第6章集成電路器件及spice模型-全文預(yù)覽
【正文】 Ron交流電阻 rds ( b )和 ( e ) 直流電阻 Ron交流電阻 rds 11 電容 ? 在高速集成電路中，有多種實(shí)現(xiàn)電容的方法： 1）利用二極管和三極管的結(jié)電容； 2）利用圖 (a)所示的叉指金屬結(jié)構(gòu)； 3）利用圖 (b)所示的金屬 絕緣體 金屬(MIM)結(jié)構(gòu)； 4）利用 類似于 圖 (b)的多晶硅 /金屬 絕緣體 多晶硅結(jié)構(gòu)； 12 圖 (a)叉指結(jié)構(gòu)電容和 (b)MIM 結(jié)構(gòu)電容 13 電容 ? 平板電容公式 ? 高頻等效模型 ? 自諧振頻率 f0 ? 品質(zhì)因數(shù) Q LCf ?210 ?dlwC r 0???f f0 / 3 14 電感 引言 集總電感 單匝 線圈版圖 ）（ pH]2)/8[ l n( ?? waaL ?a， w 取微米單位 15 式中： ri=螺旋的內(nèi)半徑，微米， r0=螺旋的外半徑，微米， N=匝數(shù)。在這個(gè)工作區(qū)域，當(dāng)漏源電壓變化時(shí)，只要器件仍工作在飽和區(qū)，它所表現(xiàn)出來(lái)的交流電阻幾乎不變，直流電阻則將隨著漏源電壓變大而變大。039。這時(shí)，集總元件模型就不能有效地描述那些大尺寸元件的性能，應(yīng)該定義為分布元件。 2）在相鄰的 CPW之間有更好的屏蔽，因此有更高的集成度和更小的芯片尺寸。 2）由于厚的介質(zhì)層，導(dǎo)熱能力差，不利于大功率放大器的實(shí)現(xiàn)。 27 IDRSCjCdVVD++_圖 二極管等效電路模型 Cj和 Cd分別代表 PN結(jié)的勢(shì)壘電容和擴(kuò)散電容。 32 圖 EM直流模型 IBVB CcICαFIFIR+EIEαRIRIF+VB EBCABEA ’N P N 管 npn33 ? 由于這種 EM模型將電流增益作為頻率的函數(shù)來(lái)處理 ， 對(duì)計(jì)算晶體管存貯效應(yīng)和瞬態(tài)特性不方便 ， 所以改進(jìn)的 EM模型用了電荷控制觀點(diǎn) ， 即增加電容到模型中 。 反映了共射極電流放大倍數(shù) β隨電流和電壓的變化 。 ， 考慮了外延層電荷存儲(chǔ)引起的準(zhǔn)飽和效應(yīng) 。其 直流特性 由反映漏極電流隨柵極電壓變化的參數(shù) VTO和 BETA、 確定輸出電導(dǎo)的參數(shù) LAMBDA和柵 源結(jié)與柵 漏結(jié)飽和電流的參數(shù) IS共同描述 。其電荷存儲(chǔ)效應(yīng)由隨結(jié)電壓的平方根變化的 柵 源與柵 漏兩個(gè)結(jié)的非線性耗盡層電容模擬，參數(shù)為 CGS， CGD和 PB。n 表面遷移率 L 溝道長(zhǎng)度 LD 溝道長(zhǎng)度方向上橫向擴(kuò)散長(zhǎng)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 . 54 ? VTO, 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) . MOSFET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(zhǎng) AD: 漏區(qū)面積 PD: 漏區(qū)周長(zhǎng) JSSW: 襯底 PN結(jié)側(cè)壁單位長(zhǎng)度的電流 55 上列 8個(gè)參數(shù)用于計(jì)算 1) 襯底電流 2) 襯 源 PN結(jié)漏電流 3) 襯 漏 PN結(jié)漏電流 其中 , ? ?1eII tbs NV/Vssbs ??? ?1eII tbd NV/Vdsbd ??MOSFET一級(jí)模型直流特性涉及的模型參數(shù) Iss= AS?JS + PS?JSSW Ids= AD?JS + PD?JSSW Ib=Ibs + Ibd 56 MOSFET二級(jí)模型方程 ? 取消了漸變溝道近似分析法中的一些簡(jiǎn)化假設(shè)。 57 MOSFET三級(jí)模型 , 半經(jīng)驗(yàn)短溝道模型 (Level=3) 精確描述各種二級(jí)效應(yīng) , 又節(jié)省計(jì)算時(shí)間 . 計(jì)算公式中考慮了 1 ) 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) . 2 ) 短溝道效應(yīng)和窄溝道效應(yīng)對(duì)閾值電壓的影響 . 3 ) 載流子極限漂移速度引起的溝道電流飽和效應(yīng) 4 ) 表面電場(chǎng)對(duì)載流子遷移率的影響 . 沿溝道方向 (Y方向 )的閾值電壓半經(jīng)驗(yàn)公式 : ? ?)(2)(22)( YVVFYVVFVVYV bsFNbsFsDSFFBt ????????? ?????58 MOSFET三級(jí)模型 , 半經(jīng)驗(yàn)短溝道模型 (Level=3)(續(xù) ) 靜電反饋系數(shù) ? ETA是模擬靜電反饋效應(yīng)的經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ蛥?shù) . 載流子 ?s隨 VGS而變化 THETA稱之為遷移率調(diào)制系數(shù) , 是模型參數(shù) . 溝道長(zhǎng)度調(diào)制減小量 ?L的 半經(jīng)驗(yàn)公式為 : k稱之為飽和電場(chǎng)系數(shù) , 模型參數(shù)為 KAPPA. 因此 ,
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