集成电路中场效应晶体管的寄生参数提取方法

文章来源：SPICE 模型

原文作者：若明

本文介绍了集成电路中场效应晶体管的寄生参数提取方法。

栅极电阻的存在对电路性能的影响很大，会引入热噪声，增大电路的噪声系数，影响器件的开关速度和最大振荡频率，因此在版图设计时，要考虑尽可能地减小栅极电阻。

由于版图设计、工艺制成等因素导致寄生电阻的产生，对输入/输出阻抗匹配，噪声特性及振荡频率等都有很大影响。寄生电阻的提取精度会直接影响整体建模的精确性。

因此，如何精确地提取寄生电阻一直是学术界研究的热点问题之一。目前，常用的寄生电阻的确定方法主要包括：Cold-FET方法，正常偏置方法和截止状态方法。Cold-FET方法也是业界最常用的方法，今天就来介绍Cold-FET方法。

在图中展示的小信号等效电路模型中，Cold Pinchoff 和 Cold Forward 是两种常用的方法来提取场效应晶体管（FET）的寄生参数。这些参数对于精确建模和电路设计至关重要。下面我将详细解释这两种方法及其提取过程。

Cold Pinchoff 方法

目的：提取寄生电容参数，包括Cpg（栅极到衬底的电容）, Cpd（漏极到衬底的电容）和Cpgd（栅极到漏极的电容）。

步骤：

设置偏置条件：将FET偏置在冷夹断状态，即栅极电压Vg 低于夹断电压Vp，使漏极电流Id接近于零。

测量S参数：在Cold夹断状态下，测量FET的S参数。

转换为Y参数：将S参数转换为Y参数（导纳参数），因为Y参数直接与电容相关。

提取电容：从Y参数中提取寄生电容：

Cold Forward 方法

目的：提取寄生电感和电阻参数，包括Lg（栅极电感）、Ld（漏极电感）、Ls（源极电感）、Rg（栅极电阻）、Rd（漏极电阻）和 Rs（源极电阻）。

步骤：

设置偏置条件：将FET偏置在冷正向状态，即栅极电压Vg略高于阈值电压，使漏极电流Id很小但非零。

测量S参数：在Cold正向状态下，测量FET的S参数。

转换为Z参数：将S参数转换为Z参数（阻抗参数），因为Z参数直接与电阻和电感相关。

提取电阻和电感：从Z参数中提取寄生电阻和电感：

总结

Cold Pinchoff主要用于提取寄生电容，通过在冷夹断状态下测量S参数并转换为Y参数来实现。

Cold Forward主要用于提取寄生电阻和电感，通过在冷正向状态下测量S参数并转换为Z参数来实现。

这两种方法提供了一种系统的方式来提取FET的寄生参数，从而可以更准确地进行电路设计和性能预测。