SPICE NMOS

Совместимый со SPICE N-канал MOSFET

  • Библиотека:
  • Simscape / Электрический / Дополнительные Компоненты / Полупроводники SPICE

  • SPICE NMOS block

Описание

Блок SPICE NMOS представляет совместимый со SPICE отрицательный канал (N-канал) полевой транзистор (FET) металлооксидного полупроводника (MOS). Если напряжение источника логического элемента увеличивает увеличения проводимости канала. Если напряжение источника логического элемента уменьшено, 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 уравнения

Переменные для уравнений блока SPICE NMOS включают:

  • Переменные, которые вы задаете путем определения параметров для блока SPICE NMOS. 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 NMOS. 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 NMOS или путем определения параметров и для блока SPICE NMOS 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.

Настроенные геометрией переменные

Несколько переменных в уравнениях для модели SPICE N-channel MOSFET рассматривают геометрию устройства, которое представляет блок. Эти настроенные геометрией переменные зависят от переменных, которые вы задаете путем определения параметров блоков SPICE NMOS. 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.

ПеременнаяОписаниеУравнение
KPdНастроенная геометрией активная межэлектродная проводимость

KPd=KP*AREA*SCALE

ISdНастроенное геометрией объемное текущее насыщение

ISd=IS*AREA*SCALE

JSdНастроенная геометрией объемная плотность тока насыщения соединения

JSd=JS*AREA*SCALE

CBDdНастроенная геометрией емкость объемного дренажа нулевого смещения

CBDd=CBD*AREA*SCALE

CBSdНастроенная геометрией емкость объемного источника нулевого смещения

CBSd=CBS*AREA*SCALE

CGSOdНастроенный геометрией источник логического элемента перекрывает емкость

CGSOd=CGSO*AREA*SCALE

CGDOdНастроенный геометрией дренаж логического элемента перекрывает емкость

CGDOd=CGDO*AREA*SCALE

CGBOdНастроенный геометрией объем логического элемента перекрывает емкость

CGBOd=CGBO*AREA*SCALE

CJНастроенная геометрией нижняя емкость на область перехода

CJd=CJ*AREA*SCALE

CJSWНастроенная геометрией емкость боковой стены на периметр соединения

CJSWd=CJSW*AREA*SCALE

RDdНастроенное геометрией сопротивление дренажа

RDd=RDAREA*SCALE

RSdНастроенное геометрией исходное сопротивление

RSd=RSAREA*SCALE

RSHdНастроенное геометрией сопротивление листа

RSHd=RSHAREA*SCALE

Транзисторная температура

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 NMOS 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 NMOS устанавливается на Device temperature. Для этой модели блок задает температуру как

    T=TC+TOFFSET

    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

Минимальная проводимость, GMIN, имеет значение по умолчанию 1e–12 1/Ohm. Задавать различное значение:

  1. Если уже нет блока Environment Parameters в схеме, добавьте тот.

  2. В настройках SPICE блока Environment Parameters задайте желаемое значение GMIN для параметра GMIN.

Тепловое напряжение

Vtn является тепловым напряжением, которое задано как

Vtn=Nk*Tq

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.

Вычисления параметров

Таблицы показывают, как блок SPICE NMOS определяет некоторые свои параметры на основе значений, которые вы задаете.

Истощите сопротивление

Значения параметровНастроенное геометрией транзисторное сопротивление дренажа
Drain resistance, RDSheet resistance, RSHNumber of drain squares, NRD
NaNNaNNaN0
NaNRSHNaN0
NaNNaNNRD0
RDNaN или RSHNaN или NRDRDd
NaNRSHNRDRSHd *NRD

Исходное сопротивление

Значения параметровНастроенное геометрией транзисторное исходное сопротивление
Source resistance, RSSheet resistance, RSHNumber of source squares, NRS
NaNNaNNaN0
NaNRSHNaN0
NaNNaNNRS0
RSNaN или RSHNaN или NRSRSd
NaNRSHNRSRSHd *NRS

Активная межэлектродная проводимость и поверхностная мобильность

Значения параметровНастроенная геометрией активная межэлектродная проводимость (уровень 1), в A/V2Настроенная геометрией активная межэлектродная проводимость (уровень 3), в A/V2Поверхностная мобильность (уровень 3), в cm2SV
Oxide thickness, TOXSurface mobility, U0Transconductance, KP
NaNNaNNaN2e-5 (значение по умолчанию)2e-5 (значение по умолчанию)600 (значение по умолчанию)
NaNNaNKPKPdKPd600
NaNU0NaN2e-5UO *EPXox/1e-7U0
NaNU0KPKPdKPdU0
TOXNaNNaN600*EPXox/TOX600*EPXox/TOX600
TOXNaNKPKPdKPd600
TOXU0NaNUO *EPXox/TOXUO *EPXox/TOXU0
TOXU0KPKPdKPdU0

Окисное напряжение толщины и порога

Значения параметровПоверхностный потенциал, PHI (уровень 1), в VПороговое напряжение, VTO (уровень 1), в VПоверхностный потенциал, PHI (уровень 3), в VПороговое напряжение, VTO (уровень 3), в V
Oxide thickness, TOXSubstrate doping, NSUBSurface potential, PHIThreshold voltage, VTO
NaNNaNNaNNaN0.6 (значение по умолчанию)0 (значение по умолчанию)0.6 (значение по умолчанию)0 (значение по умолчанию)
NaNNaNNaNVTO0.6VTO0.6VTO
NaNNaNPHINaNPHI0PHI0
NaNNaNPHIVTOPHIVTOPHIVTO
NaNNSUBNaNNaN0.60PHI (1e-7, NSUB)VTO (1e-7, NSUB)
NaNNSUBNaNVTO0.6VTOPHI (1e-7, NSUB)VTO
NaNNSUBPHINaNPHI0PHIVTO (1e-7, NSUB)
NaNNSUBPHIVTOPHIVTOPHIVTO
TOXNaNNaNNaN0.600.60
TOXNaNNaNVTO0.6VTO0.6VTO
TOXNaNPHINaNPHI0PHI0
TOXNaNPHIVTOPHIVTOPHIVTO
TOXNSUBNaNNaNPHI (NSUB, TOX)VTO (NSUB, TOX)PHI (NSUB, TOX)VTO (NSUB, TOX)
TOXNSUBNaNVTOPHI (NSUB, TOX)VTOPHI (NSUB, TOX)VTO
TOXNSUBPHINaNPHIVTO (NSUB, TOX)PHIVTO (NSUB, TOX)
TOXNSUBPHIVTOPHIVTOPHIVTO

Где PHI (NSUB, TOX), PHI (1e-7, NSUB), VTO (NSUB, TOX), и VTO (1e-7, NSUB) получены с помощью этих уравнений:

PHI=2kTqln(NSUBni)

GAMMA=2qεsiNSUBCox

VFB=φMSqNSSCoxVTO=VFB+PHI+GAMMA*PHI.

Диодная модель объемного источника

Таблица показывает уравнения, которые задают отношение между текущим объемным источником, Ibs, и напряжением объемного источника, Vbs. Как применимые, параметры модели сначала настроены для температуры. Для получения дополнительной информации смотрите Температурную Зависимость.

Применимая область значений значений VbsСоответствующее уравнение Ibs

Vbs>80*Vtn

Ibs=ISbs*((VbsVtn79)e801)+Vbs*Gmin

80VtnVbs

Ibs=ISbs*(eVbs/Vtn1)+Vbs*Gmin

Где:

  • ISbs является объемным насыщением, текущим, таким что, если:

    • JSd0 и AS0, ISbs=JSd*AS.

      Где:

      • JSd является настроенной геометрией объемной плотностью тока насыщения соединения.

      • AS является исходной областью.

    • Если JSd=0 или AS=0, ISbs=ISd, 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.

Диодная модель объемного дренажа

Таблица показывает уравнения, которые задают отношение между объемным дренажом текущий Ibd, и напряжением объемного дренажа, Vbd. Как применимые, параметры модели сначала настроены для температуры. Для получения дополнительной информации смотрите Температурную Зависимость.

Применимая область значений значений VbdСоответствующее уравнение Ibd

Vbd>80*Vtn

Ibd=ISbd*((VbdVtn79)e801)+Vbd*Gmin

80VtnVbd

Ibd=ISbd*(eVbd/Vtn1)+Vbd*Gmin

Где:

  • ISbd является объемным дренажом, текущим, таким что:

    • Если JSd0 и AD0, ISbd=JSd*AD.

      Где:

      • JSd является настроенной геометрией объемной плотностью тока насыщения соединения.

      • AD является областью стока.

    • Если JSd=0 или AD=0, ISbd=ISd, 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.

Уровень 1 Истощите текущую модель

Эта таблица показывает отношение между текущим дренажом, Id, и напряжением источника дренажа, Vds, в режиме normal mode (Vds ≥ 0). Когда применимые, параметры модели сначала настроены для температуры.

NormalMode

Применимая область значений Vgs и значений VdsСоответствующее уравнение Id

Vgs-Von0

Id=0

0<Vgs-VonVds

Id=BETA*(VgsVon)2(1+LAMBDA*Vds)2

0<Vds<Vgs-Von

Id=BETA*Vds((Vgs-Von)-Vds2)(1+LAMBDA*Vds)

Где:

  • Von зависит от Vbs и PHI.

    Применимое отношение Vbs и значений PHIСоответствующее уравнение Von

    Vbs0

    Von=MTYPE*VBI+GAMMAPHIVbs

    0<Vbs2*PHI

    Von=MTYPE*VBI+GAMMA(PHIVbs2PHI)

    Vbs>2*PHI

    Von=MTYPE*VBI

  • MTYPE равняется 1.

  • BETA BETA=(KPd*WIDTH)/(LENGTH2*LD)

  • KP:

    • Transconductance, KP, если этот параметр имеет численное значение.

    • U0*3.9*ε0/TOX, 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.

    • 2*kTmeas/q*log(NSUB/ni), 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.

    • TOX*2*11.7*ε0*q*NSUB/(3.9*ε0), 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 несущей внутреннего кремния, 1.45e10 см-3.

Эта таблица показывает отношение между дренажом текущий Id и напряжением источника дренажа Vds в обратном режиме (Vds <0). Когда применимые, параметры модели сначала настроены для температуры.

Обратный режим

Применимая область значений Vgd и значений VdsСоответствующее уравнение Id

Vgd-Von0

Id=0

0<Vgd-VonVds

Id=BETA(VgdVon)2(1LAMBDA*Vds)/2

0<Vds<VgdVon

Id=BETA*Vds((Vgd-Von)+Vds/2)(1LAMBDA*Vds)

Von зависит от Vbd и PHI.

Применимое отношение Vbs и значений PHIСоответствующее уравнение Von

Vbd0

Von=MTYPE*VBI+GAMMAPHIVbd

0<Vbd2*PHI

Von=MTYPE*VBI+GAMMA(PHIVbs2PHI)

Vbd>2*PHI

Von=MTYPE*PHI

Уровень 3 Истощите текущую модель

Блок предоставляет следующую модель для дренажа текущий Ids в режиме normal mode (Vds0) после корректировки применимых параметров модели для температуры.

IDS=IDS0*ScaleVMAX*ScaleLChan*ScaleINV

Где:

Блок использует ту же модель для дренажа, текущего в обратном режиме (Vds<0), со следующими заменами:

VbsVbsVds

VgsVgsVds

VdsVds

Основная текущая модель дренажа

Отношение между текущим дренажом, Ids, и напряжением источника дренажа, Vds

IDS0=BETA*Fgate*(VGSXVTH1+FB2*VDSX)*VDSX

Где:

  • BETA вычисляется как описано в Текущей модели Дренажа Уровня 1.

  • FGATE вычисляется как

    Fgate=11+THETA*(VgsxVTH)

    Где:

    • THETA моделирует зависимость мобильности на напряжении источника логического элемента.

    • Vgsx=max(VGS,Von)

  • Если вы задаете ненулевое значение для параметра Fast surface state density, NFS, блок вычисляет Von с помощью этого уравнения:

    Von=VTH+xnVT

    В противном случае,

    Von=VTH

  • Блок вычисляет xn как

    xn=1+q*NFSCOX+(GAMMA*Fs*Vbulk+Fn*VbulkWIDTH)2*Vbulk

  • Блок вычисляет Vbulk можно следующим образом:

    • Если

      VBS0,

      Vbulk=PHIVBS.

    • В противном случае блок вычисляет Vbulk как

      Vbulk=PHI(1+VBS2*PHI)2

  • Тепловое напряжение, таким образом, что

    VT=kTq

  • Блок вычисляет VTH с помощью следующего уравнения:

    VTH=VBI8.15e22*ETACOX*(LENGTH2*LD)3*VDS+GAMMA*Fs*Vbulk+Fn*Vbulk

    Для получения информации о том, как блок вычисляет VBI, смотрите Температурную Зависимость.

  • ETA является Vds dependence threshold volt, ETA.

  • COX=εoxTOX,

    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:

    α=2εsiqNSUB

    XD=α

    wc=.0631353+.8013292*XD*VbulkXJ.01110777*(XD*VbulkXJ)2+LDXJ

    Fs=1(wc*1(XD*VbulkXJ+XD*Vbulk)2LDXJ)

    Где εsi является проницаемостью кремния.

    В противном случае,

    Fs=1

  • Блок вычисляет FB как

    FB=GAMMA*Fs4*Vbulk+Fn

  • Блок вычисляет Fn как

    Fn=DELTA*π*εsi2*COX*WIDTH

  • DELTA является воздействием ширины на пороге.

  • VDSX является меньшим из VDS и напряжения насыщения, Vdsat.

    • Если вы задаете положительное значение для параметра Max carrier drift velocity, VMAX, блок вычисляет Vdsat с помощью следующего уравнения:

      Vdsat=VgsxVTH1+FB+(LENGTH2*LD)*VMAXUO*Fgate(VgsxVTH1+FB)2+((LENGTH2*LD)*VMAXUO*Fgate)2

      В противном случае блок вычисляет Vdsat как

      Vdsat=VgsxVTH1+FB

Скоростное масштабирование насыщения

Если вы задаете положительное значение для параметра Max carrier drift velocity, VMAX, блок вычисляет ScaleVMAX как

ScaleVMAX=11+UO*Fgate(LENGTH2*LD)*VMAX*VDSX

В противном случае,

ScaleVMAX=1

Масштабирование модуляции длины канала

Блок масштабирует дренаж, текущий с учетом модуляции длины канала, если блок соответствует всем следующим критериям:

  • VDS>Vdsat

  • Max carrier drift velocity, VMAX меньше чем или равен нулю, или α является ненулевым.

Блок масштабирует дренаж текущее использование следующего уравнения:

ScaleLChan=11Δl(LENGTH2*LD)

Вычислять Δl блок:

  1. Вычисляет промежуточное значение Δl0.

    • 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:

      IDS0*(111+Scalegdsat*VDSX)*Scalegdsat

      Где:

      Scalegdsat=UO*Fgate(LENGTH2*LD)*VMAX

      Затем блок использует следующее уравнение, чтобы вычислить промежуточное значение Δl0:

      Δl0=(KA*IDS2*(LENGTH2*LD)*gdsat)2+KA*(VDSVdsat)KA*IDS2*(LENGTH2*LD)*gdsat

      Где

      KA=KAPPA*α.

    • В противном случае блок использует следующее уравнение, чтобы вычислить промежуточное значение Δl0 как

      Δl=KA*(VDSVdsat)

  2. Проверки блока на перфорацию через и вычисляют Δl.

    • Если

      Δl0>(LENGTH2*LD)/2,

      блок вычисляет Δl использование следующего уравнения:

      Δl=(1(LENGTH2*LD)4*Δl0)*(LENGTH2*LD)

    • В противном случае,

      Δl=Δl0.

Слабое масштабирование инверсии

Если VGS меньше Von, блок вычисляет ScaleINV с помощью следующего уравнения:

ScaleINV=eVgsVonxn*VT

В противном случае,

ScaleINV=1

Модель заряда соединения

Модели Junction Overlap Charges и Bulk Junction Charges блока.

Заряды перекрытия соединения

Блок вычисляет следующие заряды перекрытия соединения:

  • QGS=CGSOd*WIDTH*Vgs

    Где:

    • QGS является зарядом перекрытия источника логического элемента.

    • CGSOd является настроенной емкостью перекрытия источника логического элемента геометрии.

    • WIDTH является шириной канала.

  • QGD=CGDOd*WIDTH*Vgd

    Где:

    • QGD является зарядом перекрытия дренажа логического элемента.

    • CGDOd является настроенной емкостью перекрытия дренажа логического элемента геометрии.

  • QGB=CGBOd*(LENGTH2*LD)*Vgb

    Где:

    • QGB является объемным логическим элементом зарядом перекрытия.

    • CGBOd является настроенной объемной логическим элементом емкостью перекрытия геометрии.

    • LENGTH является длиной канала.

    • LD является боковой диффузией.

Объемные заряды соединения

Эта таблица показывает, что отношение между нижним соединением объемного дренажа заряжает Qbottom и напряжение на переходе, Vbd. Когда применимые, параметры модели сначала настроены для температуры.

Применимая область значений значений VbdСоответствующее уравнение Qbottom
Vbd<FC*PB

Qbottom=CBDd*PB*(1-(1-VbdPB)1MJ)1MJ если CBDd>0

Qbottom=CJd*AD*PB*(1-(1-VbdPB)1MJ)1MJ в противном случае.

VbdFC*PB

Qbottom=CBDd*(F1+F3*(Vbd-FC*PB)+MJ*(Vbd2-(FC*PB)2)2*PBF2) если CBDd>0

Qbottom=CJd*AD*(F1+F3*(Vbd-FC*PB)+MJ*(Vbd2-(FC*PB)2)2*PBF2) 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.

  • F1=PB*(1-(1-FC)1MJ)1MJ

  • F2=(1-FC)1+MJ

  • F3=1-FC*(1+MJ)

Чтобы вычислить нижний заряд соединения объемного источника, блок заменяет переменными в уравнениях в предыдущей таблице. Замены блока:

  • Vbs для Vbd

  • AS для AD

  • CBSd для CBDd

Эта таблица показывает, что отношение между соединением боковой стены объемного дренажа заряжает Qsidewall и напряжение на переходе Vbd. Когда применимые, параметры модели сначала настроены для температуры.

Применимая область значений значений VbdСоответствующее уравнение Qsidewall
Vbd<FC*PB

Qsidewall=CJSWd*PD*PB*(1-(1-VbdPB)1MGSW)1MGSW

VbdFC*PB

Qsidewall=CJSWd*PD*(F1+F3*(Vbd-FC*PB)+MGSW*(Vbd2-(FC*PB)2)2*PBF2)

Где:

  • CJSWd является настроенной емкостью боковой стены геометрии на периметр соединения.

  • PD является периметром дренажа.

  • MGSW является стороной, градуирующей коэффициент.

  • F1=PB*(1-(1-FC)1MJSW)1MJSW

  • F2=(1-FC)1+MJSW

  • F3=1-FC*(1+MJSW)

Чтобы вычислить соединение боковой стены объемного источника заряжаются и напряжение на переходе боковой стены, переменные замен блока в уравнениях в предыдущей таблице. Замены блока:

  • Vbs для Vbd

  • PS для PD

Модель емкости

Блок SPICE NMOS позволяет вам моделировать транзисторную модель емкости тремя различными способами:

Модель емкости логического элемента Мейера

Эта таблица показывает отношение между операционными областями транзистора и объема логического элемента, дренажа логического элемента и емкостей затвор-исток.

Операционная областьОбъем логического элемента, Cgb, дренаж логического элемента, Cgd, и источник логического элемента, Cgs, уравнения
Область накопления, Vgb<VFBCgb=CoxtCgd=0Cgs=0
Область истощения, Vgs<VTHCgb=Coxt1+4GAMMA2*(VgbVFB)Cgd=0Cgs=0
Область насыщения, VgsVTH<Vdsесли Vds<Vsatmin то:если VdsVsatmin то:
Cgb=0Cgd=23(CoxtCgb)(1(Vsatmin)2(2VsatminVds)2)Cgs=23(CoxtCgb)(1(VsatminVds)2(2VsatminVds)2)Cgb=0Cgd=0Cgs=23(CoxtCgb)
Линейная область, VgsVTH>VdsCgb=0Cgd=23(CoxtCgb)*(1(VgsVTH)2(2*(VgsVTH)Vds)2)Cgs=23(CoxtCgb)*(1(VgsVTHVds)2(2*(VgsVTH)Vds)2)

где:

  • Coxt=WIDTH*(LENGTH2*LD)*COX*AREA*SCALE

  • VFB=VBI*MTYPEPHI 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.

Cgb=WIDTH*LENGTH*COX(1+4GAMMA2*(VTHVbsVFB))m*smoothingsmoothing=1(1+4GAMMA2*(VgsVTH))m

где m является предопределенным постоянным сглаживанием.

Заряжайте модель емкости сохранения

Эта таблица показывает, что отношение между операционными областями транзистора и логического элемента, объема, канала, высушивает, и источник взимает за MOS уровня 1.

Операционная областьУровень 1 заряжает уравнения
Область накопления, Vgb<VFBQg=Coxt*(VgbVFB)Qb=Coxt*(VgbVFB)Qc=0Qd=0Qs=QcQd
Область истощения, Vgs<VTHQg=0.5*Coxt*GAMMA2*(11+4GAMMA2*(VgbVFB))Qb=0.5*Coxt*GAMMA2*(11+4GAMMA2*(VgbVFB))Qc=0Qd=0Qs=QcQd
Область насыщения, VgsVTH<VdsQg=Coxt*(VgsVFBPHIVgsVTH3)Qb=Coxt*(VTHVFBPHI)Qc=Coxt*(VgsVTHVgsVTH3)Qd=0Qs=QcQd
Линейная область, VgsVTH>VdsQg=Coxt*(VgsVFBPHIVds2+Vds212(VgsVTH0.5Vds))Qb=Coxt*(VTHVFBPHI)Qc=Coxt*(VgsVTHVds2+Vds212(VgsVTH0.5Vds))Qd=Coxt*(VgsVTH23Vds4+Vds28(VgsVTH0.5Vds))Qs=QcQd

где:

  • Qc=(Qg+Qb)=Qd+Qs заряд в канале. Qc должен быть разделен между Qd и Qs.

где:

  • Qg является зарядом затвора.

  • Qb является объемным зарядом.

  • Qd является зарядом дренажа.

  • Qs является исходным зарядом.

  • Qc=(Qg+Qb)=Qd+Qs 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 областьУровень 3 заряжает уравнения
Область накопления, Vgb<VFBQg=Coxt*(VgbVFB)SF1+SF2Qb=Coxt*(VgbVFB)SF1+SF2Qc=0Qd=0Qs=QcQd
Область истощения, Vgs<VTHQg=0.5*Coxt*GAMMA2*(11+4GAMMA2*(VgbVFB))SF1+SF2Qb=0.5*Coxt*GAMMA2*(11+4GAMMA2*(VgbVFB))+SF1SF2Qc=0Qd=0Qs=QcQd
Область насыщения, VgsVTH<VdsQg=Coxt*(VgsVFBPHI+ETA*VdsatVdsat2+1+FB12*Fi*Vdsat2)Qb=Coxt*(VTHVFBPHI+ETA*VdsatFb2*VdsFB*(1+FB)12*Fi*Vdsat2)Qc=Coxt*(VgsVTH1+FB2*Vdsat+(1+FB)212*Fi*Vdsat2)Qd=0Qs=QcQd
Линейная область, VgsVTH>VdsQg=Coxt*(VgsVFBPHI+ETA*VdsVds2+1+FB12*Fi*Vds2)Qb=Coxt*(VTHVFBPHI+ETA*Vds+FB2*VdsFB*(1+FB)12*Fi*Vds2)Qc=Coxt*(VgsVTH1+FB2*Vds+(1+FB)212*Fi*Vds2)Qd=Coxt*(VgsVTH23(1+FB)2*Vds+(1+FB)28*Fi*Vds2)Qs=QcQd

где:

  • Vdsat является напряжением насыщения

  • FB является коэффициентом влияния корпуса

  • ETA является пороговым коэффициентом напряжения источника дренажа

  • Fi=VgsVTH1+FB2*Vds

  • SF1=0.5*Coxt*GAMMA2*(1(1+4GAMMA2*2(VTHVbsVFB))0.5) и SF2=Coxt*(VTHVFBPHI) коэффициенты сглаживания между истощением и областями накопления, чтобы помочь со сходимостью.

Температурная зависимость

Активная межэлектродная проводимость в зависимости от транзисторной температуры

KP(T)=KPd(TTmeas)3/2

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 в зависимости от транзисторной температуры

PHI(T)=TTmeas(PHI+kTmeasq(log(Tmeas300.15)3+qk(1.115300.15EGTmeasTmeas)))kTq(log(T300.15)3+qk(1.115300.15EGTT))

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:

    • EGTmeas=1.16eV-(7.02e-4*Tmeas2)/(Tmeas+1108)

    • EGT=1.16eV-(7.02e-4*T2)/(T+1108)

Встроенное напряжение в зависимости от транзисторной температуры

VBI(T)=VTO+MTYPE*(PHI(T)PHI2GAMMAPHI)+EGTmeasEGT2

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 Φ3.25+EGTmeas/2+MTYPE*PHI/2NSS*q*TOX/(3.9*ε0)+MTYPE*(GAMMA*PHI+PHI), Где:

    • Φ зависит от типа логического элемента, который вы задаете использование параметра Gate type, TPG. Если вы задаете Aluminum (0), Φ=3.2. В противном случае, Φ=3.25+EGTmeas/2MTYPE*TPG*EGTmeas/2, Где:

      • MTYPE является транзисторным типом. Для N-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 TOX*2*11.7*ε0*q*NSUB/(3.9*ε0), где NSUB является легированием подложки.

Объемное насыщение, текущее в зависимости от транзисторной температуры,

IS(T)=ISd*eqEGTND*kT+qEGTmeasND*kTmeas

Где:

  • ISd является настроенным геометрией объемным текущим насыщением.

  • ND является коэффициентом эмиссии.

Объемная плотность тока насыщения соединения в зависимости от транзисторной температуры

JS(T)=JSd*eqEGTND*kT+qEGTmeasND*kTmeas

Где JSd является настроенной геометрией объемной плотностью тока насыщения соединения.

Объемный потенциал соединения в зависимости от транзисторной температуры

PB(T)=PB+kTmeasq(log(Tmeas300.15)3+qk(1.115300.15EGTmeasT))TmeasTkTq(log(T300.15)3+qk(1.115300.15EGTT))

Где PB является объемным потенциалом соединения.

Емкость перехода объемного дренажа в зависимости от транзисторной температуры

CBD(T)=CBDdpbo+MJ*(4*104*(T300.15)*pbo(PB(T)pbo))pbo+MJ*(4*104*(Tmeas300.15)*pbo(PBpbo))

Где:

  • CBDd является настроенной емкостью объемного дренажа нулевого смещения геометрии.

  • MJ является нижним коэффициентом классификации.

  • pbo=PB+kTmeasq(log(Tmeas300.15)3+qk(1.115300.15EGTmeasT))Tmeas300.15

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,

CJSW(T)=CJSWdpbo+MJSW*(4*104*(T300.15)*pbo(PB(T)pbo))pbo+MJSW*(4*104*(Tmeas300.15)*pbo(PBpbo))

Где:

  • CJSWd является стороной настроенная геометрией емкость боковой стены на периметр соединения.

  • MJSW является стороной, градуирующей коэффициент.

Допущения и ограничения

  • Блок не поддерживает шумовой анализ.

  • Блок применяет начальные условия через конденсаторы соединения а не через порты блока.

Порты

Сохранение

развернуть все

Электрический порт сохранения сопоставлен с транзисторным выводом затвора.

Электрический порт сохранения, сопоставленный с транзистором, истощает терминал.

Электрический порт сохранения сопоставлен с транзисторным исходным терминалом.

Электрический порт сохранения, сопоставленный с транзистором, увеличивает объем терминала.

Параметры

развернуть все

Выбор модели

Опции текущей модели дренажа MOSFET:

Зависимости

Установка, которую вы выбираете для MOS model, влияет на видимость определенных параметров в настройках DC Currents и Process.

Размерности

Фактор области Transistor для масштабирования. Значение должно быть больше 0.

Количество параллельных экземпляров MOS, которые представляет блок. Этот параметр умножает текущий выход и заряд устройства. Значение должно быть больше 0.

Длина канала между источником и дренажом.

Ширина канала между источником и дренажом.

Область транзистора истощает диффузию. Значение должно быть больше или быть равно 0.

Область транзисторной исходной диффузии. Значение должно быть больше или быть равно 0.

Периметр транзистора истощает диффузию. Значение должно быть больше или быть равно 0.

Периметр транзисторной исходной диффузии. Значение должно быть больше или быть равно 0.

Резисторы

Количество квадратов сопротивления, которые составляют транзисторную диффузию дренажа. Значение должно быть больше или быть равно 0. Блок только использует это значение параметров, если вы не задаете один или оба из Drain resistance, RD и значений параметров Source resistance, RS, как описано в Вычислениях Параметров.

Количество квадратов сопротивления, которые составляют транзисторную исходную диффузию. Значение должно быть больше или быть равно 0. Блок только использует это значение параметров, если вы не задаете один или оба из Drain resistance, RD и значений параметров Source resistance, RS, как описано в Вычислениях Параметров.

Транзисторное сопротивление дренажа. Значение должно быть больше или быть равно 0.

Транзисторное исходное сопротивление. Значение должно быть больше или быть равно 0.

Сопротивление на квадрат транзисторного источника и дренажа. Проверяйте Вычисления Параметров, чтобы видеть, когда блок будет использовать этот параметр. Значение должно быть больше или быть равно 0.

Токи DC

Напряжение источника логического элемента, выше которого транзистор производит ненулевой текущий дренаж. Если вы присваиваете этот параметр значение NaN, блок вычисляет значение от заданных значений параметров Substrate doping, NSUB и Oxide thickness, TOX. Для получения дополнительной информации об этом вычислении, смотрите Температурную Зависимость.

Производная дренажа, текущего относительно напряжения затвора. Значение должно быть больше или быть равно 0. Если вы присваиваете этот параметр значение NaN, блок вычисляет значение от заданных значений параметров Substrate doping, NSUB и Oxide thickness, TOX. Для получения дополнительной информации об этом вычислении, смотрите Текущую модель Дренажа Текущей модели или Уровня 3 Дренажа Уровня 1 как подходящую для выбранного значения параметра MOS model.

Параметр влияния корпуса, который связывает пороговое напряжение, VTH, к смещению тела, VBS, как описано в Текущей модели Дренажа Текущей модели и Уровня 3 Дренажа Уровня 1. Значение должно быть больше или быть равно 0. Если вы присваиваете этот параметр значение NaN, блок вычисляет значение от заданных значений параметров Substrate doping, NSUB и Oxide thickness, TOX. Для получения дополнительной информации об этом вычислении, смотрите Текущую модель Дренажа Текущей модели или Уровня 3 Дренажа Уровня 1 как подходящую для выбранного значения параметра MOS model.

Дважды напряжение, при котором поверхностная электронная концентрация становится равной внутренней концентрации и переходам устройства между условиями инверсии и истощением. Значение должно быть больше или быть равно 0. Если вы присваиваете этот параметр значение NaN, блок вычисляет значение от заданных значений параметров Substrate doping, NSUB и Oxide thickness, TOX. Для получения дополнительной информации об этом вычислении, смотрите Текущую модель Дренажа Текущей модели или Уровня 3 Дренажа Уровня 1 как подходящую для выбранного значения параметра MOS model.

Модуляция длины канала.

Зависимости

Этот параметр только отображается, когда вы выбираете Level 1 MOS для параметра MOS model в настройках Model Selection.

Величина тока, к которому соединение приближается асимптотически для очень больших уровней обратного смещения. Значение должно быть больше или быть равно 0.

Транзисторный коэффициент эмиссии или фактор идеальности. Значение должно быть больше 0.

Величина тока на единичную площадь, к которой соединение приближается асимптотически для очень больших уровней обратного смещения. Значение должно быть больше или быть равно 0.

Фактор, который управляет воздействием транзисторной ширины на пороговом напряжении.

Зависимости

Этот параметр только отображается, когда вы выбираете Level 3 MOS для параметра MOS model в настройках Model Selection.

Максимальная скорость дрейфа несущих.

Зависимости

Этот параметр только отображается, когда вы выбираете Level 3 MOS для параметра MOS model в настройках Model Selection.

Быстро поверхностная плотность состояния настраивает дренаж, текущий для сокращения мобильности, вызванного напряжением затвора.

Зависимости

Этот параметр только отображается, когда вы выбираете Level 3 MOS для параметра MOS model в настройках Model Selection.

Коэффициент, который управляет, как напряжение дренажа влияет на мобильность в дренаже текущее вычисление.

Зависимости

Этот параметр только отображается, когда вы выбираете Level 3 MOS для параметра MOS model в настройках Model Selection.

Коэффициент, который управляет, как напряжение затвора влияет на мобильность в дренаже текущее вычисление.

Зависимости

Этот параметр только отображается, когда вы выбираете Level 3 MOS для параметра MOS model в настройках Model Selection.

Коэффициент модуляции длины канала для модели MOS уровня 3.

Зависимости

Этот параметр только отображается, когда вы выбираете Level 3 MOS для параметра MOS model в настройках Model Selection.

C-V

Опции для моделирования емкости логического элемента:

  • No intrinsic capacitance — Не включайте емкость логического элемента в модель.

  • Meyer gate capacitances

  • Charge conservation capacitances

Опции для моделирования логического элемента перекрывают емкость:

  • No — Не включайте емкость перекрытия логического элемента в модель.

  • Yes — Задайте источник логического элемента, дренаж логического элемента и объемные логическим элементом емкости.

Зависимости

Выбор Yes отсоединяет связанные параметры.

Емкость затвор-исток из-за боковой диффузии источника. Значение должно быть равно 0 или больше, чем или равный Cmin. Cmin является встроенной константой модели, значением которой является 1e-18.

Зависимости

Этот параметр только отображается, когда вы выбираете Yes для параметра Model gate overlap capacitance (CGSO, CGDO, CGBO).

Емкость затвор-сток из-за боковой диффузии дренажа. Значение должно быть равно 0 или больше, чем или равный Cmin. Cmin является встроенной константой модели, значением которой является 1e-18.

Зависимости

Этот параметр только отображается, когда вы выбираете Yes для параметра Model gate overlap capacitance (CGSO, CGDO, CGBO).

Объемная логическим элементом емкость, должная пропустить расширение вне ширины канала. Значение должно быть равно 0 или больше, чем или равный Cmin. Cmin является встроенной константой модели, значением которой является 1e-18.

Зависимости

Этот параметр только отображается, когда вы выбираете Yes для параметра Model gate overlap capacitance (CGSO, CGDO, CGBO).

Опции для моделирования емкости перехода:

  • No — Не включайте емкость перехода в модель.

  • Yes — Задайте емкость перехода нулевого смещения, потенциал соединения, градуируя коэффициент, истощение прямого смещения и коэффициент емкости.

Зависимости

Выбор Yes отсоединяет связанные параметры.

Емкость между объемом и дренажом. Значение должно быть равно 0 или больше, чем или равный Cmin. Cmin является встроенной константой модели, значением которой является 1e-18.

Зависимости

Этот параметр только отображается, когда вы выбираете Yes для параметра Model junction capacitance (CBD, CBS).

Емкость между объемом и источником. Значение должно быть равно 0 или больше, чем или равный Cmin. Cmin является встроенной константой модели, значением которой является 1e-18.

Зависимости

Этот параметр только отображается, когда вы выбираете Yes для параметра Model junction capacitance (CBD, CBS).

Потенциал через объемное соединение. Этот параметр только отображается, когда вы выбираете Yes для параметра Model junction capacitance (CBD, CBS). Значение должно быть равно 0 или больше, чем или равный VJmin. VJmin является встроенной константой модели, значением которой является 0.01.

Зависимости

Этот параметр только отображается, когда вы выбираете Yes для параметра Model junction capacitance (CBD, CBS).

Нижняя емкость соединения объема нулевого смещения на область перехода. Значение должно быть равно 0 или больше, чем или равный Cmin. Cmin является встроенной константой модели, значением которой является 1e-18.

Зависимости

Этот параметр только отображается, когда вы выбираете Yes для параметра Model junction capacitance (CBD, CBS).

Транзисторный нижний коэффициент классификации. Значение должно быть равно 0 или меньше, чем MGmax. MGmax является встроенной константой модели, значением которой является 0.9.

Зависимости

Этот параметр только отображается, когда вы выбираете Yes для параметра Model junction capacitance (CBD, CBS).

Емкость боковой стены соединения объема нулевого смещения на периметр соединения. Значение должно быть равно 0 или больше, чем или равный Cmin. Cmin является встроенной константой модели, значением которой является 1e-18.

Зависимости

Этот параметр только отображается, когда вы выбираете Yes для параметра Model junction capacitance (CBD, CBS).

Транзисторный коэффициент классификации боковой стены. Значение должно быть равно 0 или меньше, чем MGmax. MGmax является встроенной константой модели, значением которой является 0.9.

Зависимости

Этот параметр только отображается, когда вы выбираете Yes для параметра Model junction capacitance (CBD, CBS).

Подходящий коэффициент, который определяет количество уменьшения емкости истощения с приложенным напряжением. Значение должно быть равно 0 или меньше чем или равный FCmax. FCmax является встроенной константой модели, значением которой является 0.95.

Зависимости

Этот параметр только отображается, когда вы выбираете Yes для параметра Model junction capacitance (CBD, CBS).

Опции для определения начальных условий:

  • No — Не задавайте начальное условие для модели.

  • Yes — Задайте начальное транзисторное напряжение.

    Примечание

    Блок применяет начальное транзисторное напряжение через конденсаторы соединения а не через порты.

Зависимости

Чтобы включить этот параметр, установите также:

  • Model gate capacitance (CGS, CGD, CGB) к No intrinsic capacitance и или или и Model gate overlap capacitance (CGSO, CGDO, CGBO) и Model junction capacitance (CBD, CBS) к Yes.

  • Model gate capacitance (CGS, CGD, CGB) к Meyer gate capacitances или Charge conservation capacitances.

Напряжение источника дренажа в начале симуляции.

Зависимости

Этот параметр только отображается, когда вы выбираете Yes для параметра Specify initial condition.

Напряжение источника логического элемента в начале симуляции.

Зависимости

Этот параметр только отображается, когда вы выбираете Yes для параметра Specify initial condition.

Напряжение объемного источника в начале симуляции.

Зависимости

Этот параметр только отображается, когда вы выбираете Yes для параметра Specify initial condition.

Процесс

Толщина окиси логического элемента. Значение должно быть больше или быть равно 0.

Продолжительность боковой диффузии.

Коэффициент мобильности поверхности нулевого смещения.

Легирование подложки. Значение должно быть больше или быть равно 1.45e10 (концентрация несущей внутреннего кремния).

Материалы логического элемента MOSFET (по сравнению с подложкой):

  • Opposite of substrate — Материал логического элемента является противоположностью подложки. Это означает что TPG = 1 в уравнениях устройства. Это - опция по умолчанию.

  • Same as substrate — Материал логического элемента совпадает с подложкой. Это означает что TPG = –1 в уравнениях устройства.

  • Aluminum — Материал логического элемента является алюминием. Это означает что TPG = 0 в уравнениях устройства.

Поверхностная плотность состояния.

Глубина перехода.

Зависимости

Этот параметр только отображается, когда вы выбираете Level 3 MOS для параметра MOS model в настройках Model Selection.

Температура

Выберите одну из этих опций для моделирования транзисторной зависимости температуры:

  • Device temperature — Используйте температуру устройства для температурной зависимости модели.

  • Fixed temperature — Используйте температуру, которая независима от температуры схемы к температурной зависимости модели.

Для получения дополнительной информации смотрите Температурную Зависимость.

Зависимости

Выбор Device temperature отсоединяет параметр Offset local circuit temperature, TOFFSET. Выбор Fixed temperature отсоединяет параметр Fixed circuit temperature, TFIXED.

Транзисторная температура симуляции. Значение должно быть больше 0 K.

Зависимости

Этот параметр только отображается, когда вы выбираете Fixed temperature для параметра Model temperature dependence using.

Температура, при которой измеряются параметры транзистора. Значение должно быть больше 0 K.

Сумма, которой транзисторная температура отличается от температуры схемы.

Зависимости

Этот параметр только отображается, когда вы выбираете Device temperature для параметра Model temperature dependence using.

Ссылки

[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.

Расширенные возможности

Генерация кода C/C++
Генерация кода C и C++ с помощью Simulink® Coder™.

Представленный в R2009a
Для просмотра документации необходимо авторизоваться на сайте