集成電路設計（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無源器件結構及模型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結型場效應管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)驗短溝道模型(SPICE2G)Level=49 BSIM3V3

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

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

4KP=μ

Cox

本征跨導參數(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

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

VTO是Vbs=0時的閾值電壓

Vbs是襯底到源區(qū)的偏壓

為體效應閾值系數(shù),它反映了Vto隨襯-源偏置Vbs的變化,表達式為:5MOSFET一級模型(Level=1)(續(xù))NSUB為襯底(阱)摻雜濃度,它也決定了體內費米勢

F當半導體表面的費米勢等于

F時,半導體表面處于強反型,此時表面勢PHI=2

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

MS

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

襯底零偏置時源閾值電壓KP 本征跨導參數(shù)GAMMA

體效應閾值系數(shù)PHI 2

F

強反型使的表面勢壘高度LAMBDA

溝道長度調制系數(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會計算出相應的器件參數(shù).8MOSFET一級模型直流特性涉及的模型參數(shù)IS: 襯底結飽和電流(省缺值為0)JS 襯底結飽和電流密度N: 襯底PN結發(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結側壁單位長度的電流MOSFET49級模型(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(3) 垂直電場引起的遷移率下降(4) 載流子極限漂移速度引起的溝道電流飽和效應(5) 溝道長度調制(6) 漏源電源引起的表面勢壘降低而使閾值電壓下降的靜電反饋效應(7) 襯底電流引起的體效應(8) 亞閾值導通效應(9) 寄生電阻效應9MOSFET49級模型(Level=49,BSIM3V3)

共有166(174)個參數(shù)!67個DC參數(shù)13個AC和電容參數(shù)2個NQS模型參數(shù)10個溫度參數(shù)11個W和L參數(shù)4個邊界參數(shù)4個工藝參數(shù)8個噪聲模型參數(shù)47二極管,耗盡層電容和電阻參數(shù)8個平滑函數(shù)參數(shù)(在3.0版本中)10不同MOSFET模型應用場合Level1 簡單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