Совместимый со SPICE P-канал MOSFET
Simscape / Электрический / Дополнительные Компоненты / Полупроводники SPICE
Блок SPICE PMOS представляет совместимый со SPICE положительный канал (P-канал) полевой транзистор (FET) металлооксидного полупроводника (MOS). Если напряжение источника логического элемента уменьшается, увеличения проводимости канала. Если напряжение источника логического элемента увеличено, уменьшения проводимости канала.
SPICE или Программа Симуляции с Акцентом Интегральной схемы, является инструментом симуляции для электронных схем. Можно преобразовать некоторые подсхемы SPICE в эквивалентные модели Simscape™ Electrical™ с помощью блока Environment Parameters и совместимых со SPICE блоков из библиотеки Additional Components. Для получения дополнительной информации смотрите subcircuit2ssc
.
Переменные для уравнений блока SPICE PMOS включают:
Переменные, которые вы задаете путем определения параметров для блока SPICE PMOS. Видимость некоторых параметров зависит от значения, которое вы устанавливаете для других параметров. Для получения дополнительной информации смотрите Параметры.
Настроенные геометрией переменные, которые зависят от нескольких из значений, что вы задаете параметры использования для блока SPICE PMOS. Для получения дополнительной информации смотрите Настроенные Геометрией Переменные.
Температура, T, который является 300.15
K
по умолчанию. Можно использовать различное значение путем определения параметров для блока SPICE PMOS или путем определения параметров и для блока SPICE PMOS и для блока Environment Parameters. Для получения дополнительной информации смотрите Транзисторную Температуру.
Минимальная проводимость, GMIN, который является 1e-12
1/Ohm
по умолчанию. Можно использовать различное значение путем определения параметра для блока Environment Parameters. Для получения дополнительной информации смотрите Минимальную Проводимость.
Тепловое напряжение, Vtn. Для получения дополнительной информации смотрите Тепловое Напряжение.
Несколько переменных в уравнениях для модели SPICE P-channel MOSFET рассматривают геометрию устройства, которое представляет блок. Эти настроенные геометрией переменные зависят от переменных, которые вы задаете путем определения параметров блоков SPICE PMOS. Настроенные геометрией переменные зависят от этих переменных:
Область Область устройства
Шкала Количество параллельных подключенных устройств
Связанная неприспособленная переменная
Таблица включает настроенные геометрией переменные и уравнения определения.
Переменная | Описание | Уравнение |
---|---|---|
KPd | Настроенная геометрией активная межэлектродная проводимость |
|
ISd | Настроенное геометрией объемное текущее насыщение |
|
JSd | Настроенная геометрией объемная плотность тока насыщения соединения |
|
CBDd | Настроенная геометрией емкость объемного дренажа нулевого смещения |
|
CBSd | Настроенная геометрией емкость объемного источника нулевого смещения |
|
CGSOd | Настроенный геометрией источник логического элемента перекрывает емкость |
|
CGDOd | Настроенный геометрией дренаж логического элемента перекрывает емкость |
|
CGBOd | Настроенный геометрией объем логического элемента перекрывает емкость |
|
CJ | Настроенная геометрией нижняя емкость на область перехода |
|
CJSW | Настроенная геометрией емкость боковой стены на периметр соединения |
|
RDd | Настроенное геометрией сопротивление дренажа |
|
RSd | Настроенное геометрией исходное сопротивление |
|
RSHd | Настроенное геометрией сопротивление листа |
|
Существует два различных вариантов для определения транзисторной температуры, T:
Фиксированная температура — блок использует температуру, которая независима от температуры схемы, когда параметр Model temperature dependence using в настройках Temperature блока SPICE PMOS устанавливается на Fixed temperature
. Для этой модели блок устанавливает T, равный TFIXED.
Температура устройства — блок использует температуру, которая зависит от температуры схемы, когда параметр Model temperature dependence using в настройках Temperature блока SPICE PMOS устанавливается на Device temperature
. Для этой модели блок задает температуру как
Где:
TC является температурой схемы.
Если нет блока Environment Parameters в схеме, TC равен 300.15 K.
Если существует блок Environment Parameters в схеме, TC равен значению, которое вы задаете для параметра Temperature в настройках SPICE блока Environment Parameters. Значением по умолчанию для параметра Temperature является 300.15
K
.
TOFFSET является смещением локальная температура схемы.
Минимальная проводимость, GMIN, имеет значение по умолчанию 1e–12
1/Ohm
. Задавать различное значение:
Если уже нет блока Environment Parameters в схеме, добавьте тот.
В настройках SPICE блока Environment Parameters задайте желаемое значение GMIN для параметра GMIN.
Vtn является тепловым напряжением, которое задано как
Где:
N является коэффициентом эмиссии.
T является транзисторной температурой. Для получения дополнительной информации смотрите Транзисторную Температуру.
k является Постоянная Больцмана.
q является элементарным зарядом на электроне.
Таблицы показывают, как блок SPICE PMOS определяет некоторые свои параметры на основе значений, которые вы задаете.
Истощите сопротивление
Значения параметров | Настроенное геометрией транзисторное сопротивление дренажа | ||
---|---|---|---|
Drain resistance, RD | Sheet resistance, RSH | Number of drain squares, NRD | |
NaN | NaN | NaN | 0 |
NaN | RSH | NaN | 0 |
NaN | NaN | NRD | 0 |
RD | NaN или RSH | NaN или NRD | RDd |
NaN | RSH | NRD | RSHd *NRD |
Исходное сопротивление
Значения параметров | Настроенное геометрией транзисторное исходное сопротивление | ||
---|---|---|---|
Source resistance, RS | Sheet resistance, RSH | Number of source squares, NRS | |
NaN | NaN | NaN | 0 |
NaN | RSH | NaN | 0 |
NaN | NaN | NRS | 0 |
RS | NaN или RSH | NaN или NRS | RSd |
NaN | RSH | NRS | RSHd *NRS |
Активная межэлектродная проводимость и поверхностная мобильность
Значения параметров | Настроенная геометрией активная межэлектродная проводимость (уровень 1), в A/V2 | Настроенная геометрией активная межэлектродная проводимость (уровень 3), в A/V2 | Поверхностная мобильность (уровень 3), в cm2/s/V | ||
---|---|---|---|---|---|
Oxide thickness, TOX | Surface mobility, U0 | Transconductance, KP | |||
NaN | NaN | NaN | 2e-5 (значение по умолчанию) | 2e-5 (значение по умолчанию) | 600 (значение по умолчанию) |
NaN | NaN | KP | KPd | KPd | 600
|
NaN | U0 | NaN | 2e-5 | UO *EPXox/1e-7 | U0 |
NaN | U0 | KP | KPd | KPd | U0 |
TOX | NaN | NaN | 600 *EPXox/TOX | 600 *EPXox/TOX | 600
|
TOX | NaN | KP | KPd | KPd | 600
|
TOX | U0 | NaN | UO *EPXox/TOX | UO *EPXox/TOX | U0 |
TOX | U0 | KP | KPd | KPd | U0 |
Окисное напряжение толщины и порога
Значения параметров | Поверхностный потенциал, PHI (уровень 1), в V | Пороговое напряжение, VTO (уровень 1), в V | Поверхностный потенциал, PHI (уровень 3), в V | Пороговое напряжение, VTO (уровень 3), в V | |||
---|---|---|---|---|---|---|---|
Oxide thickness, TOX | Substrate doping, NSUB | Surface potential, PHI | Threshold voltage, VTO | ||||
NaN | NaN | NaN | NaN | 0.6 (значение по умолчанию) | 0 (значение по умолчанию) | 0.6 (значение по умолчанию) | 0 (значение по умолчанию) |
NaN | NaN | NaN | VTO | 0.6
| VTO | 0.6
| VTO |
NaN | NaN | PHI | NaN | PHI | 0 | PHI | 0 |
NaN | NaN | PHI | VTO | PHI | VTO | PHI | VTO |
NaN | NSUB | NaN | NaN | 0.6
| 0 | PHI (1e-7, NSUB) | VTO (1e-7, NSUB) |
NaN | NSUB | NaN | VTO | 0.6
| VTO | PHI (1e-7, NSUB) | VTO |
NaN | NSUB | PHI | NaN | PHI | 0 | PHI | VTO (1e-7, NSUB) |
NaN | NSUB | PHI | VTO | PHI | VTO | PHI | VTO |
TOX | NaN | NaN | NaN | 0.6
| 0 | 0.6
| 0 |
TOX | NaN | NaN | VTO | 0.6
| VTO | 0.6
| VTO |
TOX | NaN | PHI | NaN | PHI | 0 | PHI | 0 |
TOX | NaN | PHI | VTO | PHI | VTO | PHI | VTO |
TOX | NSUB | NaN | NaN | PHI (NSUB, TOX) | VTO (NSUB, TOX) | PHI (NSUB, TOX) | VTO (NSUB, TOX) |
TOX | NSUB | NaN | VTO | PHI (NSUB, TOX) | VTO | PHI (NSUB, TOX) | VTO |
TOX | NSUB | PHI | NaN | PHI | VTO (NSUB, TOX) | PHI | VTO (NSUB, TOX) |
TOX | NSUB | PHI | VTO | PHI | VTO | PHI | VTO |
Где PHI (NSUB, TOX)
, PHI (1e-7, NSUB)
, VTO (NSUB, TOX)
, и VTO (1e-7, NSUB)
получены с помощью этих уравнений:
Таблица показывает уравнения, которые задают отношение между объемным источником током, Isb, и напряжением, Vsb. Как применимые, параметры модели сначала настроены для температуры. Для получения дополнительной информации смотрите Температурную Зависимость.
Применимая область значений значений Vsb | Соответствующее уравнение Igs |
---|---|
Где:
ISsb является объемным насыщением, текущим, таким что, если:
и , .
Где:
JSd является настроенной геометрией объемной плотностью тока насыщения соединения.
AS является исходной областью.
Если или , , где ISd является настроенным геометрией объемным текущим насыщением.
Vtn является тепловым напряжением. Для получения дополнительной информации смотрите Тепловое Напряжение.
Gmin является минимальной проводимостью. Для получения дополнительной информации смотрите Минимальную Проводимость.
Таблица показывает уравнения, которые задают отношение между объемным дренажом током, Idb, и напряжением, Vdb. Как применимые, параметры модели сначала настроены для температуры. Для получения дополнительной информации смотрите Температурную Зависимость.
Применимая область значений значений Vdb | Соответствующее уравнение Idb |
---|---|
Где:
ISdb является объемным дренажом, текущим, таким что:
Если и , .
Где:
JSd является настроенной геометрией объемной плотностью тока насыщения соединения.
AD является областью стока.
Если или , , где ISd является настроенным геометрией объемным текущим насыщением.
Vtn является тепловым напряжением. Для получения дополнительной информации смотрите Тепловое Напряжение.
Gmin является минимальной проводимостью. Для получения дополнительной информации смотрите Минимальную Проводимость.
Эта таблица показывает отношение между дренажом текущий Isd и напряжением исходного дренажа Vsd в режиме normal mode (Vsd ≥ 0). Когда применимые, параметры модели сначала настроены для температуры.
NormalMode
Применимая область значений Vsg и значений Vsd | Соответствующее уравнение Isd |
---|---|
Где:
Von зависит от Vsb и PHI.
Применимое отношение Vsb и значений PHI | Соответствующее уравнение Von |
---|---|
MTYPE-1.
BETA
KP:
Transconductance, KP, если этот параметр имеет численное значение.
, если Transconductance, KP является NaN
и вы задаете значения и для Oxide thickness, TOX и для параметров Substrate doping, NSUB.
WIDTH является шириной канала.
LENGTH является длиной канала.
LD является боковой диффузией.
VBI является встроенным значением напряжения использование блока в вычислениях. Значение является функцией температуры. Для подробного определения смотрите Температурную Зависимость.
PHI:
Surface potential, PHI, если этот параметр имеет численное значение.
, если Surface potential, PHI является NaN
и вы задаете значения и для Oxide thickness, TOX и для параметров Substrate doping, NSUB.
LAMBDA является модуляцией канала.
GAMMA:
Bulk threshold, GAMMA, если этот параметр имеет численное значение.
, если Bulk threshold, GAMMA является NaN
и вы задаете значения и для Oxide thickness, TOX и для параметров Substrate doping, NSUB.
ε0 является проницаемостью свободного пространства, 8.854214871e-12 F/m.
ni является концентрацией поставщика услуг внутреннего кремния, 1.45e10 cm-3.
Эта таблица показывает отношение между дренажом текущий Isd и напряжением исходного дренажа Vsd в обратном режиме (Vsd <0). Когда применимые, параметры модели сначала настроены для температуры.
Обратный режим
Применимая область значений Vdg и значений Vsd | Соответствующее уравнение Isd |
---|---|
Von зависит от Vdb и PHI.
Применимое отношение Vdb и значений PHI | Соответствующее уравнение Von |
---|---|
Блок предоставляет следующую модель для дренажа текущий Isd в режиме normal mode () после корректировки применимых параметров модели для температуры.
Где:
IDS0 является Основной Текущей моделью Дренажа.
ScaleVMAX является Скоростным Масштабированием Насыщения.
ScaleLChan является Масштабированием Модуляции Длины канала.
ScaleINV является Слабым Масштабированием Инверсии.
Блок использует ту же модель для дренажа, текущего в обратном режиме (), со следующими заменами:
Отношение между дренажом текущий Isd и напряжением исходного дренажа Vsd
Где:
BETA вычисляется как описано в Текущей модели Дренажа Уровня 1.
FGATE вычисляется как
Где:
THETA моделирует зависимость мобильности на напряжении источника логического элемента.
Если вы задаете ненулевое значение для параметра Fast surface state density, NFS, блок вычисляет Von с помощью этого уравнения:
В противном случае,
Блок вычисляет xn как
Блок вычисляет Vbulk можно следующим образом:
Если
В противном случае блок вычисляет Vbulk как
Тепловое напряжение, таким образом, что
Блок вычисляет VTH с помощью следующего уравнения:
Для получения информации о том, как блок вычисляет VBI, смотрите Температурную Зависимость.
ETA является Vds dependence threshold volt, ETA.
Где εox является проницаемостью окиси, и TOX является Oxide thickness, TOX.
Если вы задаете ненулевое значение для параметра Junction depth, XJ и значение для параметра Substrate doping, NSUB, блок вычисляет Fs с помощью этих уравнений:
Где εsi является проницаемостью кремния.
В противном случае,
Блок вычисляет FB как
Блок вычисляет Fn как
DELTA является воздействием ширины на пороге.
VSDX является меньшим из VSD и напряжения насыщения, Vdsat.
Если вы задаете положительное значение для параметра Max carrier drift velocity, VMAX, блок вычисляет Vdsat с помощью следующего уравнения:
В противном случае блок вычисляет Vdsat как
Если вы задаете положительное значение для параметра Max carrier drift velocity, VMAX, блок вычисляет ScaleVMAX как
В противном случае,
Блок масштабирует дренаж, текущий с учетом модуляции длины канала если и Max carrier drift velocity, VMAX меньше чем или равен нулю, или α является ненулевым.
Блок масштабирует дренаж текущее использование следующего уравнения:
Вычислять блок:
Вычисляет промежуточное значение .
Если вы задаете положительное значение для параметра Max carrier drift velocity, VMAX, блок вычисляет промежуточное значение gdsat как больший из 1e-12 и результат следующего уравнения:
Где:
Затем блок использует следующее уравнение, чтобы вычислить промежуточное значение Δl0:
Где
В противном случае блок использует следующее уравнение, чтобы вычислить промежуточное значение как
Проверки блока на перфорацию через и вычисляют .
Если
блок вычисляет использование следующего уравнения:
В противном случае,
Если VSG меньше Von, блок вычисляет ScaleINV с помощью следующего уравнения:
В противном случае,
Блок моделирует Джанкшен-Оверлэп-Чарджес и Объем Джанкшен-Чарджес.
Блок вычисляет следующие заряды перекрытия соединения:
Где:
QSG является зарядом перекрытия исходного логического элемента.
CGSOd является настроенной емкостью перекрытия источника логического элемента геометрии.
WIDTH является шириной канала.
Где:
QDG является зарядом перекрытия логического элемента дренажа.
CGDOd является настроенной емкостью перекрытия дренажа логического элемента геометрии.
Где:
QBG является зарядом перекрытия объемного логического элемента.
CGBOd является настроенной объемной логическим элементом емкостью перекрытия геометрии.
LENGTH является длиной канала.
LD является боковой диффузией.
Эта таблица показывает, что отношение между нижним соединением объемного дренажа заряжает Qbottom и напряжение на переходе, Vdb. Когда применимые, параметры модели сначала настроены для температуры.
Применимая область значений значений Vdb | Соответствующее уравнение Qbottom |
---|---|
если CBD> 0. в противном случае. | |
если .
в противном случае. |
Где:
PB является объемным потенциалом соединения.
FC является коэффициентом емкости.
CBDd является настроенной геометрией емкостью объемного дренажа нулевого смещения.
CJd является настроенной геометрией нижней емкостью на область перехода.
AD является областью стока.
MJ является нижним коэффициентом классификации.
Чтобы вычислить нижний заряд соединения объемного источника, блок заменяет переменными в уравнениях в предыдущей таблице. Замены блока:
Vsb заменяет Vdb.
AS для AD
CBSd для CBDd
Эта таблица показывает, что отношение между соединением боковой стены объемного дренажа заряжает Qsidewall и напряжение на переходе Vdb. Когда применимые, параметры модели сначала настроены для температуры.
Применимая область значений значений Vdb | Соответствующее уравнение Qsidewall |
---|---|
Где:
CJSWd является настроенной емкостью боковой стены геометрии на периметр соединения.
PD является периметром дренажа.
MGSW является стороной, градуирующей коэффициент.
Чтобы вычислить соединение боковой стены объемного источника заряжаются и напряжение на переходе боковой стены, переменные замен блока в уравнениях в предыдущей таблице. Замены блока:
Vsb заменяет Vdb.
PS для PD
Блок SPICE PMOS позволяет вам моделировать транзисторную модель емкости тремя различными способами:
Никакая внутренняя модель емкости
Эта таблица показывает отношение между операционными областями транзистора и объема логического элемента, дренажа логического элемента и емкостей затвор-исток.
Операционная область | Объем логического элемента, Cgb, дренаж логического элемента, Cgd, и источник логического элемента, Cgs, уравнения | |
---|---|---|
Область накопления, | ||
Область истощения, | ||
Область насыщения, | если то: | если то: |
Линейная область, |
где:
напряжение плоской полосы.
Vsatmin является минимальным напряжением насыщения. Это - предопределенный параметр, равный 1
V
.
Эти уравнения непрерывны между областью истощения и областью накопления, и прерывисты между истощением и областью инверсии. Другие инструменты SPICE применяют функции сглаживания между областями истощения и инверсией.
где m является предопределенным постоянным сглаживанием.
Эта таблица показывает, что отношение между операционными областями транзистора и логического элемента, объема, канала, высушивает, и источник взимает за MOS уровня 1.
Операционная область | Уровень 1 заряжает уравнения |
---|---|
Область накопления, | |
Область истощения, | |
Область насыщения, | |
Линейная область, |
где:
Qg является зарядом затвора.
Qb является объемным зарядом.
Qd является зарядом дренажа.
Qs является исходным зарядом.
заряд в канале. Qc должен быть разделен между Qd и Qs.
Эта таблица показывает, что отношение между операционными областями транзистора и логического элемента, объема, канала, высушивает, и источник взимает за MOS уровня 3.
Операционная область | Уровень 3 заряжает уравнения |
---|---|
Область накопления, | |
Область истощения, | |
Область насыщения, | |
Линейная область, |
где:
Vdsat является напряжением насыщения
FB является коэффициентом влияния корпуса
ETA является пороговым коэффициентом напряжения источника дренажа
и коэффициенты сглаживания между истощением и областями накопления, чтобы помочь со сходимостью.
Активная межэлектродная проводимость как функция транзисторной температуры
Где:
KPd является настроенной геометрией активной межэлектродной проводимостью.
T является транзисторной температурой. Для получения дополнительной информации смотрите Транзисторную Температуру.
Tmeas является температурой экстракции параметра.
Поверхностный потенциал как функция транзисторной температуры
Где:
PHI является поверхностным потенциалом.
k является Постоянная Больцмана.
q является элементарным зарядом на электроне, 1.6021918e-19 C.
EG является энергией активации, такой что:
Встроенное напряжение как функция транзисторной температуры
Где:
VBI является встроенным напряжением.
VTO является пороговым напряжением. VTO зависит от значения, которое вы задаете для параметра Threshold voltage, VTO в настройках DC currents. Если вы задаете численное значение, VTO оценен как то значение. Если вы задаете нечисловое значение (NAN
) и вы задаете численные значения и для Oxide thickness, TOX и для параметров Substrate doping, NSUB в настройках Process, затем VTO оценен как , Где:
Φ зависит от типа логического элемента, который вы задаете использование параметра Gate type, TPG. Если вы задаете Aluminum (0)
, . В противном случае, , Где:
MTYPE является транзисторным типом. Для P-channel MOSFET, MTYPE =-1.
TPG представляет тип логического элемента и также зависит от опции, которую вы задаете для параметра Gate type, TPG в настройках Process. Если вы задаете
Opposite of substrate (1)
— TPG = 1
Same as substrate (-1)
— TPG =-1
NSS является поверхностной плотностью состояния.
TOX является окисной толщиной.
ε0 является проницаемостью свободного пространства.
GAMMA является объемным порогом. GAMMA зависит от значения, которое вы задаете для параметра Bulk threshold, GAMMA в настройках DC currents. Если вы задаете численное значение, GAMMA оценен как то значение. Если вы задаете нечисловое значение (NAN
) и вы задаете численные значения и для Oxide thickness, TOX и для параметров Substrate doping, NSUB в настройках Process, затем VTO оценен как , где NSUB является легированием подложки.
Объемное насыщение, текущее как функция транзисторной температуры,
Где:
ISd является настроенным геометрией объемным текущим насыщением.
ND является коэффициентом эмиссии.
Объемная плотность тока насыщения соединения как функция транзисторной температуры
Где:
JSd является настроенной геометрией объемной плотностью тока насыщения соединения.
Объемный потенциал соединения как функция транзисторной температуры
Где:
PB является объемным потенциалом соединения.
Емкость перехода объемного дренажа как функция транзисторной температуры
Где:
CBDd является настроенной емкостью объемного дренажа нулевого смещения геометрии.
MJ является нижним коэффициентом классификации.
Блок использует уравнение CBD(T), чтобы вычислить:
Емкость перехода объемного источника путем замены CBSd, настроенной геометрией емкостью объемного источника нулевого смещения, для CBDd.
Нижняя емкость перехода путем замены CJd, настроенной геометрией нижней емкостью на область перехода для CBDd.
Отношение между емкостью перехода боковой стены CJSW и транзисторной температурой, T,
Где:
CJSWd является стороной настроенная геометрией емкость боковой стены на периметр соединения.
MJSW является стороной, градуирующей коэффициент.
Блок не поддерживает шумовой анализ.
Блок применяет начальные условия через конденсаторы соединения а не через порты блока.
[1] Г. Массобрио и П. Антоньетти. Полупроводниковое моделирование устройства с SPICE. 2-й выпуск. Нью-Йорк: McGraw-Hill, 1993.
[2] Пин Ян, и др. ‘Расследование проблемы Сохранения Заряда для Симуляции Схемы MOSFET’. Журнал IEEE Твердотельных схем, издания 18, № 1, февраль 1983, стр 128–38. DOI.org (Crossref), doi:10.1109/JSSC.1983.1051909.