Компактные модели МОП-транзисторов для SPICE в микро- и наноэлектронике, Денисенко В.В., 2010

Компактные модели МОП-транзисторов для SPICE в микро- и наноэлектронике, Денисенко В.В., 2010.

   Монография содержит систематическое изложение принципов построения компактных моделей МОП-транзисторов для схемотехнического моделирования электронных цепей, в том числе СБИС. Рассмотрены проблемы моделирования, физические процессы в микро- и нанометровых МОП-транзисторах, методы формирования уравнений компактных моделей, особенности моделей BSIM, EKV, PSP, HiSIM и др., табличные модели, полунатурные модели.
Для разработчиков интегральных схем и электронной аппаратуры, разработчиков САПР СБИС, научных работников и аспирантов. Может быть полезна студентам физических специальностей университетов.




Задачи схемотехнического моделирования.
Целью применения средств автоматизации является сокращение срока выхода на рынок и снижение стоимости проектирования СБИС. Жесткая конкуренция фактически не оставляет времени на исправление ошибок, допущенных на стадии проектирования и выявленных после изготовления кристаллов. Кроме того, переход к субмикронным технологиям увеличивает цену устранения ошибки, поскольку возрастает стоимость изготовления пробной партии (ИС). Цена исправления одной ошибки в типовых проектах составляет более одного миллиона долларов [40]. С другой стороны, в потребительской электронике новые разработки становятся старыми в считанные месяцы. Поэтому кратчайшие сроки выполнения проектов очень важны для завоевания рынка и сохранения позиций на нем.

Для получения конкурентных преимуществ выполняется оптимизация проекта на схемотехническом уровне по критериям быстродействия, потребляемой мощности, надежности, параметрического выхода годных кристаллов. С расширением рынка телекоммуникационной электроники к этим критериям добавились фаза, уровень шума, искажения.

ОГЛАВЛЕНИЕ.
Предисловие.
Глава 1. Схемотехническое моделирование.
1.1. Задачи схемотехнического моделирования.
1.2. SPICE-подобные программы моделирования.
1.3. Интерфейс к пользовательским моделям.
1.4. Аппаратные ускорители и многопроцессорные системы.
1.4.1. Прямой метод (22). 1.4.2. Методы релаксации формы сигнала (26). 1.4.3. Специализированные аппаратные ускорители (29). 1.4.4. Быстрое макетирование (30).
1.5. Выводы.
Глава 2. Физические процессы в МОП-транзисторах.
2.1. Особенности субмикронных МОП-транзисторов.
2.1.1. Конструкции МОП-транзисторов для СБИС (35). 2.1.2. Методы улучшения характеристик (38). 2.1.3. МОП-транзисторы со структурой КНИ (42). 2.1.4. Транзисторы с двойным и окольцовывающим затвором (47). 2.1.5. Транзисторы на углеродных нанотрубках и нанопроводах (49). 2.1.6. Другие типы транзисторных структур (50). 2.1.7. Особенности транзисторов для аналоговых применений (52).
2.2. Новые физические эффекты.
2.3. Основные принципы формирования уравнений компактных моделей.
2.4. Подход к моделированию на основе порогового напряжения.
2.4.1. Ток стока (69). 2.4.2. Пороговое напряжение (75).
2.5. Моделирование на основе поверхностного потенциала.
2.5.1. Поверхностный потенциал (79). 2.5.2. Плотность заряда (82). 2.5.3. Ток стока (83). 2.5.4. Режим насыщения (86).
2.6. Моделирование на основе заряда инверсионного слоя.
2.6.1. Заряд инверсионного слоя (87). 2.6.2. Режим сильной инверсии (88). 2.6.3. Режим слабой инверсии (90). 2.6.4. Обзор режимов работы транзистора (91). 2.6.5. Ток стока (92).
2.7. Сглаживающие функции.
2.8. Модели подвижности.
2.8.1. Кулоновское рассеяние (96). 2.8.2. Рассеяние на фононах (97). 2.8.3. Рассеяние на шероховатости поверхности (97). 2.8.4. Эффективная подвижность (97). 2.8.5. Насыщение подвижности (98).
2.9. Моделирование тепловых процессов.
2.10. Моделирование паразитных элементов.
2.10.1. Емкости и заряды (99). 2.10.2. Неквазистатический эффект (103). 2.10.3. Последовательные сопротивления (104). 2.10.4. Ток утечки затвора (105). 2.10.5. Ток утечки истока и стока (107). 2.10.6. Динамика транзисторов с high-k диэлектриком (107). 2.10.7. Сопротивление подложки (108). 2.10.8. Моделирование шума (108).
2.11. Выводы.
Глава 3. Методологические вопросы моделирования.
3.1. Требования к компактным моделям.
3.2. Точность модели.
3.3. Достоверность моделирования.
3.4. Причины низкой достоверности.
3.4.1. Фундаментальные (неустранимые) причины (140). 3.4.2. Опережающее развитие технологии (142). 3.4.3. Ошибки при разработке модели и программировании (144). 3.4.4. Ошибки, незамеченные при верификации модели (145). 3.4.5. Ошибки при организации вычислений (146). 3.4.6. Причины организационного характера (147). 3.4.7. Квалификация и ошибки пользователей (148). 3.4.8. Выводы (149).
3.5. Тестирование, верификация и валидация.
3.5.1. Требования к стандартным моделям (150). 3.5.2. Качественные тесты (153). 3.5.3. Количественные тесты (159). 3.5.4. Автоматизация тестирования моделей (160).
3.6. Диапазон применимости.
3.7.Место компактных моделей в САПР СБИС.
3.8. Стандартизация моделей.
3.9. Автоматическая генерация моделей.
3.10. Выводы.
Глава 4. Четыре поколения компактных моделей.
4.1. Типы компактных моделей.
4.2.Модели первых поколений.
4.2.1. Модели Level1, Level2, Level3 (174). 4.2.2. Модели BSIM и HSpice Level28 (178).
4.3.Модели третьего поколения.
4.3.1. BSIM3 (181). 4.3.2. EKV2 (185).
4.4.Модели глубоко субмикронных и нанометровых транзисторов.
4.4.1. Обобщенная структура моделей (187). 4.4.2. Модель PSP (188). 4.4.3. EKV3 (196). 4.4.4. BSIM4, BSIM5 (196). 4.4.5. HiSIM (203). 4.4.6. Другие аналитические компактные модели (208).
4.5. Альтернативные подходы к моделированию.
4.5.1. Упрощенные модели (210). 4.5.2. Табличные модели (211). 4.5.3. Полунатурные модели (220).
4.6. Параметры компактных моделей.
4.7. Экстракция и идентификация параметров.
4.7.1. Методы оптимизации для экстракции параметров (233). 4.7.2. Особенности экстракции параметров для статистического моделирования (236). 4.7.3. Проектирование тестовых кристаллов (238). 4.7.4. Методика измерений (240).
4.7.5. ET-тесты (243).
4.8. Выводы.
Глава 5. Статистическое моделирование.
5.1.Математическое описание разброса параметров.
5.2. Параметры моделей для статистического моделирования.
5.2.1. Экстракция параметров по электрическим тестам (255).
5.2.2. Типовые значения разброса параметров (258). 5.2.3. Применение программ ПТ-моделирования (258).
5.3.Метод главных компонентов (РСА).
5.4. Геометрические зависимости разброса параметров.
5.4.1. Локальный разброс. Закон Пелгрома (271). 5.4.2. Глобальный разброс (274). 5.4.3. Пространственная корреляция параметров (276). 5.4.4. Совместный учет глобального и локального разброса (279).
5.5.Методы статистического моделирования ИС.
5.5.1. Метод наихудшего случая (280). 5.5.2. Метод Монте-Карло (282). 5.5.3. Градиентный анализ (283). 5.5.4. Метод поверхности отклика. Планирование эксперимента (284). 5.5.5. Применение метода главных компонентов в случае пространственной корреляции параметров (292). 5.5.6. Метод прямых выборок (293). 5.5.7. Методы статистического моделирования цепей большой размерности (294). 5.5.8. Алгоритм статистического моделирования (297).
5.6. Выводы.
Глава 6. Принципы полунатурного моделирования.
6.1. Основные идеи.
6.1.1. Проблемы применения реального транзистора вместо математической модели (299). 6.1.2. Цели полунатурного моделирования (300). 6.1.3. Область применения (301). 6.1.4. Недостатки и достоинства (301). 6.1.5. Структура полунатурной модели (302). 6.1.6. Набор реальных транзисторов для полунатурной модели (304).
6.2.Моделирование паразитных элементов в полунатурной модели.
6.2.1. Емкости, заряды и последовательные сопротивления (304).
6.2.2. Неквазистатический эффект (305). 6.2.3. Ток утечки затвора, истока и стока (305).
6.3. Регулировка параметров полунатурной модели.
6.3.1. Регулировка длины и ширины канала методом интерполяции (306). 6.3.2. Регулировки с использованием ET-тестов (311). 6.3.3. Алгоритм идентификации параметров (317). 6.3.4. Верификация методов регулировки параметров (318). 6.3.5. Настройка модели по вольтамперным характеристикам (324). 6.3.6. Другие методы перестройки параметров (326).
6.4. Информационная емкость и погрешность модели.
6.4.1. Информационная емкость модели (327). 6.4.2. Погрешность и быстродействие модели (329).
6.5.Математические методы и алгоритмы.
6.5.1. Постановка задачи (341). 6.5.2. Сшивающие многополюсники (346). 6.5.3. Топологические преобразования (350). 6.5.4. Синтез сшивающих многополюсников (354). 6.5.5. Особенности реализации метода РФС (367). 6.5.6. Интеграция в САПР (368).
6.6. Выводы.
Список литературы.
Предметный указатель.

Купить .





Теги: учебник по электронике :: электроника :: электротехника :: Денисенко :: транзистор