超深亚微米工艺下模拟IC仿真的MOSFET模型.pdf

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超深亚微米工艺下模拟!"
仿真的#$%&’(模型

段成华,柳美莲
(中国科学院研究生院系统集成中心,中国科学院研究生院电子学研究所,北京100049)

摘要:对MOSFET器件特性、MOSFET建模方法和建模发展历程进行了回顾,分析了在模拟集
成电路低功耗设计中比较流行的模型(BSIM和E./模型),对它们进行了比较,分析其各自
的优点和缺点。结果表明获得能够精确地预测高性能模拟系统的模型是很困难的,而E./模型
在模拟集成电路的低功耗设计中具有一定的优势。
关键词:模拟I0;MOSFET建模;BSIM模型;E./模型;反型系数;短沟道效应;中间反型
区
中图分类号:TN402文献标识码:A文章编号:1671-4776(2006)04-0203-06

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DUANCheng-hua,LIUMei-lian
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0;>6/1<6:AfterreviewingthecharacteristicsofMOSFET,themethodsanddevelopmentsofmo-
deling,twopopularMOSFETmodels(BSIM3andEKV)inlow-poweranalogICdesignwere
analyzed.Comparisonsweremadebetweenthem,theiradvantagesanddisadvantagewereanalyzed.
Thefinalresultsshowthatitisdifficultforobtainingamodelthataccuratelypredictstheoperationof
high-performanceanalogsystemsandEKVmodelhastheadvantagesforanalogintegratedcircuit
design.
?)@A’/(>:analogIC;MOSFETmodeling;BSIM3models;EKVmodels;inversioncoefficient;
shortchanneleffects;moderateinversionregion

不可少的工具。通常模拟IC设计者往往对仿真软
1引言
件有着两难的选择。一方面,仿真软件可以对复杂
在模拟集成电路设计中,因为费用和投放市场的设计进行快速地分析,并能在短时间内解决设计
时间的限制,我们不可能将设计实现在原型上再进验证的问题,能有效地去除人为因素造成的故障;
行生产,而是依赖仿真软件来进行设计和验证。计另一方面,很多现有的晶体管模型建立在数字电路
算机辅助模拟软件已成为电路设计与分析过程中必设计的基础上,忽视了在模拟电路设计中非常重要

收稿日期:2005-10-12
基金项目:国家863计划项目(2002AA141041)

!"#$%&’&%()(*+$%&"*,(*-&%)%./0!"#$%&’’(203微纳电子技术2006年第4期
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的特性所以模型的建立通常限制了仿真的精确性式中为加工跨导参数计算式为
,。,k?C,k?C=µ?Cox=
对器件建模需要考虑例如反型层的量化
UDSM,、µ?"ox为器件的增益系数W
;k?,k?Bk?C。
迁移率下降、载流子速度饱和、耗尽效应等诸多物toxL
短沟道效应!2"
理效应。所以当器件尺寸降低到0.1µm以下的时2.2’()*
当工艺的技术发展水平到达了超深亚微
候,模型的建立就变得越来越困难。本文在对MOS
米时尺寸直接影响着器件的工作和建
MOSFET特性、建模发展和基本特性回顾的基础(U@SM),
模的复杂度从而带来了物理数学和计算上的复
上,主要讨论了MOSFETcompact模型的发展历,、
杂性问题传统的建模中并不重要的二
程。重点分析了在模拟集成电路设计中比较流行的。MOSFDT
阶效应在工艺中变得非常重要这里我
BSIM3和EKV模型,分析比较它们各自的优缺点。,U@SM,
结果表明获得能够精确地预测高性能模拟系统的模们只简单地介绍@IBE(漏极诱导