集成電路設(shè)計(jì)（第4版） 課件 6.6 MOSFET模型

第6章集成電路器件及SPICE模型26.1無源器件結(jié)構(gòu)及模型6.2二極管電流方程及SPICE模型6.3雙極晶體管電流方程及SPICE模型6.4結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管JFET模型6.5MESFET模型6.6MOS管電流方程及SPICE模型SPICE集成電路分析程序與MOSFET模型HSpice中常用的幾種MOSFET模型Level=1 Shichman-HodgesLevel=2 基于幾何圖形的分析模型

Grove-FrohmanModel(SPICE2G)Level=3 半經(jīng)驗(yàn)短溝道模型(SPICE2G)Level=49 BSIM3V3

BSIM,3rd,Version3Level=50 PhilipsMOS93MOSFET一級(jí)模型(Level=1)

描述I和V的平方率特性,它考慮了襯底調(diào)制效應(yīng)和溝道長度調(diào)制效應(yīng).非飽和區(qū)飽和區(qū)

4KP=μ

Cox

本征跨導(dǎo)參數(shù)Cox=

ox/Tox

單位面積的柵氧化層電容LO

有效溝道長度,L

版圖柵長,LD

溝道橫向擴(kuò)散長度MOSFET一級(jí)模型(Level=1)(續(xù))MOSFET的閾值電壓Vto本質(zhì)上由柵級(jí)上的電荷,絕緣層中的電荷和溝道區(qū)電荷之間的平衡決定的,表達(dá)式為:

VTO是Vbs=0時(shí)的閾值電壓

Vbs是襯底到源區(qū)的偏壓

為體效應(yīng)閾值系數(shù),它反映了Vto隨襯-源偏置Vbs的變化,表達(dá)式為:5MOSFET一級(jí)模型(Level=1)(續(xù))NSUB為襯底(阱)摻雜濃度,它也決定了體內(nèi)費(fèi)米勢(shì)

F當(dāng)半導(dǎo)體表面的費(fèi)米勢(shì)等于

F時(shí),半導(dǎo)體表面處于強(qiáng)反型,此時(shí)表面勢(shì)PHI=2

Fn型反型層PHI>0,p型反型層PHI<0VFB稱之為平帶電壓,它是使半導(dǎo)體表面能帶和體內(nèi)能帶拉平而需在柵級(jí)上所加的電壓.6VFB=

MS

QSS/COXMOSFET一級(jí)模型直流特性涉及的模型參數(shù)VTO VTO

襯底零偏置時(shí)源閾值電壓KP 本征跨導(dǎo)參數(shù)GAMMA

體效應(yīng)閾值系數(shù)PHI 2

F

強(qiáng)反型使的表面勢(shì)壘高度LAMBDA

溝道長度調(diào)制系數(shù)UO μo/μn

表面遷移率L 溝道長度LD 溝道長度方向上橫向擴(kuò)散長度W 溝道寬度TOX TOX

柵氧化層厚度TPG 柵材料類型NSUB NSUB

襯底(阱)摻雜濃度NSS NSS

表面態(tài)密度.7VTO,KP,GAMMA,PHI,LAMBDA是器件參數(shù).TOX,TPG,NSUB,NSS是工藝參數(shù).若用戶僅給出了工藝參數(shù),SPICE會(huì)計(jì)算出相應(yīng)的器件參數(shù).8MOSFET一級(jí)模型直流特性涉及的模型參數(shù)IS: 襯底結(jié)飽和電流(省缺值為0)JS 襯底結(jié)飽和電流密度N: 襯底PN結(jié)發(fā)射系數(shù)AS: 源區(qū)面積PS: 源區(qū)周長AD: 漏區(qū)面積PD: 漏區(qū)周長JSSW: 襯底PN結(jié)側(cè)壁單位長度的電流MOSFET49級(jí)模型(Level=49,BSIM3V3)1995年10月31日由加州柏克萊分校推出，基于物理的深亞微米MOSFET模型，可用于模擬和數(shù)字電路模擬。 模型考慮了(1) 閾值電壓下降(2) 非均勻摻雜效應(yīng)(3) 垂直電場(chǎng)引起的遷移率下降(4) 載流子極限漂移速度引起的溝道電流飽和效應(yīng)(5) 溝道長度調(diào)制(6) 漏源電源引起的表面勢(shì)壘降低而使閾值電壓下降的靜電反饋效應(yīng)(7) 襯底電流引起的體效應(yīng)(8) 亞閾值導(dǎo)通效應(yīng)(9) 寄生電阻效應(yīng)9MOSFET49級(jí)模型(Level=49,BSIM3V3)

共有166(174)個(gè)參數(shù)!67個(gè)DC參數(shù)13個(gè)AC和電容參數(shù)2個(gè)NQS模型參數(shù)10個(gè)溫度參數(shù)11個(gè)W和L參數(shù)4個(gè)邊界參數(shù)4個(gè)工藝參數(shù)8個(gè)噪聲模型參數(shù)47二極管,耗盡層電容和電阻參數(shù)8個(gè)平滑函數(shù)參數(shù)(在3.0版本中)10不同MOSFET模型應(yīng)用場(chǎng)合Level1 簡(jiǎn)單MOSFET模型Level2 2

m器件模擬分析Level3 0.9

m器件數(shù)字分析BSIM1 0.8

m器件數(shù)字分析BSIM2 0.3

m器件模擬與數(shù)字分析BSIM3 0.5

m器件模擬分析與0.1

m器件數(shù)字分析Level=6 亞