晶体管的模型.pptVIP

双极型晶体管的GP模型GP模型对EM2模型作了以下几方面的改进：（1）直流特性，反映了基区宽度调制效应，改善了输出电导、电流增益和特征频率。反映了共射极电流放大倍数β随电流和电压的变化。（2）交流特性，考虑了正向渡越时间τF随集电极电流IC的变化，解决了在大注入条件下由于基区展宽效应使特征频率fT和IC成反比的特性。（3）考虑了大注入效应，改善了高电平下的伏安特性（4）考虑了模型参数和温度的关系（5）根据横向和纵向双极晶体管的不同，考虑了外延层电荷存储引起的准饱和效应。第63页，共118页，星期日，2025年，2月5日GP直流模型GP小信号模型GP小信号模型与EM小信号模型十分一致，只是小信号参数的值不同而已。第64页，共118页，星期日，2025年，2月5日5.5MOS场效应晶体管及其SPICE模型MOS管的理想电流方程分段表达式：MOS管的理想电流方程统一表达式：第65页，共118页，星期日，2025年，2月5日MOS管的结构尺寸缩小到亚微米范围后，多维的物理效应和寄生效应使得对MOS管的模型描述带来了困难。模型越复杂，模型参数越多，其模拟的精度越高。但高精度与模拟的效率相矛盾。依据不同需要，常将MOS模型分成不同级别。SPICE中提供了几种MOS场效应管模型，并用变量LEVEL来指定所用的模型。LEVEL＝1MOS1模型?Shichman-Hodges模型LEVEL＝2MOS2模型?二维解析模型LEVEL＝3MOS3模型?半经验短沟道模型LEVEL＝4MOS4模型?BSIM（Berkeleyshort-channelIGFETmodel）模型第66页，共118页，星期日，2025年，2月5日BSIM3模型的MOS管电流方程其中的一个表达式：第67页，共118页，星期日，2025年，2月5日5.5.2MOS1模型(Level=1)MOS1模型是MOS晶体管的一阶模型，描述了MOS管电流-电压的平方率特性，它考虑了衬底调制效应和沟道长度调制效应。适用于精度要求不高的长沟道MOS晶体管。栅极源极漏极toxCbsCbdCgsCgdCgb第68页，共118页，星期日，2025年，2月5日（1）线性区（非饱和区）当VGSVTH，VDSVGS－VTH，MOS管工作在线性区。电流方程为：KP－本征跨导参数；式中：LD－沟道横向扩散长度；L0－版图上几何沟道长度，L0－2LD＝L为有效沟道长度；W－沟道宽度；λ－沟道长度调制系数；VTH－阈值电压：MOS1模型器件工作特性第69页，共118页，星期日，2025年，2月5日（2）饱和区当VGSVTH，VDSVGS－VTH，MOS管工作在饱和区。电流方程为：（3）两个衬底PN结两个衬底结中的电流可用类似二极管的公式来模拟。MOS1模型器件工作特性第70页，共118页，星期日，2025年，2月5日当VBS0时MOS1模型衬底PN结电流公式当VBS0时当VBD0时当VBD0时第71页，共118页，星期日，2025年，2月5日5.5.2MOS2模型(Level=2)二阶模型所使用的等效电路和一阶模型相同，但模型计算中考虑了各种二阶效应对MOS器件漏电流及阈值电压等特性的影响。这些二阶效应包括：（1）沟道长度对阈值电压的影响；（2）漏栅静电反馈效应对阈值电压的影响；（3）沟道宽度对阈值电压的影响；（4）迁移率随表面电场的变化；（5）沟道夹断引起的沟道长度调制效应；（6）载流子漂移速度限制而引起的电流饱和效应；（7）弱反型导电。第72页，共118页，星期日，2025年，2月5日（1）短沟道对阈值电压的影响沟道长度L的减少，使衬底耗尽层的体电荷对阈值电压贡献减少。MOS器件二阶效应第73页，共118页，星期日，2025年，2月5日（1）短沟道对阈值电压的影响体电荷的影响是由体效应阈值系数γ体现的，它的变化使VTH变化。考虑了短沟效应后的体效应系数γS为：可见，当沟道长度L减小时阈值电压降低，而沟道宽度W变窄时阈值电压提高。MOS器件二阶效应第74页，共118页，星期日，2025年，2月5日（1）短沟道对阈值电压的影响MOS器件二阶效应对于长沟道MOS管，影响不大。但是当沟道长度L5?后，VT降低是极其明显的，如下图所示。第75页，共118页，星期日，2025年，2月5日（1）短沟道对阈值电压的影响