实验三-MOS管参数仿真及Spice学习
SPICE仿真软件基础
现在常用的SPICE仿真软件为方便用户使用都提供了较好的用户界面，在用仿真库中的元器件连成原理图后就可以进行仿真（当然要设置必要的仿真参数），但实际上只是用原理图自动产生了SPICE的格式语句，还是要通过读取语句来进行仿真，这是历史的遗留问题。
在当时的技术条件下，不能用图形方式输入电路结构，只能通过文本文件来描述，也就是所谓网表。
SPICE软件的设计者规范了要进行仿真的电路对应的SPICE网表文件格式，还定义了许多仿真描述语句和分析控制语句等，使仿真软件能通过读取这些特殊信息来进行相关计算和运行，最后获得要求的结果。
因为技术的进步，虽然现在已经不需要手工书写并输入网表了，但了解一些基本语句还是很有用的，不仅可以理解仿真时要设置的那些参数的含义，而且在出错时还易于通过网表来排错。
SPICE网表文件是文本文件，默认的输入文件名为：*.cir因为目前各个版本的SPICE软件都已图形化，并增加了很多功能，所以产生的语句顺序和格式有了一些变化，但主要是以*开头的注释语句的不同变化，便于阅读和模块化，而基本的语句变化不大，包括以下几种：1) 标题语句：网表文件第一行为标题语句，由任意字符串和字母组成，软件并不处理，而是直接在输出文件中作为第一行打印出来2) 注释语句：由*开头的字符串，为文件的说明部分，为方便阅读而在自动产生的SPICE网表文件中大量存在3) 电路描述语句：定义电路拓扑结构和元器件参数的语句，由元器件描述语句、模型描述语句、电源语句等组成4) 电路特性分析和控制语句：以.开头的语句，描述要分析的电路特性及控制命令5) 结束语句：即.END ，标志电路描述语句的结束，在文件最后一行（最后将会给出SPICE网表文件的例子）一、电路描述语句：是SPICE网表文件中最多也最复杂的，有以下一些规定：1) 名称：为字符串，只有前8个字符有效，其中第一个字符必须为A--Z的字符，且有固定含义，对应不同类型的元件2) 数字：有几种形式，整数、浮点数、整数或浮点数加上整数指数、浮点数或整数后面加上比例因子常用的比例因子：有T、G、MEG、K、M、U、N、P、F、MIL等，不分大小写3) 分隔符：有空格、逗号、等号、左括号、右括号等4) 续行号：“+”，一行最多只能有80字符，如一行无法表达完全，可在第二行起始加+号，表示是前一行的继续5) 单位：使用国际标准单位制，语句中缺省6) 规定支路电流的正方向和支路电压的正方向一致7) 节点编号：可以是任意的数字或字符串，节点0规定为地，不允许有悬浮的节点，即每个节点对0节点都必须有直流的通路。
MOS器件建模及仿真
-8
-1.0 V -0.5 V 0V
IDS (A)
-3.0x10 -2.0x10 -1.0x10
-7
-7
-8
0.0 2.0x10 4.0x10
-8
-7
0.0
0 -1 -2 -3 -4 -5 -6
-8
1.0x10
-7
VDS (V)
0
-1
-2
-3
-4
-5
-6
VDS (V)
P3HT-TFT with HfTiO as gate dielectric
电流密度:
n 1 Jn R t q x p 1 Jp R t q x n q n J n qDn n x x p J p qDp q p p x x
华南理工大学电子与信息学院
● MOSFET结构和工作原理
1、MOSFET的基本结构
华南理工大学电子与信息学院
● MOSFET模型参数提取
MOS晶体管模型中的参数可通过数值模拟器得到， 也可通过测量大量的不同尺寸（不同沟道长度和宽度） 的实验器件得到（即从各种不同尺寸MOSFET的I-V和 C-V曲线中提取模型参数）.
● 课程主要内容 1）MOS电容特性 2）MOSFET中的阈值电压 3）MOSFET直流DC模型与动态模型 4）MOS器件性能表征与参数提取
VGS=0 V
-0.1 5V 10 V 0.0 0 -5 -10 -15 -20 -25 -30 -35
0.0 0 -5 -10 -15
-20
-25
Drain voltage (V)
VDS (V)
10
-7
MEHPPV-TFT with SiO2 as gate dielectric
MOS spice参数
2002.5半导体器件4.61第四章MOSFET4.6 MOSFET 模型2002.5半导体器件4.624.6 MOSFET 模型本节内容MOSFET 模型简介MOS1和MOS2模型及模型参数介绍 电容模型（介绍Meyer 电容模型）模型参数提取2002.5半导体器件4.634.6.1 MOSFET 模型简介MOSFET 模型发展至今，已有五十多个模型。
下面简单介绍几个有代表性的模型：Level 1 ——MOS1模型（Shichman-Hodges 模型），该模型是Berkley SPICE 最早的MOST 模型，适用于精度要求不高的长沟道MOST 。
电容模型为Meyer 模型，不考虑电荷贮存效应Level 2 ——MOS2模型，该模型考虑了部分短沟道效应，电容模型为Meyer 模型或Ward-Dutton 模型。
Ward-Dutton 模型考虑了电荷贮存效应。
2002.5半导体器件4.644.6.1 MOSFET 模型简介Level 3 ——MOS3模型，为半经验模型，广泛用于数字电路设计中，适用于短沟道器件，对于沟道长度≥2µm 的器件所得模拟结果很精确。
BSIM 模型——B erkeley S hort-Channel I GFET M odel 。
BSIM 模型是专门为短沟道MOST 而开发的模型。
目前已经发展到BSIM4模型。
Level 4 ——BSIM1模型，适合于L ≈1µm ，t ox ≈15nm 的MOSFET 。
4.6.1 MOSFET 模型简介BSIM1模型考虑了小尺寸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基本公式是萨方程的修正4.6.1 MOSFET 模型简介HSPICE Level 28 ——改进的BSIM1模型，适用于模拟电路设计，目前仍有广泛应用。
SPICE仿真实验报告
SPICE仿真实验报告
SPICE仿真实验
1.实验目的
（1）练习使用标准SPICE的元件描述语句，分析语句，输出语句，模型语句等，熟练掌握电路元件的编写；
（2）能够根据电路分析的具体要求灵活使用SPICE；
（3）练习使用aim-SPICE软件，特别是其中的标准SPICE分析功能。
2.实验设备：aim-SPICE Student V验7-1：解直流电路习题1
实验7-2 解直流电路习题2
实验7-4 文氏电桥电路的频率特性
实验7-5 RC电路的一阶过渡过程
实验7-6 RLC串联电路的二阶过渡过程
实验7-7 画二极管伏安特性曲线
实验7-8 画三极管的输出特性曲线
Spice仿真
仿真功能简介
返回
四、 Pspice的基本电路特性分析
1 . 静态工作点分析
静态工作点分析就是将电路中的电容开路，电 感短路，对各个信号源取其直流电平值，计算电路 的直流偏置量。
例：求基本放大电路 的静态工作点。步骤 如下： （1）用Capture软 件画好电路图
返回
（2） 建立模拟类型分组。
仿真步骤
（1）新建仿真设计项目；
（2）输入电路结构；
（3）编辑修改电路元器件标号和参数值，包括直流电源 和信号源参数； （4）创建仿真简要表（Simulation Profile），设置分 析功能； （5）执行仿真； （6）仿真结果分析及输出。
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新建设计项目(File/New/Project)
5.0mV 0V SEL>> -5.0mV 1.0V V(Vs:+) 0V
-1.0V
返回
0s V(Out)
0.4ms
0.8ms Time
1.2ms
1.6ms
2.0ms
频域分析
幅频特性dB(V(Vo)/V(i)) 输入阻抗V(i)/ I(i) 输出阻抗
返回
求解输出阻抗
修改电路： 令Vs=0，信号源短路，取掉负载RL，外加 一个信号源VSIN(400mv) 其他步骤与“输入电阻的频率响应”分析相同 Ro =V(Vo)/I(Vs)
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连线与设置节点名
（1）连线。①启动Place/Wire命令。 ②按对应的绘图 快捷键 （2）设置节点名。例如，想把输出端的节点起名为Out。 步骤如下：
①启动Place/Net Alias命令，或按对应的绘图快捷键 ，屏幕 上出现设置框。在设置框中键入节点名（例Out）。 ② 按OK键，则光标处 附着一个小方框，将光标移至设置节点 名的位置，按鼠标左键，新节点名即出现在该位置。
MOS放大电路设计、仿真与实现实验报告
1uF,4.7uF,37uF
各1只
三.预习要求
1.设计 MOS 单管的电阻，电容值，满足放大指标 2.使用 Pspice 仿真软件对所设计的放大电路进行仿真。 3.在面包板上搭建电路，准备测试放大电路的性能指标
四.实验原理及参考电路
本实验采用 2N7000 MOS 管以及阻容耦合实现对交流小信号的方法。
下限截止频率计算公式如下：
则������ =
× . ×(
= 2.2������������
. )×
9.64������������/������
������ =
= 32.6������������
2 × 3.14 × 47������������
1
������ =
= 14.9������������
（3）经计算并仿真后，最终确定 Rg1 = 240kΩ,Rg2 = 100kΩ Rs = 1kΩ C1 = 1uF, C2 = 4.7uF, Cs = 47uF
此时各项指标均达到要求。
2.Pspice 电路仿真，验证设计的性能
（1）电路图以及静态工作点
静态工作点: ������ ������ ������
输出电阻在中频区几乎保持 3kΩ不变；在高频区，随频率升高，输入电阻逐渐减小。
(7) 非线性失真观察 a）将 Rp 调整为最大值 470k 欧姆，静态分析结果如下：
瞬态分析结果如下：
由图可知输出的正半周出现明显的饱和失真
2) 将 Rp 调整为最小值 0.01 欧姆，静态分析结果如下：
瞬态分析结果如下：
4. 交流信号放大性能指标测试
（1）电压增益 Av： 实验测量时，输入不失真的频率为 1kHz 的正弦波，用示波器测量输出电压 Vopp 与输
MOS管相关仿真实验报告
MOS管相关仿真实验报告
一．MOS管共源放大电路仿真（基本要求）
电路如右图所示，
注意：1）设置静态工作点时，调整电位器Rp，使Vd为5~6V.
2）仿真时输出端必须接负载，否则会报错（可以将阻值设为很大的值来仿真开路情况）
放大电路仿真验证设计与仿真要求
(1)电路图
(2)静态工作点:ID、VGs、Vs
得ID=1.34862mA，VGs=2.16362V，Vs=1.41740V
(3)输入、输出电压波形,并计算电压增益A
即得电压增益为Av=45.4773
(4)幅频响应曲线:db((vo)(vs:+),测中频增益、上限频率fH和下限频率fL
如图，由图可知，测得中频增益为45.5854，上限频率fH=797.844kHz，下限频率fL=33.4688Hz (5)相频响应曲线:Vp(Vo)-p(vs:+)或p(V(vo)/Vvs:+))
(6)输入电阻的频率响应:Ri—V(v(i))/I(Vs)
(7)输出电阻的频率响应:Ro—V(V(o))/I(Vs)
(8)非线性失真现象
1)将Rp调整为最大值,做静态分析和瞬态分析,记录静态工作点和波形。
静态分析如下
瞬态分析如下
2)将Rp调整为最小值(不能为0,0是非法值),再做静态分析和瞬态分析,记录静态工作点和波形。
(如果发现没有失真,可以增大输入信号幅值。
)
静态分析如下
瞬态分析如下
由于此时失真不明显，故将输入振幅调至9V得到波形如下
得到明显失真图像。
选做部分
二．MOS管特性曲线仿真任务一：MOSFET输出特性曲线仿真
任务二：MOSFET转移特性曲线仿真。
实验三-MOS管参数仿真及Spice学习
实验三-MOS管参数仿真及Spice学习一、实验介绍本次实验的主要内容是对MOS管参数进行仿真，并通过Spice软件进行电路模拟，掌握MOS管参数和Spice软件的使用方法。
本实验主要包括以下内容：1.MOS管参数的基本概念和理论知识2.PSpice软件的使用方法3.MOS管参数的仿真实验二、MOS管参数的基本概念和理论知识MOSFET（金属氧化物半导体场效应晶体管）是一种常用的半导体器件，广泛应用于数字电路、模拟电路和功率电子器件等领域。
MOS管中最常用的参数有场效应迁移率，漏极电阻，漏极导纳，截止电压等。
下面分别介绍这些参数的定义和作用。
1.1 场效应迁移率场效应迁移率是描述MOS管输出特性的重要参数，通常用符号μ表示，单位为cm2/Vs，是指电子在沟道中移动的速度与电场强度之比。
MOS管的场效应迁移率与沟道电阻、沟道长度、衬底材料等因素有关，一般情况下，迁移率越高，MOS管的性能越好，但也需要考虑其他因素的影响。
1.2 漏极电阻漏极电阻是指当MOS管工作在 saturation 区时，漏极电压变化时引起的漏极电流变化的比值，通常用符号rds表示，单位为欧姆。
MOS管的漏极电阻直接影响其输出电压的变化范围，漏极电阻越大，输出信号的电压变化范围就越小，反之亦然。
1.3 漏极导纳漏极导纳是指MOS管漏极电阻的导纳值，通常用符号Gds表示，单位为S （西门子）。
MOS管的漏极导纳与漏极电阻成反比，漏极电阻越小，漏极导纳越大，输出信号的电压变化范围也就越大。
1.4 截止电压截止电压是指当MOS管工作在截止区时，栅源电压达到的最大值，超过这个值后MOS管就会进入饱和状态，通常用符号VGS(off)表示，单位为伏特。
MOS管的截止电压与其工作状态有关，在设计电路时需要合理选择MOS管的截止电压，以确保电路的正常工作。
以上是MOS管常用的几个参数，这些参数的选择和设计对电路的性能和稳定性都有很大的影响，需要仔细考虑。
MOS器件建模及仿真 ppt课件
IC设计
（DC、AC及瞬态分析）
● MOSFET模型
器件模型是通过I-V, C-V以及器件中载流子输运过程 描述器件的端特性，这些模型应能够反映器件在所有 工作区域的特性. 分为物理模型和等效电路模型。
▲ 器件物理模型 根据器件的几何图形、掺杂分布、载流子输运方程和材
料特性等预测器件的端特性和输运特性. 特点：1）通常需要二维或三维的数值计算；
2）能揭示器件的内在物理效应； 3）一般只适用于器件物理研究和器件开发； 4）部分工作区能找到收敛的解析模型，可应用于电 路模拟器.
▲ 等效电路模型 将器件等效成由一些基本单元组成的电路，器件特性由
该等效电路特性来描述. 特点：1）可解析求解；
2）不能揭示器件的内在物理效应； 3）适合于电路模拟器.
p
x
● MOSFET结构和工作原理
1、MOSFET的基本结构
2 、MOSFET的工作原理
VGS来控制沟道的导电性,从而 控制漏极电流 ID ,是一种电压 控制型器件.
当 VGS＜VT（称为阈值电压）时,源漏之间隔着P区,漏结反偏, 故无漏极电流.当VGS >VT 时,栅下的P型硅表面发生强反型,形成 连通源区和漏区的N型沟道,产生漏极电流ID. 对于恒定VDS ,VGS 越大,则沟道中的可移动电子就越多,沟道电阻就越小,ID 就越大.
p t
1 q
Jp
R
上式中，R = U - G ，U、G 、R 分别为复合率、产生率和净
复合率。R > 0 表示净复合，R < 0 表示净产生。
③ 电子与 空穴的电流密度方程：
Jn qDnn qnn J p qDpp q p p
MOS器件建模及仿真
1 2 I D (VGS VT )VDS VDS 2
Z nCOX L
② 过渡区 随着VDS 的增大，漏附近的沟道变薄，沟道电阻增大，曲线 逐渐下弯.当VDS增大到VDsat饱和漏源电压时，漏处的可动电子 消失，这称为沟道被夹断，如图中的AB 段所示.
-8.0x10
-7
-7
ID (A)
-6.0x10 -4.0x10 -2.0x10
-7
-4 V
-6.0x10
-7
-7
ID(A)
-1 V 2V 5V
-7
-4.0x10 -2.0x10
-7
0.0 0 -5 -10 -15 -20 -25 -30 -35
-7
VDS (V)
0.0 0 -5 -10 -15 -20 -25 -30 -35 -40
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IC设计
● MOSFET模型
器件模型是通过I-V, C-V以及器件中载流子输运过程 描述器件的端特性，这些模型应能够反映器件在所有 工作区域的特性. 分为物理模型和等效电路模型。
▲ 器件物理模型 根据器件的几何图形、掺杂分布、载流子输运方程和材 料特性等预测器件的端特性和输运特性. 特点：1）通常需要二维或三维的数值计算； 2）能揭示器件的内在物理效应； 3）一般只适用于器件物理研究和器件开发； 4）部分工作区能找到收敛的解析模型，可应用于电 路模拟器.
★ 不同栅偏压下半导体表面状态的变化情况
当Q0=0时
V g s V ox ms Q0 Q s s ms C ox Qs V fb s C ox
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pspice晶体管放大器的仿真实验
2、仿真参数类型设置
• 执行PSpice/Edit Simulation Profile命令
• 在Analysis Type栏，选择Time Domain(Transient) • 在Start saving data栏填写0ms • 在Run to栏填写10ms • 在Maximum step栏，填 写0.01ms • 点击“确定” 按钮
• 出现“Create Pspice Project”对话 窗口 • 在Create base upon an existing project复选框中选择simple.opj • 单击“OK”
3、电路原理图编辑
• 在项目管理器中，依次双击“Design Resources”、“Amplifier.dsn”、 “Schematic1”、“Page1” • 自动进入原理图编辑器界面
放置电阻符号
• 执行P1ace/Part命令 • 在 “Libraries”列表框中 选择“ANALOG” • 在 “Part”列表框中选择 “ R” • 单击“OK” • 将电阻R移至合适位 置，按鼠标左键 • 按ESC键以结束绘制 元器件状态
放置电容符号
• 执行P1ace/Part命令 • 在 “Libraries”列表框中 选择“ANALOG” • 在 “Part”列表框中选择 “ C” • 单击“OK” • 将电容C移至合适位 置，按鼠标左键 • 按ESC键以结束绘制 元器件状态
标记中频点处坐标
• 执行Plot/Label/Mark命令
• 第一为中频点频率fO=3.9954kHz • 第二为fO处输入阻抗Ri=2.9838kΩ
测量高半功率点fH处Ri
• 向右拖动十字标尺，对准测量高半功 率点fH处(约25.029MHz)
MOS器件建模及仿真
pnp晶体管载流子输运示意图
I pE
I pC
I pr
I nE
I nr
I E I pE I nE , I B I nE I nr , I C I pC I pE I pr I E I nE I nr
1
R// e
1
(
W
b
2
)
R//b Lnb
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2
x2
q
0 si
[ p(x) n(x)
ND (x)
N A ( x)]
n 1 Jn R t q x
电流密度:
p 1 Jp R t q x
Jn
qDn
n x
q
n
n
x
Jp
qDp
p x
q p
p
x
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● MOSFET结构和工作原理
1、MOSFET的基本结构
2 、MOSFET的工作原理
p t
1 q
Jp
R
上式中，R = U - G ，U、G 、R 分别为复合率、产生率和净
复合率。R > 0 表示净复合，R < 0 表示净产生。
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③ 电子与 空穴的电流密度方程：
Jn qDnn qnn J p qDpp q p p
● 简化半导体方程
泊松方程： 连续性方程：
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课程论文题
1、探讨TFT器件（非晶硅TFT、ZnO-TFT、P3HT-TFT）阈 值电压的定义、模型及Vth提取方法。 2、探讨工作于积累态的TFT的关态电流形成机理和模型。 3、探讨MIS结构C-V曲线中积累区电容-频率依赖特性及建模。 4、探讨TFT器件噪声特性的测试方法及模型。 5、TFT器件中体陷阱态与界面陷阱态的形成机理、对I-V和CV的影响机理以及测试表征方法。 6、 TFT的源、漏接触电阻的形成机理、表征方法和抑制措施。
spice和spectre软件使用和运放的仿真方法
【：缩小显示 】：放大显示 R：旋转 R+F3:水平或垂直镜像翻转 其它常用操作: W后按鼠标右键：改变连线方式，折线→直线 按住Ctrl左键拖动：不带连线关系拖动 按住Shift选择：同时选择
Cadence仿真
两种仿真工具：
Spectre(所用模型后缀为.scs) Hspice (所用模型后缀为.lib)
基本语法
1. 不区分大小写（case insensitive） 2. 注释：* or $ 3. 数量级表示符号:
T
E12
G
E9
MEG
E6
K
E3
M
E-3
U
E-6
N
E-9
p
E-12
F
E-15
（关键不要搞错M和MEG） 4.赋值单位可以省略
仿真网表的五个主要组成部分
1.电路网表 2.激励 3.仿真分析语句 4.输出命令 5.模型库文件
end用montecarlo仿真来分析失配导致的失调分布失调分布分析30次montecarlo仿真结果由此可见ota的失调分布可达10mv10mv可增大晶体管来减小vos但是会带来速度问题压摆率分析在输入端输入一个较大的脉冲信号以观察输出端的电压摆率在otanet中将vvac的定义换成
软件使用和运放主要 指标的仿真方法
电路网表
包含的内容有器件连接关系、模型名、参 数值、(赋值)、并联个数、(初始值） 例： R1 N1 N2 R W=10u L=1u R2 N1 N2 10K C1 N1 N2 C W=10u L=1u C2 N1 N2 10p C3 N1 N2 10p IC=1
电路网表
L1 N1 N2 1m D1 N1 N2 diode Q1 NC NB NE bjt M=8
SPICE仿真实验报告
微电子实验报告姓名：范喆学号：201208070204院系：信息科学与工程学院班级：智能1202实验一 二极管、稳压管的仿真模型与正反向特性测试 实验内容：1. 设计二极管、稳压管的仿真模型。
2. 用仿真软件分析二极管、稳压管的正反向特性。
实验分析：二极管伏安特性是指二极管两端电压与其电流之间的关系，主要特点是单向导电性及非线性，并且易受温度影响。
二极管的伏安特性测试电路可以设计成如下图所示。
用交变电源获得可变的电压，将二极管与电阻串联，将示波器的A 通道接在二极管两端，测量出的是二极管两端的电压1D A V V =，将示波器的B 通道接在电阻的两端，测出的是电阻两端的电压1R B V V =，由于1111D R R I I R V ==,所以B V 与I D1成正比，所以切换到示波器的B/A 模式就可以观察到二级管的V-I 特性曲线了。
同理，稳压管的设计图如下。
仿真结果：（二极管）仿真后得到的二极管的V-I特性曲线如图：（由于整体的图像太大，不是很直观，因此把V-I的正向和反向特性曲线的放大图也放上来）（稳压管）仿真后得到的稳压管的V-I特性曲线如图对稳压管的反向击穿特性放大如图实验体会及注意事项二极管的仿真实验设计几经反复，首先是在原理图的设计上就否决了好多个思路，从直流电源的扫描分析改成交流电源；在测量方面，刚开始采用的是电压表和电流表，但是苦于无法绘制曲线，最后改成了方便的示波器。
实验过程中由于参数选取不当，导致出现了多次的仿真错误。
最后得到的教训是：在选取了某个型号的二极管的后要先查找它的理论参数，然后估算需要的串联电阻大小和电源电压，以免出现不必要的错误。
对仿真后的曲线分析可知：二级管和稳压管的仿真曲线基本类似，区别在于加上反向电压时，稳压管的反向击穿曲线更陡，说明稳压管的稳压特性好。
实验二负反馈放大电路参数的仿真分析下面来研究负反馈对放大电路的影响。
1.实验电路为了研究负反馈对放大电路的影响，首先，要建立起一个实验电路，下图分立元件组成的二级放大电路，采用DIN。
CMOS离子敏场效应管SPICE模型--【汉魅HanMei—课程讲义论文分享】
E abs 为标准氢电极电势， V； E ref 为参考电极相对于标
18
传
感
器
技
术
第 24 卷
的界面势 φ eo 用 2 个串联的 Helmholtz 电容 C H 和扩散层电
［2］ 容 C g 来等效 ， 这样， ISFET 的模型就是 MOSFET 模型的
扩展， 即在已有 MOSFET 模型基础上再需串联 C H 和 C g 。 根据文献 ［2］ ， C g 和 C H 表达式为 ∂σ d = ∂ψ gd 8 ε ω kTN b sinh ∂（ヘ ∂ψ gd （ 17 ）
缘体、 多晶硅、 金属层叠起来， 称之为多层栅结构。从 ISFET 的传感机理出发， 通过分析金属 氧化物场效 应晶体管 （ MOSFET） 阈值电压的原理， 利用通用电路模拟程序 （ SPICE） 建立了这种多层栅结构 ISFET 的物 理模型， 并对其静态输入 输出特性进行仿真， 仿真结果和试验数据基本相符。 关键词：离子敏场效应晶体管；器件模型；通用电路模拟程序 中图分类号：TN4 文献标识码：B 文章编号：1000 - 9787 （ 2005 ） 10 - 0016 - 03
若考虑半导体功函数、 氧化层电荷、 半导体表面态的影 响， 阈值电压表达式为 V T = V FB + 2 Φ F QB . Ci （5） 式中
实验三MOS管参数仿真及Spice学习
实验三MOS管参数仿真及Spice学习刘翔 10214070一、实验内容和要求。
实验内容：（1）使用S-Edit绘制电路图，将其转换成Spice文件。
（2）利用T-Spice的对话框添加仿真命令。
（3）利用W-Edit观察波形。
实验要求：（1）利用Tanner软件中的S-Edit、T-Spice和W-Edit，对NMOS管的参数进行仿真。
NMOS器件的T-Spice参数仿真内容如下：a. MOS管转移特性曲线（给定VDS、W、L，扫描VGS）。
b. MOS管输出特性曲线（给定VGS、W、L，扫描VDS）。
c. 温度对MOS管输入/输出特性的影响（给定VGS、VDS、W、L，扫描Temp）。
d. MOS管W对输入/输出特性的影响（给定VGS、VDS、W/L，扫描W）。
e. MOS管L对输入/输出特性的影响（给定VGS、VDS、W/L，扫描L）。
f. MOS管W/L对输入/输出特性的影响（给定VGS、VDS、L，扫描W）。
g. MOS管开关电路输入/输出波形（输入一定频率的方波）。
h. 在MOS管开关电路输入/输出波形中找出传输时间、上升时间和下降时间。
i. MOS管开关电路传输特性曲线。
j. MOS管W/L对传输特性的影响（给定L、扫描W）。
k. 在MOS管传输特性曲线上找出测量输入、输出电压门限，计算噪声裕度。
（2）记录操作步骤，截取相应图片，完成实验报告。
二、实验环境、Tanner软件简介及SPICE命令。
实验环境：Tanner（S-Edit、T-Spice、W-Edit）SPICE命令的插入：Edit —Insert Command命令或工具栏中的，打开T-Spice Command Tool（T-Spice命令工具）对话框，可以在活动输入文件中插入命令。
三、实验流程框图。
四、实验步骤。
1.在S-Edit中绘制电路原理图，导出SPICE文件。
（1）新建一个文件，新建一个模块，module-new，添加所需要的工艺库。
(LTSpice)以反相器为例学习仿真MOSFET
/ 这个网站提供了一些电路仿真软件的教程，可以看下。
<h2>原理图schematic </h2><h3>元件</h3>LTSpice提供了nmos（pmos）和nmos4（pmos4）两种nmos（pmos）。
其中nmos（pmos）表示衬底（B）和源极（S）相连。
mos和mos4能调整的属性不同，如图：本例中要设置mos管的W=0.18u，L=0.18u，选用nmos4和pmos4。
<h3>布线</h3>如图：1.其中，mos管Gate靠近的那一极好像是Source，所以PMOS要ctrl+R，ctrl+R， Ctrl+E。
2.注意加电路名称，功能（如果需要），参数设定。
<h2>封装</h2>电路设计采用层次化的方式，为了上层电路的调用，往往把底层的电路做好后进行封装，其实进行封装不仅有利于上层电路调用，还有利于测试。
建一个New Symbol，该Symbol里的pin的名称必须和封装电路中的一样。
ctrl + A( Attribute Editor) 中Symbol Type选Block，其他都保持不填。
与.asc文件放入同一文件夹。
注意：令.asy和.asc文件命名相同，并放在一个文件夹下即可，不需特别关联。
<h2>仿真</h2><h3>仿真类型</h3>（1）模拟电路仿真分析类型对于模拟电路，输入正弦波信号进行分析，仿真分析类型主要有静态工作点分析、小信号模型分析、噪声分析等。
（2）数字电路仿真分析类型对于数字电路，输入脉冲波形进行仿真分析，仿真分析类型主要有时序分析（采用瞬态分析控制）。
<h3>接入信号源</h3>用独立电压源Voltage做激励信号源，信号源设为pulse, Von = 5, Ton = 1m, Tperiod = 2m，其他为零。
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实验三 MOS管参数仿真及Spice学习
刘翔 10214070
一、实验内容和要求。
实验内容：
（1）使用S-Edit绘制电路图，将其转换成Spice文件。
（2）利用T-Spice的对话框添加仿真命令。
（3）利用W-Edit观察波形。
实验要求：
（1）利用Tanner软件中的S-Edit、T-Spice和W-Edit，对NMOS管的参数进行仿真。
NMOS器件的T-Spice参数仿真内容如下：
a. MOS管转移特性曲线（给定VDS、W、L，扫描VGS）。
b. MOS管输出特性曲线（给定VGS、W、L，扫描VDS）。
c. 温度对MOS管输入/输出特性的影响（给定VGS、VDS、W、L，扫描Temp）。
d. MOS管W对输入/输出特性的影响（给定VGS、VDS、W/L，扫描W）。
e. MOS管L对输入/输出特性的影响（给定VGS、VDS、W/L，扫描L）。
f. MOS管W/L对输入/输出特性的影响（给定VGS、VDS、L，扫描W）。
g. MOS管开关电路输入/输出波形（输入一定频率的方波）。
h. 在MOS管开关电路输入/输出波形中找出传输时间、上升时间和下降时间。
i. MOS管开关电路传输特性曲线。
j. MOS管W/L对传输特性的影响（给定L、扫描W）。
k. 在MOS管传输特性曲线上找出测量输入、输出电压门限，计算噪声裕度。
（2）记录操作步骤，截取相应图片，完成实验报告。
二、实验环境、Tanner软件简介及SPICE命令。
实验环境：
Tanner（S-Edit、T-Spice、W-Edit）
SPICE命令的插入：
Edit —Insert Command命令或工具栏中的，打开T-Spice Command Tool（T-Spice命令工具）对话框，可以在活动输入文件中插入命令。
三、实验流程框图。
四、实验步骤。
1.在S-Edit中绘制电路原理图，导出SPICE文件。
（1）新建一个文件file-new，新建一个模块，module-new，添加所需要的工艺库。
（2）绘制原理图。
注：用导线连接电路，用改变器件属性，并保存。
（3）点击图标导出SPICE文件。
2.在T-Spice中添加仿真命令，通过W-Edit观察波形。
点击图标，打开T-Spice Command Tool（T-Spice命令工具）对话框，在活动输入文件中插入仿真命令。
（1）添加所需的工艺库。
注：library section项填tt。
（2）分析NMOS管的转移特性。
分别加入analysis—dc transfer—sweep和output—DC results指令，点击进行仿真。
转移特性曲线：
（3）分析NMOS管的输出特性。
输出特性曲线：
（4）温度对NMOS管输入/输出特性的影响。
温度扫描：
（5）NMOS器件宽长比对输入/输出特性的影响。
由于要讨论nmos管宽长比对输入输出特性的影响，所以固定L，让W 变化。
先将SPICE文件中nmos管的参数W=2.4u改为W=w ，即设W 为变量w，然后设置变量w的初始值，最后设置让w从0.55u到10u 进行线性扫描，一共扫描20个点。
SPICE文件：
NMOS宽长比对输入/输出特性的影响：
3. MOS管开关电路。
（1）绘制原理图。
（2）在T-Spice中加入仿真命令，进行输出电压的直流扫描和输入输出电压的瞬态扫描。
输出电压的直流扫描和输入输出电压的瞬态扫描：
（3）MOS管开关电路时间的测量。
通过Output->measure命令，计算上升下降时间。
在measure命令窗口中，Analysis为分析类型； measurement result为项目名称；trigger及target为触发栏，记录事件发生的时间。
（4）MOS管宽长比对开关电路的影响。
SPICE文件：
输出波形：
开关电路的电压门限及噪声裕度：
利用标尺工具，估测电压门限V（OL）、V（OH）、V（IH）、V（IL），计算下列参数。
低电平噪声容限：NML=V(IL)-V(OL)；
高电平噪声容限：NMH=V(OH)-V(IH)。
V（OL）=0.46 V（OH）=5
V（IH）=2.87 V（IL）=1.1
NML=V(IL)-V(OL)=0.64
高电平噪声容限：NMH=V(OH)-V(IH)=2.13。