Podręcznik
6. Model tranzystora MOS dla symulacji komputerowej
6.1. Parametry modelu
Charakterystyka stałoprądowa jest określona dla nienasycenia wzorem (2.4):
a w zakresie nasycenia (2.17):
gdzie parametr modulacji długości kanału l (LAMBDA) (rzędu 0.1 - 0.01 V-1) służy do aproksymacji charakterystyk.
We współczynniku b tranzystora wyróżnia się część konstrukcyjną (W/L) i technologiczną, wprowadzając parametr transkonduktancji k’ (KP):
(6.1) |
Wpływ polaryzacji podłoża na wartość napięcia progowego opisuje się definiując współczynnik efektu podłoża g (GAMMA):
(6.2) |
gdzie:
(6.3) |
Parametry elektryczne jak napięcie progowe UT0 (VTO) mogą być obliczone przez program, o ile zostaną podane parametry technologiczne struktury, jak grubość tlenku TOX, koncentracja domieszek w podłożu NSUB, rodzaj materiału bramki:
(6.4) |
i inne wymienione w tablicy 6.1.
Magazynowanie ładunku jest uwzględnione na rys. 6.1 w postaci stałych pojemności zakładkowych CGSO, CGDO i CGBO oraz nieliniowych pojemności warstw zaporowych złączy p-n: źródło-podłoże i dren-podłoże opisanych parametrami CBD, CBS, CJ, CJSW, MJ, MJSW, PB. Pojemność bramka-kanał w obszarze cienkiego tlenku nie została na rys. 6.1 wyszczególniona. Pojemność tę program oblicza jako funkcję napięć polaryzacji, rozłożoną pomiędzy obszarami bramki, źródła, drenu i podłoża.
Parametry modelu Level 1 przedstawiono wraz z odpowiadającymi im symbolami użytymi w dostępnych tu wzorach zebrano w tablicy 6.1.
Tablica 6.1
Nazwa |
Sym-bol |
Parametr |
Jedn. |
Wartość domyślna |
LEVEL |
|
Poziom modelu |
|
1 |
VTO |
UT0 |
Napięcie progowe dla USB = 0 |
V |
0.0 |
KP |
k’ |
Parametr transkonduktancji |
A/V2 |
2.0E-5 |
GAMMA |
g |
Parametr efektu podłoża |
V1/2 |
0.0 |
LAMBDA |
l |
Parametr modulacji długości kanału |
1/V |
0.0 |
RS |
rs |
Rezystancja źródła |
W |
0.0 |
RD |
rd |
Rezystancja drenu |
W |
0.0 |
RSH |
RS |
Rezystancja warstwowa źródła i drenu |
W/ |
0.0 |
CGSO |
|
Pojemność zakładkowa G-S na jedn. szer. kanału |
F/m |
0.0 |
CGDO |
|
Pojemność zakładkowa G-D na jedn. szer. kanału |
F/m |
0.0 |
CGBO |
|
Pojemność zakładkowa G-S na jedn. dł. kanału |
F/m |
0.0 |
CBS |
|
Pojemność złączowa B-S dla zerowej polaryzacji |
F |
0.0 |
CBD |
|
Pojemność złączowa B-D dla zerowej polaryzacji |
F |
0.0 |
PB |
Ug |
Napięcie gradientowe (dyfuzyjne) |
V |
0.8 |
CJ |
Cj0 |
Poj. złączowa na jedn. powierzchni dolnej (U = 0) |
F/ m2 |
0.0 |
MJ |
m |
Współczynnik gradientowy dolnej części złącza |
|
0.5 |
CJSW |
|
Poj. złączowa na jedn. obwodu części bocznej (U = 0) |
F/ m |
0.0 |
MJSW |
|
Współczynnik gradientowy bocznej części złącza |
|
0.33 |
IS |
Is |
Prąd nasycenia złączy |
A |
1.0E-14 |
JS |
Js |
Gęstość prądu nasycenia złączy |
A/ m2 |
|
PHI |
2|jF| |
Potencjał powierzchniowy na granicy silnej inwersji |
V |
0.6 |
NSUB |
NB |
Koncentracja domieszek w podłożu |
cm-3 |
0.0 |
NSS |
Qsr/q |
Gęstość stanów powierzchniowych |
cm-2 |
0.0 |
TOX |
ti |
Grubość tlenku |
m |
1.0E-7 |
TPG |
|
Rodzaj materiału bramki |
|
1.0 |
XJ |
xj |
Metalurgiczna głębokość złącza |
m |
0.0 |
LD |
Lj |
Zasięg dyfuzji/implantacji bocznej |
m |
0.0 |
UO |
m |
Ruchliwość nośników w kanale |
cm2/Vs |
600 |
Parametry elektryczne i dane technologiczne struktury dotyczące określonego rodzaju tranzystorów wprowadzane są w pliku wejściowym programu SPICE w tzw. karcie modelu. W zależności od szczegółowości zestawu tych danych, parametry elektryczne są zadane lub obliczane przez program.
Dane konstrukcyjne dotyczące konkretnego tranzystora jak długość L i szerokość kanału W podaje się w karcie elementu razem z numerami węzłów umiejscawiającymi go w układzie. W tej karcie można też wprowadzić dodatkowe informacje konstrukcyjne dające elastyczność w opisie właściwości złączy:
- powierzchnie złączy źródła AS i drenu AD pozwalają obliczyć:
prąd nasycenia IS na podstawie gęstości tego prądu JS,
pojemności CBS i CBD na podstawie pojemności jednostkowej CJ,
- liczby kwadratów NRS i NRD służą obliczeniu rezystancji RS i RD na podstawie rezystancji warstwowej RSH
- długości obwodu źródła PS i drenu PD wykorzystuje się do obliczenia pojemności powierzchni bocznych tych obszarów na podstawie CJSW.