(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202211163746.5 (22)申请日 2022.09.23 (71)申请人 西安电子科技大 学 地址 710071 陕西省西安市太白南路2号 (72)发明人 刘锦辉　梁博　张晓鹏　谭雯丹　 张馨丹　 (74)专利代理 机构 西安智大知识产权代理事务 所 61215 专利代理师 贺建斌 (51)Int.Cl. G06F 30/20(2020.01) (54)发明名称 一种三极管中子辐射效应的建模方法及系 统 (57)摘要 本发明属于微电子器件辐照效应模型的建 模技术领域， 公开了一种三极管中子辐射效应的 建模方法及系统， 建模方法包括： 选择或设计原 始器件； 获得原始三极管器件的模型数据； 提取 基极端口的输入V ‑I特性曲线和集电极、 发射极 端口的输出V ‑I特性曲线； 根据基极特性曲线提 取基极输入阻抗模型参数， 根据输出特性曲线提 取三极管输出模 型参数； 结合输入输出特性曲线 得到三极管电流放大系数等基本器件参数； 根据 模型参数建立三极管器件物理模 型； 根据中子辐 射效应造成的器件电特性退化， 建立三极管器件 基极、 集电极、 发射极端口中子辐射效应模型； 本 发明建立的模型能反映三极管器件的基本器件 特性， 为在辐照条件下进行系统仿真提供模型支 持。 权利要求书2页 说明书6页 附图2页 CN 115455717 A 2022.12.09 CN 115455717 A 1.一种三极管中子辐射效应的建模方法， 其特 征在于， 包括以下步骤： 步骤1： 选择或设计一种数字器件作为原 始三极管器件； 步骤2： 对原始三极管器件用仪器测量或者在元器件官网下载获得原始三极管器件的 模型数据； 步骤3： 基于模型 数据提取基极端口 的输入端口V ‑I特性曲线和输出端口V ‑I特性曲线； 步骤4： 根据输入端 口V‑I特性曲线和输出端 口V‑I特性曲线提取三极管处于不同工作 区的工作条件； 步骤5： 根据放大区内三极管输入输出工作数据， 计算基极输入阻抗、 电流放大系数的 模型参数； 步骤6： 根据计算 提取的模型参数基于三极管原 始SPICE模型建立 三极管物理模型； 步骤7： 根据中子辐射效应引起的器件参数变化获取三极管参数与辐照参数关系式， 即 建立三极管辐照参数模型； 步骤8： 根据中子辐射效应造成的器件电特性退化， 建立 三极管中子辐射效应模型。 2.如权利要求1所述的方法， 其特征在于： 步骤1与步骤2中， 原始三极管器件的数据收 集， 包括： 采用SPICE仿真方法或者真实器件直接测量的方法， 测得原始三极管器件的各项 V‑I及I‑I数据； IV数据表示电流电压关系， 包括基极输入Ibe ‑Vbe数据以及集电极Ice ‑Vce 数据； Ibe ‑Ice数据表 示集电极电流与基极电流的放大倍数关系， 包括其不同工作区的工作 电流与电流 放大系数。 3.如权利要求1所述的方法， 其特征在于： 步骤3中基于模型提取基极输入端口的输入 V‑I特性曲线时， 采用NPN三极管， Vbe代表模型基极与发射极间电压， Ibe代表流过的电流， 通过计算得到三极管的最低基极导 通电压， 以及导 通后的输入阻抗特性曲线。 4.如权利要求1所述的方法， 其特征在于， 步骤4包括： 基于得到的基极输入端口V ‑I特 性曲线和输出端口V ‑I特性曲线， 选择若干参考点， 根据参考点数据绘制常态下三极管工作 曲线图， 根据曲线图中Ic的不同变化趋势与工作状态， 得到其处于不同工作区的Vce、 Vbe范 围， 其中： 饱和区工作状态表现为Ic ‑Vce近似线性关系、 放大区工作状态表现为Ib 及Ic不随 Vce变化而变化、 截止区工作状态 表现为Ib为0及Ic几乎为0 。 5.如权利要求1所述的方法， 其特征在于： 步骤5包括： 根据常态下三极管工作曲线图获 得的数据， 调整基极输入电流、 集电极供电电压， 确保三极管工作状态处于放大区并测试其 工作时输入输出数据； 然后， 根据输入端口V ‑I特性曲线， 输入端口V ‑I特性曲线 上选择若干 参考点， 利用最小二乘法拟合对模型方程对基极电流 ‑电压特性曲线进 行拟合， 得到模型方 程中三极管的基极输入阻抗 参数。 6.如权利要求5所述的方法， 其特征在于： 根据三极管工作曲线图获得的数据， 调整基 极输入电流、 集电极供电电压， 确保三极管工作状态处于放大区并测试其工作时输入输出 数据； 选取若干参考点进行测试， 根据集电极电流Ic与基极电流Ib， 通过公式β ＝Ic/Ib， 求 得常态下电流 放大系数。 7.如权利要求1所述的方法， 其特征在于： 步骤6包括： 根据测试拟合结果， 根据求得的 基极输入阻抗方程， 建立阻抗变换网络模型， 并将其连接到SPICE模型输入端； 根据前面步 骤测得的常态下电流 放大系数参数， 修改S PICE模型参数。 8.如权利要求1所述的方法， 其特征在于： 步骤7包括： 根据测定的不同辐照条件下三极权　利　要　求　书 1/2 页 2 CN 115455717 A 2管器件模型工作数据， 重新采用步骤3 ‑6中的计算方法计算出其在不同辐照条件下的器件 参数， 同样使用最小二乘法拟合， 并结合辐照剂量拟合构建辐照剂量 ‑各项参数变化方程， 包括输入阻抗、 放大区电流 放大系数； 对原始三极管器件输出端口开关晶体管的阈值电压、 载流子迁移率建立中子辐射效应 模型， 即为 三极管数字IC输出端口中子辐射效应模型。 9.如权利要求1所述的方法， 其特征在于： 步骤8包括： 在三极管中子辐射效应模型文件 中引入中子辐射参数D， 在仿真时根据传入模型 的中子辐 射D并计算出该中子辐射D下实际 的模型参数， 并修改S PICE模型参数与输入阻抗变换模型。 10.一种应用权利要求1 ‑9所述的三极管中子辐射效应的建模方法的一种三极管中子 辐射效应的建模系统， 其特 征在于， 包括： 原始三极管器件获取模块， 用于通过选择或设计一种器件作为原 始三极管器件； 模型数据获取模块， 用于对原始三极管器件用仪器测量或者在元器件官网下载获得原 始三极管器件的模型 数据； 特性曲线提取模块， 基于模型数据提取基极端口的输入VI特性曲线和输出端口的VI特 性曲线； 模型参数提取模块， 根据输入端口V ‑I特性曲线和输出端口V ‑I特性曲线提取三极管不 同工作区工作条件、 三极管基极输入阻抗、 电流 放大系数等 参数； SPICE模型修正模块， 根据计算的模型参数基于原始SPICE模型建立修正三极管物理模 型； 辐照参数方程构建模块， 根据中子辐射效应引起的三极管参数变化建立三极管辐照参 数模型； 中子辐射效应模型构建模块， 根据中子辐射效应造成的器件电特性退化， 建立三极管 中子辐射效应模型。权　利　要　求　书 2/2 页 3 CN 115455717 A 3