Математическое моделирование с использованием компактных моделей. (Часть 2)

Содержание

Слайд 2

ТРЕБОВАНИЯ К КОМПАКТНЫМ МОДЕЛЯМ 1. Общие требования 1.1. Возможность настройки модели

ТРЕБОВАНИЯ К КОМПАКТНЫМ МОДЕЛЯМ

1. Общие требования
1.1. Возможность настройки модели на широкий

спектр геометрических форм и размеров, техпроцессов и внешние воздействия (масштабируемость).
1.2. Структура модели должна быть основана на физике.
1.3. Простота и интуитивная понятность для пользователя.
1.4. Пригодность одновременно как для цифровых, так и аналоговых цепей.
1.5. Пригодность для статистического моделирования.
1.6. Предсказательная способность (применимость для экстраполяции по физическим параметрам и геометрии).
2. Требования по степени соответствия объекту
2.1. Достаточная для конкретной задачи точность.
2.2. Максимально возможная достоверность и информационная емкость.
2.3. Физически объяснимое поведение при любых значениях параметров.
2.4. Широкий диапазон изменения переменных.
3. Вычислительные свойства
3.1. Вычислительная эффективность (быстрота расчета, сходимость алгоритмов в SPICE).
3.2. Отсутствие внутренних итерационных циклов.
3.3. Гладкость функций и производных до третьего порядка включительно.
3.4. Гладкость функций по параметрам.
Слайд 3

ТРЕБОВАНИЯ К КОМПАКТНЫМ МОДЕЛЯМ 4. Требования к параметрам 4.1. Общее количество

ТРЕБОВАНИЯ К КОМПАКТНЫМ МОДЕЛЯМ

4. Требования к параметрам
4.1. Общее количество параметров должно

быть минимальным.
4.2. Число подгоняемых параметров и их чувствительность должны быть минимальными.
4.3. Отсутствие корреляции (избыточности) параметров.
4.4. Параметры должны иметь ясную связь с параметрами техпроцесса и физическую интерпретацию.
4.5. Простота процедуры экстракции параметров.
5. Организационные требования
5.1. Доступность широкому кругу пользователей.
5.2. Хорошая документированность.
5.3. Высокая квалификация персонала, поддерживающего модель.
5.4. Отсутствие высоких требований к квалификации пользователей.
5.5. Пригодность для моделирующих программ разных производителей.
5.6. Возможность быстрой разработки и модификации.
5.7. Совместимость версий одной и той же модели.
5.8. Совместимость разных моделей по параметрам.
5.9. Соответствие стандарту, подтвержденное сертификатом.
5.10. Достаточность финансирования процесса разработки и технической поддержки модели.
Слайд 4

Модель уровней 1 - 3 Модель первого уровня (Level=1) основана на

Модель уровней 1 - 3

Модель первого уровня (Level=1) основана на модели

Шихмана-Ходжеса, которая представляет модифицированную зарядоуправляемую модель.
Модель первого уровня используется по умолчанию, когда параметр модели (Level) не указан. Отметим основные особенности модели первого уровня:
- наименьшее время вычисления благодаря простоте уравнений;
- не учитывается зависимость подвижности носителей от напряженности электрического поля;
- все емкости рассчитываются по упрощенным формулам.

Модели 2-го и 3-го уровней представляют усовершенствованные версии моделей Мейера.
Модель второго уровня (Level = 2) основана на более точных аналитических выражениях. Модель третьего уровня (Level = 3) является полуэмпирической и использует сочетание эмпирических и аналитических выражений. Для их определения используются результаты измерения характеристик реальных приборов.
Модели второго и третьего уровня учитывают эффекты второго порядка.

Слайд 5

Полевой транзистор с управляющим p-n переходом Конструкция интегрального транзистора с управляющим

Полевой транзистор с управляющим p-n переходом

Конструкция интегрального транзистора с управляющим p-n

переходом

Эквивалентная схема транзистора согласно модели Шихмана-Ходжеса

Слайд 6

Полевой транзистор с управляющим p-n переходом Эквивалентная электрическая схема интегрального p-ПТП

Полевой транзистор с управляющим p-n переходом

Эквивалентная электрическая схема
интегрального p-ПТП с учётом

влияния подложки

Малосигнальная эквивалентная
электрическая схема ПТП с источниками шумов

Слайд 7

Параметры модели транзистора с управляющим p-n переходом

Параметры модели транзистора с управляющим p-n переходом

Слайд 8

Ток стока транзистора с управляющим p-n переходом Ток стока:

Ток стока транзистора с управляющим p-n переходом

Ток стока:

Слайд 9

Определение параметров из конструкции транзистора с управляющим p-n переходом Однозатворный транзистор:

Определение параметров из конструкции транзистора с управляющим p-n переходом

Однозатворный транзистор:

Многозатворный транзистор:

a – половина токопроводящей

части канала;
Z – ширина затвора;
L – длина затвора.
Слайд 10

Подвижность электронов

Подвижность электронов

Слайд 11

Выходная вольт-амперная характеристика

Выходная вольт-амперная характеристика

Слайд 12

Особенности модели 1. Модель Шихмана–Ходжеса неточна для интегральных ПТП, поскольку не

Особенности модели

1. Модель Шихмана–Ходжеса неточна для интегральных ПТП, поскольку не учитывает

влияния факторов: подпороговой области ВАХ, паразитной ёмкости ПТП – подложка, топологической асимметрии истока и стока, конструктивно-технологического различия верхнего и нижнего затворов, неоднородного распределения примеси в канале.
2. Модель Шихмана–Ходжеса приводит к погрешности расчёта уровня шумов в линейной области ВАХ.
3. Во многих случаях достаточную для инженерных применений точность моделирования можно получить следующим образом:
- влияние подложки учитывать с помощью полупроводникового диода,
- характеризовать топологическую асимметрию с помощью разных значений параметров модели для истока и стока (обычно RS < RD, CGS > CGD);
- определить несколько наборов параметров модели одного и того же ПТП для описания его ВАХ в диапазоне изменения тока стока;
4. Наличие сопротивлений полупроводниковых областей истока RS и стока RD приводит к уменьшению измеренного значения крутизны.
Слайд 13

Полевой транзистор с изолированным затвором параметры модели 1-го уровня

Полевой транзистор с изолированным затвором параметры модели 1-го уровня

Слайд 14

Полевой транзистор с изолированным затвором параметры модели 1-го уровня

Полевой транзистор с изолированным затвором параметры модели 1-го уровня

Слайд 15

Полевой транзистор с изолированным затвором Конструкция интегрального полевого транзистора с изолированным

Полевой транзистор с изолированным затвором

Конструкция интегрального полевого транзистора с изолированным

затвором

Эквивалентная схема транзистора согласно модели Шихмана-Ходжеса

Слайд 16

Ток стока транзистора с изолированным затвором Ток стока:

Ток стока транзистора с изолированным затвором

Ток стока:

Слайд 17

Определение параметров из конструкции транзистора с изолированным затвором

Определение параметров из конструкции транзистора с изолированным затвором

Слайд 18

Определение параметров из конструкции транзистора с изолированным затвором

Определение параметров из конструкции транзистора с изолированным затвором

Слайд 19

Модуляция длины канала

Модуляция длины канала

Слайд 20

Модуляция длины канала Область пространственного заряда при нулевом смещении и напряжении питания: Встроенный потенциал:

Модуляция длины канала

Область пространственного заряда при нулевом смещении и напряжении питания:

Встроенный

потенциал:
Слайд 21

Вольт-амперная характеристика

Вольт-амперная характеристика

Слайд 22

Модели BSIM BSIM – Berkeley Short-channel IGFET Model Все версии модели

Модели BSIM

BSIM – Berkeley Short-channel IGFET Model

Все версии модели BSIM являются

открытыми моделями (открытые модели имеют общедоступные уравнения или исходные тексты программы; каждый может их модифицировать, указав при этом отличие от оригинала).

Для короткоканальных транзисторов с L<1 мкм модель первого уровня (Level=1), основанная на зарядоуправляемой модели, достаточно плохо соответствует экспериментальным данным, особенно в области насыщения. Причиной является игнорирование короткоканальных эффектов, таких как эффект насыщения скорости носителей.

Модель Level 1 справедлива для транзисторов с длиной канала более 5 мкм,
Level2 - 2 мкм,
Level3 - 1 мкм,
BSIM1 - 0,8 мкм,
BSIM2 - 0,25 мкм,
BSIM3v3 - 0,15 мкм,
BSIM4 - менее 100 нм.

Слайд 23

Эволюция моделей BSIM

Эволюция моделей BSIM

Слайд 24

Модели BSIM Количество моделей МОП транзисторов, существующих в настоящее время, превысило

Модели BSIM

Количество моделей МОП транзисторов, существующих в настоящее время, превысило 100,

что затрудняет взаимодействие разработчиков с производством, усложняет средства идентификации параметров, делает сложным сопровождение моделей поставщиками программ схемотехнического моделирования. Внедрение каждой новой модели в промышленное использование требует около 3 лет.
Преимущества единой модели:
- хорошие качественные показатели
- совместимость со средствами идентификации параметров и различными средствами моделирования.
- обеспечения информационного обмена между производством и заказчиком, внутри большой компании.

Декабрь 1995 г. - создан совет по компактным моделям транзисторов (Compact Model Council - CMC) [29]:
AMD (Advanced Micro Devices), Analog Devices, Avant!, BTA Technology, Cadence Design System, Conexant System, Hewlett Packard, Hitachi, Motorola, IBM, Intel, Lucent Technology, NEC, Philips System, Texas Instruments и TSMC.
Целью совета является стандартизация и решение проблем качества моделей.
Первая стандартизованная модель МОП транзистора BSIM3v3.

Слайд 25

МОП-транзистор Модель для большого уровня сигнала Модель для малого уровня сигнала

МОП-транзистор

Модель для большого уровня сигнала

Модель для малого уровня сигнала

Слайд 26

BSIM3v3 Модель позволяет учитывать следующие особенности: - эффекты короткого и узкого

BSIM3v3

Модель позволяет учитывать следующие особенности:
- эффекты короткого и узкого канала

и их влияние на пороговое напряжение;
- эффекты неоднородного легирования:
- вертикальное неоднородное легирование;
- горизонтальное неоднородное легирование;
- уменьшение подвижности из-за вертикального электрического поля:
- учитывает модель подвижности;
- учитывает скорость дрейфа носителей заряда;
- насыщение скорости дрейфа;
- эффекты объемного заряда:
- сильная инверсия тока стока (линейный режим);
- сильная инверсия тока и выходного сопротивления (режим насыщения);
- эффект снижения барьера, индуцированный стоком (DIBL);
- модуляция длина канала (CLM);
- учет тока подложки, индуцированный объемными эффектами (SCBE);
- учет подпороговой проводимости;
- учет паразитных сопротивлений стока/истока.
Слайд 27

BSIM3v3 Пороговое напряжение:

BSIM3v3

Пороговое напряжение:

Слайд 28

BSIM3v3 Ток стока:

BSIM3v3

Ток стока:

Слайд 29

BSIM3v3 Особенности моделирования емкостей: - в модели емкостей используется отдельно эффективная

BSIM3v3

Особенности моделирования емкостей:
- в модели емкостей используется отдельно эффективная длина и

ширина канала;
для внутренней емкости могут использоваться модели с различными уравнениями (кусочно-линейные, сглаженные);
емкость перекрытия состоит из двух частей:
независящей от смещения компоненты, которая моделирует эффективную емкость перекрытия между затвором и областями сильнолегированных стока/истока;
2) зависящей от смещения компоненты между затвором и слаболегированными областями стока/истока.
- использование независящей от смещения емкость между пальцами затвором и стоком/истоком
Слайд 30

BSIM3v3 Количество параметров: DC параметры: 61 C-V параметры: 27 NSQ параметры:

BSIM3v3

Количество параметров:
DC параметры: 61
C-V параметры: 27
NSQ параметры: 1
Геометрические параметры:

16
Температурные параметры: 19
Параметры модели фликер-шума: 8
Параметры процесса: 9
Параметры разброса геометрических параметров: 5
Слайд 31

МОП-транзистор Модель BSIM3 RF

МОП-транзистор

Модель BSIM3 RF

Слайд 32

LDMOS-транзистор

LDMOS-транзистор

Слайд 33

Модели для силовых МОП-транзисторов Lg: Индуктивность вывода и разварочной проволоки затвора.

Модели для силовых МОП-транзисторов

Lg: Индуктивность вывода и разварочной проволоки затвора.
Rg; Внутреннее

последовательное сопротивление затвора (сопротивление поликремниевого затвора).
Ld: Индуктивность вывода и разварочной проволоки стока.
RI: Объемное сопротивление эпитаксиального слоя.
Rs: Объемное сопротивление диода.
Is: Источник тока, представляющий взаимоотношение между током диода и напряжением диода.
R2: Сопротивление вывода и разварочной проволоки истока.
Is: Индуктивность вывода и разварочной проволоки истока.
Сх: Масштабная величина емкости, Cgd.
Е1: Источник напряжения с полиномной зависимостью напряжения. Этот элемент не имеет физической реальности, но используется для модифицирования напряжения на Сх таким способом, что комбинация Сх и Е1 эмулирует поведение Cgd в реальном приборе.
Слайд 34

Измерения на пластине

Измерения на пластине

Слайд 35

Измерения на пластине Yприбор= Yобщее – Yх.х. Извлечение из схемы на

Измерения на пластине

Yприбор= Yобщее – Yх.х.

Извлечение из схемы на холостом

ходе
Yприбор/х.х. = Yобщее - Yх.х.
Yк.з./х.х. = Yк.з. - Yх.х.
Преобразование к Z параметрам
Zприбор/х.х. = Z(Yприбор/х.х.)
Zк.з./х.х. = Z(Yк.з./х.х.)
Извлечение из схемы к.з.
Zприбор = Zприбор/х.х. - Zк.з./х.х.
Преобразование к S параметрам
Sприбор = S(Zприбор)
Слайд 36

Паразитные параметры

Паразитные параметры

Слайд 37

Полевой транзистор с барьером Шоттки Модель Куртиса

Полевой транзистор с барьером Шоттки

Модель Куртиса

Слайд 38

Полевой транзистор с барьером Шоттки Модель Статса Ток затвора: Ток стока:

Полевой транзистор с барьером Шоттки

Модель Статса

Ток затвора:

Ток стока:

Слайд 39

Формальные модели В отличие от физических, формальные модели строятся на основе

Формальные модели

В отличие от физических, формальные модели строятся на основе формального

сходства между поведением модели и объекта относительно внешних выводов. При этом уравнения модели выводятся не из физических представлений о работе прибора, а путем экспертного подбора функциональных зависимостей для наилучшей аппроксимации вольтамперных и вольтфарадных характеристик.
Для получения таких моделей широко используются методы среднеквадратической подгонки параметров уравнений с целью минимизации погрешности моделирования.
Примером формальной модели является широко известная малосигнальная модель транзистора в виде линейного четырехполюсника, кусочно-линейные модели Чуа, модель Ангелова.
Предельно упрощенными разновидностями формальных моделей являются модели переключательного уровня, которые используется для упрощенного моделирования цифровых СБИС.
Слайд 40

Модель Ангелова Транзистор с высокой подвижностью электронов

Модель Ангелова

Транзистор с высокой подвижностью электронов

Слайд 41

Транзистор с высокой подвижностью электронов

Транзистор с высокой подвижностью электронов

Слайд 42

Транзистор с высокой подвижностью электронов

Транзистор с высокой подвижностью электронов

Слайд 43

Транзистор с высокой подвижностью электронов

Транзистор с высокой подвижностью электронов

Слайд 44

Гетеробиполярный транзистор Ток базы: Ток коллектора:

Гетеробиполярный транзистор

Ток базы:

Ток коллектора:

- Предыдущая
Измерение вертикальных углов оптическим теодолитом, теодолитная съёмка
Следующая -
Мой любимый исполнитель BTS

Похожие презентации

Зоны тиснения
Пейзаж родного края
Образец клейма 2 (1)
20161031_vologodskoe_maslodelanie
za-hl-375-degrees-of-comparison-powerpoint_ver_2
Аддитивные технологии
Железобетон в условиях высоких температур
Реконструкция прочностных свойств породы в процессе бурения
Отчет по производственной практике
Фото-кастинги. Summer program
Организация предприятия по возделыванию люпина
Энергетическое обеспечение нашего дома
Термография в полиграфии
20141218_prezentatsiya_k_uroku
Uczynki miłosierne względem ciała
Заправка и обнуление картриджа Xerox WC 3119
комикс
20150215_krupin_-_prezentatsiya_finalnaya_chast_2ya
Местоимение
Кафедра специального (коррекционного) и инклюзивного образования
Презентация август 2022
Планирование, прогнозирование. Организация работ
Санаторно-курортный центр ваш курорт
Чарльз Дарвин
Современные методы повышения технических характеристик бетонов
Маршрут №20. Полюстрово
20171114_5
Транспортно-планировочная организация города
Вы можете прислать нам Вашу презентацию и мы опубликуем ее на сайте.
Обратная связь
Для правообладателей
Email: Нажмите что бы посмотреть