[发明专利]一种描述高压场效应管低频噪声的交流子电路模型

说明书

本发明公开一种描述高压场效应管低频噪声的交流子电路模型，所述交流子电路模型在现有的AC噪声小信号子电路模型的基础上，将漂移区电阻Rd拆分为LOV和LFO区域两段电阻ROV、RFO，并分别添加了LOV段噪声源Sid_ROV、LFO段噪声源Sid_RFO，本发明可在LDMOS管线性区体现一定漂移区噪声贡献，又能在漏源电压Vds增大的情况下反映正常的噪声变化物理趋势。

技术领域

本发明涉及高压模拟电路建模领域，特别是涉及一种描述高压场效应管低频噪声的交流子电路模型。

背景技术

高压CMOS技术在如今的芯片系统级(SOC)应用中有重要的应用，比如在手持设备中，LDMOS管会主要应用于开关电路。

图1是业界标准的浅沟道隔离(STI)工艺的N型LDMOS管(Laterally DiffusedMetal Oxide Semiconductor，横向扩散MOS管，常用于高压场景，又称高压场效应管)剖面图，在N埋层10上生成一深N阱(DNW)20，在深N阱(DNW)20左侧生成一P阱(P-Well)30，在深N阱(DNW)20右侧生成一N阱(N-Well)40，在P阱(P-Well)30左侧生成P型掺杂区(P+)100，在P阱(P-Well)30右侧生成源极区(S)80，在P型掺杂区(P+)100左侧P阱(P-Well)30与深N阱(DNW)20边界处放置浅沟道隔离(STI)50，P型掺杂区(P+)100和源极区(S)80(S)80间用浅沟道隔离(STI)50隔离，在N阱(N-Well)40内生成漏极区(D)70，在漏极区(D)70两侧N阱(N-Well)40与深N阱(DNW)20边界处放置浅沟道隔离(STI)50，在P阱(P-Well)30右侧与N阱(N-Well)40左侧的浅沟道隔离(STI)50的左侧间的N阱(N-Well)40上方生成栅极区(G)90，在栅极区(G)90的两侧生成氧化隔离层60。当器件工作时电子经过源端Soure途径源极区(S)80、沟道L区和漂移区以及漏极区(D)70流向漏端Drain，漂移区由N阱(N-Well)40和深N阱(DNW)20构成，实际上该区又可大致分为LOV和LFO两段。LOV称为栅漏交叠区，LFO称为纯电阻延伸部分。当器件工作在线性区时，漂移区内的LOV、LFO和沟道L区域共同影响噪声特性。因此LDMOS管在线性工作区它的噪声输出会比普通MOS管的噪声输出更大，当LDMOS管工作在饱和区时，由于漏端电压逐渐增大，一方面在LOV区域内电阻速率已经率先达到饱和，另一方面LOV区域的电子纵向分布已经逐渐从区域的表面变成区域的亚表面，电阻从LOV的亚表面再流到LFO的亚表面，普通MOS管在饱和区噪声不再随着漏端电压变化而变化，但沟道L区域的反型沟道电子随着栅电压的增大和漂移区电阻对漏端电压的分压而尚未进入饱和状态，这就是LDMOS管存在准饱和特性，它从准饱和特性进入到饱和特性时噪声的变化幅度要比普通MOS管更加大。

LDMOS管的低频噪声特性，对模拟电路中的振荡耦合电路、模拟基带、带宽参照电路里有重要的影响。因此精确描述LDMOS管的低频噪声变的很有必要。

对LDMOS管的低频应用，目前业界内常用的是基于BSIM模型的MOS管漏端同电阻串联。如图2，是LDMOS管现有技术采用的交流噪声小信号等效模型，图中栅体电容cgb、栅源电容cgs、栅漏电容cgd分别对应图1中栅极区(G)90对体端(N埋层10)、栅极区(G)90对源极区(S)80、栅极区(G)90对漏极区(D)70的MOS寄生电容，源极寄生电阻rs为源极区(S)80的寄生电阻，通常LDMOS管是非对称结构，因此源极区(S)80寄生电阻rs很小可忽略，漏极寄生电阻rd是漏极区(D)70寄生电阻，它对应图1中的整个漂移区电阻，由于LDMOS管在漏极区(D)70还连接有一段漂移区，因此rd阻值较大，gm-vgs对应图1中沟道L区域电流源，沟道跨导gds是沟道L区的跨导，沟道表面电荷噪声源ind是LDMOS管沟道L的沟道表面电荷引起的噪声源，源体电容cbs、漏体电容cbd分别对应图1源极区(S)80、漏极区(D)70对体端的寄生电容，漏体跨导gbd是漏极区(D)70对体端的寄生跨导。