[发明专利]一种蒙特卡洛仿真的闪烁噪声统计方法

说明书

本发明公布了一种蒙特卡洛仿真的闪烁噪声统计方法，属于集成电路设计自动化领域。本发明将闪烁噪声看作由器件中所有陷阱俘获/释放载流子产生的随机电报噪声(RTN)叠加而成，通过对每个陷阱导致的随机电报噪声进行单独仿真，再将得到的所有随机电报噪声功率谱进行叠加，最后得到闪烁噪声的功率谱。本发明通过随机电报噪声幅度与能量分布的随机性来反映闪烁噪声的涨落特性，可以准确地统计闪烁噪声的涨落信息，给出当前条件下器件闪烁噪声的期望值与涨落的方差。

技术领域

本发明属于集成电路设计自动化(electronic design automation)领域，具体涉及一种蒙特卡洛仿真的闪烁噪声统计方法。

背景技术

随着微电子器件尺寸不断缩小，闪烁噪声在模拟/射频电路中变得越来越重要。同时器件涨落(variation)逐渐变大，导致器件的离散效应更加明显，此时传统的闪烁噪声模型已经无法满足需求。

现阶段设计者一般采用BSIM模型来进行闪烁噪声仿真，并基于此进行电路设计。在现有工艺条件下，该模型主要存在两大缺陷：亚阈值区域不准确和无法反映闪烁噪声涨落特性。

第一个缺陷是BSIM模型在亚阈值区域无法准确估计闪烁噪声大小，这是由于BSIM模型的推导假设导致的。在BSIM模型建立时假设器件中陷阱的能量和位置均匀分布，在这一前提下当器件处于亚阈值区域时归一化后的闪烁噪声大小不随电流变化，导致无法准确估计闪烁噪声大小。

第二个缺陷是BSIM模型无法反映闪烁噪声的涨落特性。在器件尺寸较大时，单个器件中的陷阱数量较多，此时不同器件之间的涨落不明显，可以用确定值来描述器件闪烁噪声的大小。然而在小尺寸器件中，器件中陷阱的数量变少，器件之间存在较为明显的涨落，不同器件闪烁噪声的大小甚至可以相差一个数量级，此时传统的模型只能给出闪烁噪声的期望值，不能反映出闪烁噪声的涨落特性。

因此，一种能准确给出小尺寸器件中闪烁噪声涨落特性的统计模型对于电路设计中预估噪声影响与预留设计冗余非常重要。

发明内容

本发明提出了一种新的基于蒙特卡洛仿真的闪烁噪声统计建模方法，该方法可以准确地统计闪烁噪声的涨落信息，给出当前条件下器件闪烁噪声的期望值与涨落的方差。

本发明提出的方法如下：

一种蒙特卡洛仿真的闪烁噪声统计方法，其步骤包括：

1)根据器件的工艺条件得到沟道长度宽度，器件中陷阱的平均密度，俘获截面面积等固定参数；其中W为器件沟道宽度，L为器件沟道长度，N_ot为器件沟道单位面积中陷阱的个数，陷阱俘获截面σ₀为固定参数，与器件本身无关。

2)根据上述器件固定常数，按照泊松分布来确定器件中陷阱的具体个数；根据公式，器件中陷阱个数的期望值N_tr，0为：

N_tr，0＝WLN_ot (式1)

在小尺寸器件中，由于存在涨落，需要通过产生以N_tr0为均值的泊松分布随机数来得到带涨落特性的陷阱个数。

3)通过对蒙特卡洛仿真确定每个陷阱的参数；陷阱的幅度ΔI_d遵循对数正态分布，陷阱能级E_t和弛豫能S遵循高斯分布，通过产生随机数的方式确定具体参数。

4)根据公式计算每个陷阱所导致的噪声大小；根据步骤3)确定的参数，可以得到载流子需要翻越的势垒能量ΔE_B：

其中和分别代表从1态到2态与从2态到1态的势垒，E_f代表费米能级，φ_s代表表面势。