔離結(jié)構(gòu)STI，Dl是第一二極管，D2是第二二極管，D3是第三二極管，R是電阻，VSS是襯底電極。

【具體實施方式】
[0029]本發(fā)明所述的肖特基二極管器件的等效電路，適用于SPICE仿真.其等效電路結(jié)構(gòu)如圖4所示，包含第一二極管D1、第二二極管D2、第三二極管D3及一個電阻R，其連接關(guān)系是:第一二極管Dl的陰極接第二二極管D2的陰極，第一二極管Dl的陽極接第三二極管D3的陽極；第三二極管D3的陰極接電阻R的第一端，電阻R的第二端接第二二極管D2的陽極；第一二極管Dl的陽極、第一二極管Dl的陰極、第二二極管D2的陽極分別是整個肖特基二極管等效電路的陽極、陰極及襯底電極。陰極和襯底電極VSS同時接零電位，電阻R需足夠大以限制襯底電極VSS的漏電流。
[0030]利用上述構(gòu)建的肖特基二極管等效電路，在SPICE中進行肖特基二極管的仿真，第一二極管Dl是用于模擬肖特基二極管肖特基結(jié)的電特性；所述第二二極管D2是用于模擬肖特基二極管的P型襯底與N型阱形成的寄生PN結(jié)的電特性；所述電阻R和第三二極管D3是用于模擬肖特基二極管的肖特基結(jié)與P型襯底之間的漏電流，電阻R用于調(diào)節(jié)襯底電極漏電流的大小。
[0031]當(dāng)肖特基二極管正向工作時，大電流從N型阱中流過，由于N型阱電阻較大，因此在N型阱電流通路上產(chǎn)生壓降，從而使P型襯底與N型阱形成的寄生PN結(jié)反偏，使襯底電極VSS電極有反向漏電流。當(dāng)肖特基二極管Dl正向壓降大于VSS，第三二極管D3導(dǎo)通，襯底電極VSS有漏電發(fā)生；當(dāng)肖特基二極管Dl正向壓降小于襯底電極VSS，第三二極管D3反偏，夾斷陽極到襯底電極VSS的電流通路，襯底電極VSS沒有電流。因此，上述電路結(jié)構(gòu)能更加精確貼近實際地仿真肖特基二極管的電特性。
[0032]以上僅為本發(fā)明的優(yōu)選實施例，并不用于限定本發(fā)明。對于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說，本發(fā)明可以有各種更改和變化。凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種肖特基二極管的等效電路，適用于SPICE程序，其特征在于:包含三個二極管及一個電阻； 第一二極管的陰極接第二二極管的陰極，第一二極管的陽極結(jié)第三二極管的陽極； 第三二極管的陰極接電阻的第一端，電阻的第二端接第二二極管的陽極； 第一二極管的陽極、第一二極管的陰極、第二二極管的陰陽極分別是整個肖特基二極管等效電路的陽極、陰極及襯底電極。
2.如權(quán)利要求1所述的肖特基二極管的等效電路，其特征在于:所述第一二極管是用于模擬肖特基二極管肖特基結(jié)的電特性。
3.如權(quán)利要求1所述的肖特基二極管的等效電路，其特征在于:所述第二二極管是用于模擬肖特基二極管的P型襯底與N型阱形成的寄生PN結(jié)的電特性。
4.如權(quán)利要求1所述的肖特基二極管的等效電路，其特征在于:所述電阻和第三二極管是用于模擬肖特基二極管的肖特基結(jié)與P型襯底之間的漏電流，電阻用于調(diào)節(jié)襯底電極漏電流的大小。
5.一種肖特基二極管的仿真方法，其特征在于:包含如下兩個步驟: 步驟一，構(gòu)建肖特基二極管的等效電路； 步驟二，利用構(gòu)建的肖特基二極管等效電路進行仿真。
6.如權(quán)利要求5所述的肖特基二極管的仿真方法，其特征在于:所述步驟一中，肖特基二極管的等效電路包含三個二極管及一個電阻； 第一二極管的陰極接第二二極管的陰極，第一二極管的陽極接第三二極管的陽極； 第三二極管的陰極接電阻的第一端，電阻的第二端接第二二極管的陽極； 第一二極管的陽極、第一二極管的陰極、第二二極管的陽極分別是整個肖特基二極管等效電路的陽極、陰極及襯底電極。
7.如權(quán)利要求5或6所述的肖特基二極管的仿真方法，其特征在于:所述步驟二中，仿真時，第一二極管是用于模擬肖特基二極管肖特基結(jié)的電特性；所述第二二極管是用于模擬肖特基二極管的P型襯底與N型阱形成的寄生PN結(jié)的電特性；所述電阻和第三二極管是用于模擬肖特基二極管的肖特基結(jié)與P型襯底之間的漏電流，電阻用于調(diào)節(jié)襯底電極漏電流的大小。
【文檔編號】G06F17/50GK104298796SQ201310306492
【公開日】2015年1月21日 申請日期:2013年7月19日 優(yōu)先權(quán)日:2013年7月19日
【發(fā)明者】武潔 申請人:上海華虹宏力半導(dǎo)體制造有限公司