LTSpice MOS 模型建立

LTSpice MOS 模型建立 LTSpice 是一种广泛应用的电子电路仿真软件，在设计和分析 MOS 电路时，需要建立 MOS 模型。MOS 模型是指用于描述 MOSFET 的电气特性的数学模型。根据模型的复杂度和精度，可以将其分为一级、二级、三级模型等。 一级模型，即常用的平方律特性描述的 Shichman-Hodges 模型，考虑了衬垫调制效率和沟道长度调制效应。该模型适用于长沟道 MOST，电容模型为 Meyer 模型，不考虑电荷贮存效应。 二级模型考虑了短沟、窄沟对阈电压的影响，迁移率随表面电场的变化，载流子极限速度引起的电流饱和和调制以及弱反型电流等二级效应，给出了完整的漏电流表达式。该模型适用于沟道长度较短的 MOSFET。 三级模型是半经验模型，采用一些经验参数来描述类似于 MOS2 的二级效应。该模型适用于沟道长度非常短的 MOSFET，例如小于 2um。 MOS 模型参数的提取 一般需要计算机辅助才能进行。有两种实用方法，一是利用管子各工作区的特点，分段线性拟合提取；二是直接拟合输出特性的优化提取。 MOSFET 模型发展至今，已有五十多个模型。其中，BSIM 模型是 Berkeley Short-Channel IGFET Model，是专门为短沟道 MOST 而开发的模型。BSIM 模型有多个版本，例如 BSIM1、BSIM2、BSIM3、BSIM4 等。 BSIM1 模型适合于 L≈1μm，tox≈15nm 的 MOSFET，考虑了小尺寸 MOST 的二阶效应包括垂直电场对载流子迁移率的影响、速度饱和效应、DIBL（漏场感应势垒下降）效应、电荷共享、离子注入器件的杂质非均匀分布、沟道长度调制效应、亚阈值导电、参数随几何尺寸的变化等。 BSIM2 模型是在 BSIM1 的基础上开发出的深亚微米模型，适用于模拟电路设计，考虑了漏/源区寄生电阻、热电子引起的输出电阻的下降、反型区电容效应等效应。 BSIM3 模型基于准二维分析的物理模型，着重解决器件工作的物理机制，并考虑器件尺寸和工艺参数的影响。该模型的参数是基于物理模型引入的，每个模型参数基本上都与器件某一方面的物理特性相对应。 BSIM4 模型是在 BSIM3 模型的基础上做了一些针对射频（Radio Frequency）电路的改进，不仅包括直流特性，还包括噪声模型以及外部寄生效应。 在 LTSpice 中，建立 MOS 模型需要了解 MOSFET 的电气特性和模型参数，并选择合适的模型来描述 MOSFET 的行为。