Обзор моделей первого поколения (LEVEL1, LEVEL2, LEVEL3)

Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования «Национальный исследовательский университет «Московский институт электронной техники»

Факультет электроники и компьютерных технологий

Кафедра интегральной электроники и микросистем

РЕФЕРАТ

«Обзор моделей первого поколения (LEVEL1, LEVEL2, LEVEL3)»

Москва 2020

Введение

Всю историю развития области схемотехнического моделирования, которая насчитывает уже более полувека, возможности компактных моделей отставали от быстрорастущих потребностей электронной промышленности. Особенно жесткие требования к ним предъявила 0,25-микронная и последующие технологии, когда необходимостью стало использование более точных моделей.

Сотни компактных моделей МОП-транзисторов, первая из которых (модель Шихмана-Ходжеса) появилась в 1967 году, можно условно разделить на четыре поколения, в зависимости от качественных изменений в структуре модели и от состава физических эффектов, принятых во внимание при ее разработке.

В данной работе будут рассмотрены модели первого поколения, основанные на очень упрощенном рассмотрении физических процессов в транзисторе. Это поколение включает в себя модели LEVEL1, LEVEL2, LEVEL3 [1].

1 Модели первого поколения

Модели первого поколения основаны на предельно упрощенном представлении МОП-транзистора со всеми геометрическими зависимостями в уравнениях модели. В настоящее время данный тип моделей используется лишь для грубой оценки электрической цепи. Первое поколение моделей построено на базе понятия порогового напряжения.

Эквивалентная схема для моделей LEVEL1, LEVEL2, LEVEL3 представлена на рисунке 1.

[pic 1]

Рисунок 1 – Эквивалентная схема для моделей LEVEL1, LEVEL2, LEVEL3

1.1 Модель LEVEL1 (Модель Шихмана-Ходжеса)

Модель применима к устройствам с длиной затвора более 10мкм. Эта модель является приближением первого порядка длинноканального МОП-транзистора. Эта модель учитывает модуляцию длины канала с помощью параметра λ, который позволяет регулировать величину дифференциального сопротивления сток-исток в режиме насыщения. Когда длина канала уменьшается ниже 4 мкм, эти параметры становятся зависимыми от внешнего приложенного напряжения и других параметров. Значения тока стока (Ids) будут меньше практически полученных значений, если длина канала окажется ниже этого значения и в модель не будут включены параметры, относящиеся к эффектам короткого и узкого канала. Постепенное приближение канала и квадратичный закон для насыщенного тока стока — это упрощения, используемые в этой модели [2].

1.1.1 Выражения для тока стока

Модель LEVEL1 не включает модель слабой инверсии, эффект насыщения и ухудшение мобильности несущих носителей. Уравнения тока стока для различных областей приведены ниже:

Область отсечки ()[pic 2]

[pic 3]

Крутая область ()[pic 4]

[pic 5]

Область насыщения ()[pic 6]

[pic 7]

1.1.2 Эффективная длина и ширина канала

В модели LEVEL1 вычисления эффективной длины и ширины происходят исходя из выражений ниже:

[pic 8]

LMLT – коэффициент усадки по длине;

 –  боковая диффузия в каналe от истока и стока;[pic 9]

 – учитывает эффекты маски и травления;[pic 10]

 –  уменьшение длины канала с каждой стороны.[pic 11]

[pic 12]

WMLT – диффузионный слой и коэффициент усадки по ширине;

 – боковая диффузия канала из подложки по ширине;[pic 13]

 – учитывает эффекты маски и травления.[pic 14]

1.1.3 Напряжение насыщения

Напряжение насыщения для модели LEVEL1 определяется как:

[pic 15]

Эффекты насыщения скорости носителей не включены в данную модель.

1.1.4 Пороговое напряжение

[pic 16]

[pic 17]

Пороговое напряжение при нулевом смещении подложки () определяется как:[pic 18]

[pic 19]

[pic 20]

VTO – пороговое напряжение при нулевом смещении.