集成电路设计（第4版） 课件 6.6 MOSFET模型

第6章集成电路器件及SPICE模型26.1无源器件结构及模型6.2二极管电流方程及SPICE模型6.3双极晶体管电流方程及SPICE模型6.4结型场效应管JFET模型6.5MESFET模型6.6MOS管电流方程及SPICE模型SPICE集成电路分析程序与MOSFET模型HSpice中常用的几种MOSFET模型Level=1 Shichman-HodgesLevel=2 基于几何图形的分析模型

Grove-FrohmanModel(SPICE2G)Level=3 半经验短沟道模型(SPICE2G)Level=49 BSIM3V3

BSIM,3rd,Version3Level=50 PhilipsMOS93MOSFET一级模型(Level=1)

描述I和V的平方率特性,它考虑了衬底调制效应和沟道长度调制效应.非饱和区饱和区

4KP=µ

Cox

本征跨导参数Cox=

ox/Tox

单位面积的栅氧化层电容LO

有效沟道长度,L

版图栅长,LD

沟道横向扩散长度MOSFET一级模型(Level=1)(续)MOSFET的阈值电压Vto本质上由栅级上的电荷,绝缘层中的电荷和沟道区电荷之间的平衡决定的,表达式为:

VTO是Vbs=0时的阈值电压

Vbs是衬底到源区的偏压

为体效应阈值系数,它反映了Vto随衬-源偏置Vbs的变化,表达式为:5MOSFET一级模型(Level=1)(续)NSUB为衬底(阱)掺杂浓度,它也决定了体内费米势

F当半导体表面的费米势等于

F时,半导体表面处于强反型,此时表面势PHI=2

Fn型反型层PHI>0,p型反型层PHI<0VFB称之为平带电压,它是使半导体表面能带和体内能带拉平而需在栅级上所加的电压.6VFB=

MS

QSS/COXMOSFET一级模型直流特性涉及的模型参数VTO VTO

衬底零偏置时源阈值电压KP 本征跨导参数GAMMA

体效应阈值系数PHI 2

F

强反型使的表面势垒高度LAMBDA

沟道长度调制系数UO µo/µn

表面迁移率L 沟道长度LD 沟道长度方向上横向扩散长度W 沟道宽度TOX TOX

栅氧化层厚度TPG 栅材料类型NSUB NSUB

衬底(阱)掺杂浓度NSS NSS

表面态密度.7VTO,KP,GAMMA,PHI,LAMBDA是器件参数.TOX,TPG,NSUB,NSS是工艺参数.若用户仅给出了工艺参数,SPICE会计算出相应的器件参数.8MOSFET一级模型直流特性涉及的模型参数IS: 衬底结饱和电流(省缺值为0)JS 衬底结饱和电流密度N: 衬底PN结发射系数AS: 源区面积PS: 源区周长AD: 漏区面积PD: 漏区周长JSSW: 衬底PN结侧壁单位长度的电流MOSFET49级模型(Level=49,BSIM3V3)1995年10月31日由加州柏克莱分校推出，基于物理的深亚微米MOSFET模型，可用于模拟和数字电路模拟。 模型考虑了(1) 阈值电压下降(2) 非均匀掺杂效应(3) 垂直电场引起的迁移率下降(4) 载流子极限漂移速度引起的沟道电流饱和效应(5) 沟道长度调制(6) 漏源电源引起的表面势垒降低而使阈值电压下降的静电反馈效应(7) 衬底电流引起的体效应(8) 亚阈值导通效应(9) 寄生电阻效应9MOSFET49级模型(Level=49,BSIM3V3)

共有166(174)个参数!67个DC参数13个AC和电容参数2个NQS模型参数10个温度参数11个W和L参数4个边界参数4个工艺参数8个噪声模型参数47二极管,耗尽层电容和电阻参数8个平滑函数参数(在3.0版本中)10不同MOSFET模型应用场合Level1 简单MOSFET模型Level2 2

m器件模拟分析Level3 0.9

m器件数字分析BSIM1 0.8

m器件数字分析BSIM2 0.3

m器件模拟与数字分析BSIM3 0.5

m器件模拟分析与0.1

m器件数字分析Level=6 亚