基于BSIM4模型的不对称性研究及改进

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随着集成电路工艺的不断进步,RF集成电路设计得到了快速发展,同时也对MOSFET集约模型带来对称性方面的考验。基于阈值电压的BSIM4模型由于能准确、快速地模拟大部分数字、模拟电路,因而得到了广泛的运用。然而,由于BSIM4模型以源端电压为参考电位,为了简化计算而采用了一些近似,并且在其它一些公式计算上缺乏对称性,因而导致了模型在正向、反向工作区的交界处电流导数不连续,这将影响RF集成电路失真测量的准确性,也给RF集成电路设计和仿真带来了难题。目前已有研究人员提出新的对称的模型,但其中大部分模型都过于简单,无法满足商业应用的要求;而对称的基于表面势的PSP模型由于计算效率的原因,运用范围远不如BSIM4模型广泛。基于此,本文以BSIM4模型为基础,从阈值电压、沟道电荷密度、有效源漏电压及载流子速度饱和等几个方面出发,找出BSIM4模型中导致不对称的因素,结合模型的具体公式进行改进,给出了对称的源漏有效电压公式、载流子速度饱和公式和沟道电荷密度公式;同时通过在源端和漏端分别计算的方法,抵消源/漏电压处理方式不同所带来的不对称性;最后推导出新的对称的沟道电流公式。最后,本文在BSIM4模型源代码中用C语言实现上述的新公式,得到改进的模型,然后利用SPICE3f5仿真器对新的模型进行仿真,将仿真结果与测量数据进行对比。对比结果表明,改进后的模型不但能够准确、快速地模拟大部分器件的特性,而且在正向、反向工作区交界处的电流拥有光滑的一阶及二阶导数,改进了原BSIM4模型的不对称性。改进后的模型拓宽了BSIM4模型的运用范围,可以更准确地运用于RF集成电路设计和仿真。
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