深亚微米_纳米半导体器件模型

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1、深亚微米深亚微米//纳米半导体器纳米半导体器件的模型件的模型杜杜刚刚InstituteofMicroelectronicsPKU深亚微米深亚微米//纳米半导体器件模型纳米半导体器件模型半导体器件模型简介Themodelisalwaysdistinctfromthephysicaldevice.模型总是近似的（但分为不同的层次）Compactmodel适于电路模拟的器件模型简练模型InstituteofMicroelectronicsPKU半导体器件模型简介简练模型的要求：¾准确反映基本性能──高精度¾计算速度快、收

2、敛性好──效率高¾模型参数有物理意义，参数少，易提取──物理模型¾模拟范围大──有预见性InstituteofMicroelectronicsPKU半导体器件模型简介建模的内容：分类：¾直流模型物理模型¾电容模型经验模型¾交流小信号模型半经验模型¾温度模型数值模型¾噪声模型¾统计模型InstituteofMicroelectronicsPKUIC设计中使用的器件模型•MOSFET–Level1、2、3、4；BSIM3；BSIM4;–PhilipsMOS9;EKV•双极晶体管–Eber-Moll;Gummel-Poo

3、n;MEXTRAM;–HICUM;VBIC95•电阻、电容InstituteofMicroelectronicsPKUSPICE中的MOSFET模型在SPICE中包含着五种基本的MOSFET模型，以供用户按具体情况选用，其中：Level=1Shichman—Hodges模型（MOSFET一级模型）Level=2基本几何图形的解析模型（MOSFET二级模型）Level=3半经验短沟道模型（MOSFET三级模型）Level=4BSIM模型（MOSFET四级模型）Level=6BSIM3模型（MOSFET八级模型）BSI

4、M4模型InstituteofMicroelectronicsPKUMOSFET的一级模型SPICE的MOSFET模型中最简单的一种该模型适于沟长大于55微米栅氧化层厚度大于500埃的MOSFET计算速度快但不精确InstituteofMicroelectronicsPKUMOSFET的一级模型直流模型VV=++222φγ（－φ−Vφ)阈值电压为：THFBFsFBSF漏电流为：⎧⎛1⎞⎪βλog⎜⎝VVVst−−hds⎟⎠(1+>Vds)线性区,VVVVgsthd且sd≤sat2⎪⎪2Ids=⎨05.,βλog(V

5、Vs−+th)(1Vds)饱和区VVds>dsat⎪⎪0亚阈区，VVgs≤th⎪⎩电容模型本征电容采用Meyer模型InstituteofMicroelectronicsPKUMOSFET的二级模型在MOSFET的二级模型中，考虑了小尺寸器件的一些二级效应的影响。该模型适于沟长大于22微米,沟道宽度在66微米左右，栅氧化层厚度大于250埃的MOSFET。考虑的主要的二级效应包括：（1）短沟和窄沟效应对阈值电压的影响。（2）表面电场对载流子迁移率的影响。（3）载流子的漂移度饱和。（4）亚阈值电流（弱反型电流）。计算速

6、度慢，精度仍不够，输出电阻不连续InstituteofMicroelectronicsPKUMOSFET的二级模型1.直流模型π⋅εSi阈值电压方程为：VVTH=++FB22φγφFsF−+⋅VBSδ(2φFB−VS)4⋅CoxWγs为考虑了短沟效应后的体效应系数。线性区电流为：⎛W⎞⎧⎛∗Vds⎞233IUC=⋅oxVVVVV222V2dsS⎜⎟⋅−−⎨⎜gsthηγ⎟ds−s[(ds+−−−φφFbs)(Fbs)]}⎝L⎠⎩⎝2⎠3L饱和区电流为：IIVVds==ds(dsdsat),,VVVVgs〉〉onds

7、DSATLefff在饱和区，不仅考虑了由于沟道夹断引起的沟道长度调制效应，还考虑了由于载流子漂移速度饱和引起的沟道长度调制效应，因此在二级模型中出现了两个VDSAT，最终起主导作用的效应由与之对应的低的那个决定VDSATInstituteofMicroelectronicsPKUMOSFET的二级模型⎛VVgs−on⎞IIVVds==D(gson)⋅exp⎜g⎟,V(gs〈Von)亚阈值区电流：⎝nKT⋅⎠V在二级模型中，考虑了亚阈区的漏电流，并定义了一个导通电压on作为线VVgs性区和亚阈值区的分界。IVV()为

8、线区电流公式以on代替,这便Dgs=on保证了线性区和亚阈值区在VVgs=on点上的连续。输入参数NFS为快表面N态度，隐含值为0，当给出FS时，才考虑亚阈特性。InstituteofMicroelectronicsPKUMOSFET的二级模型2电容模型非本征电容的模型同Level=1的，本征电容存在两个模型。第一模型为缺省模型，即为Meyer模型。X第二个