1. MOSFET直流特性曲线测量与SPICE模型初步拟合
任务说明
本案例使用半导体参数分析仪测量NMOS的转移特性（Id-Vgs）与输出特性（Id-Vds）曲线，然后在SPICE中建立Level 1（Shichman-Hodges）模型，通过手动调整参数使仿真曲线与测量曲线初步吻合。
测量条件与数据
以典型NMOS（如2N7000）为例，测量条件：
- 转移特性：Vds = 5 V，Vgs 从 0 V 扫到 5 V，步长 0.1 V
- 输出特性：Vgs = 2.0 / 2.5 / 3.0 / 3.5 / 4.0 V，Vds 从 0 V 扫到 5 V，步长 0.1 V
将测量数据保存为CSV文件（两列：电压、电流），供SPICE仿真对比使用。
Level 1模型参数与SPICE网表
Level 1模型核心参数：VTO（阈值电压）、KP（跨导参数）、LAMBDA（沟道长度调制系数）、W/L（宽长比）。以下网表同时完成转移特性和输出特性仿真，并将结果写入CSV格式的raw文件。
* NMOS Level 1 模型初步拟合
* 转移特性: Vds=5V, Vgs 0->5V
* 输出特性: Vgs=2.0~4.0V, Vds 0->5V
.model NM1 NMOS (LEVEL=1 VTO=2.0 KP=50u LAMBDA=0.02 W=1m L=10u)
* --- 转移特性 ---
VDS d1 0 5
VGS g1 0 0
M1 d1 g1 0 0 NM1
.dc VGS 0 5 0.1
.print dc V(g1) I(VDS)
.end
* --- 输出特性 ---
.model NM1 NMOS (LEVEL=1 VTO=2.0 KP=50u LAMBDA=0.02 W=1m L=10u)
VGS g1 0 2.0
VDS d1 0 0
M1 d1 g1 0 0 NM1
.dc VDS 0 5 0.1
.print dc V(d1) I(VDS)
.end
参数调整流程
运行与验证
使用ngspice运行：
ngspice -b transfer.cir > transfer.log
ngspice -b output.cir > output.log
将测量CSV与仿真结果绘制在同一坐标图中对比。判定通过条件：
- 转移特性：VTO处电流拐点与测量值偏差在±0.2 V以内
- 输出特性：饱和区电流与测量值偏差在±20%以内
- LAMBDA使输出特性斜率趋势与测量一致
若偏差过大，按VTO→KP→LAMBDA顺序迭代调整，每次只改一个参数并重新仿真对比。