在低溫下運行的電子電路越來越受到重視，比如大家熟悉的“嫦娥一號”　衛星的微弱射頻信號，就需要在20K(零下253℃)以下的低溫工作環境工作，因為這樣才可以極大降低接收機的噪聲，提高了信號接收的靈敏度。同樣，目前炙手可熱的量子計算，量子本身是微觀的效應，很容易受到干擾，而超低溫可以獲得低噪的效果，才能獲得靠譜的存儲，讀取等功能。在這種背景下，低溫的器件建模顯得尤其重要。

這次的低溫報告來自于德國專注于半導體器件模型定制和抽出的一家公司。他們以SiGe：C HBTs技術作為切入點，從298K表征至4.3 K。振蕩頻率(fMAX) 在298K和4.3K下分別為300GHz和500GHz, 截止頻率（fT）從317GHz增加65%至525 GHz，fT的增加在73K以下開始飽和。器件溫度變化的物理原因可以由緊湊模型準確描述，也使用實驗數據來驗證模型擴展。文章也討論了這些模型可以用于仿真和預估低溫下的電路性能。這是第一次展示從室溫到超低溫的緊湊模型。

由于所有工業標準的緊湊模型都是為室溫應用而開發的（基本在-40-125攝氏度之間），所以與超低溫相關的幾個重要現象沒有被考慮到并可能出現嚴重的仿真收斂問題。因此，有必要建立適用于超低溫的模型，即模型的擴展或者二次開發。在本次報告中使用了有物理基礎的HICUM/L2模型用于為SiGe和III-V HBT建模，也可以應用到所有的商用電路仿真器。把模型嵌入PDK，首先碰到模型抽出問題。一般的EDA供應商提供的工具，不僅購買花費較大，有的也缺少靈活地拓展和嵌入參數提取流程的可能性。為此，公司開發了２個工具：第一個，VerilogAE會檢索VA文件中所有的模型公式以及它們包含的變量，并直接將VA描述的模型公式編譯成Python庫，方便了在Python環境中對用Verilog-A所描寫公式的直接調用和計算。第二個，基于Python庫，開發了DMT（Device Modeling Toolkit) 軟件，包含了數據處理、讀取/寫入、畫圖、電路仿真和參數提取以及優化。結合VerilogAE和DMT的強大功能，模型工程師可以高效完成表征、建模和參數提取工作。

DMT和VerilogAE任務處理的流程圖；VerilogAE編譯了VA文件公式

? ? 測試（符號）和模型（線形）仿真的傳輸電流的對比

DMT是通過Python開發的、面向對象的軟件，其包含如下功能：

? 為提參提供解決方案

? 對經常遇到的器件工程中比較重要的任務提供對應的Python類(classes)和方法(methods)

? 為不同電路仿真器的接口提供基礎類(classes)，例如包含一些開源仿真器Ngspice和Xyce

DMT可以在如下任務中起到幫助：

? 分析、處理、圖形化測試或者仿真數據

? 嵌入模型參數的提取流程

? 不同電路仿真器的接口

誰可以從兩個工具中得到便利？

? 器件、模型和工藝工程師，使用基于Python的開源軟件提高任務處理的靈活性以及節約經費，高效地進行提參

? 科研工作者，節約提取基于Verilog-A的緊湊模型參數的時間

? EDA供應商，無需使用額外編譯器，通過VerilogAE編譯VA文件到二進制代碼，并直接進行仿真

所以總結下來，從這篇報告中可以看出，低溫建模能力、專業的模型抽取軟件和服務于電路仿真器的Verilog-A編譯器是這家德國公司的特點。

編輯：黃飛

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