Практикум содержит 4 лабораторные работы. Аудиторная (установочная) часть каждой
жүктеу/скачать 1.43 Mb. Pdf көрінісі
|
| Задание 8. Исследование моделей МОП транзисторов
8.1 Micro-CAP поддерживает несколько видов моделей МОП транзисторов. Наряду с обычной моделью Шихмана-Ходжеса (Shichman-Hodges) 1, 2 и 3 уровней поддерживаются также модели, обычно используемые для описания современных субмикронных транзисторов: BSIM3, BSIM4 и EKV. Все они относятся к компактным или иначе электрическим, компонентным моделям. В отличие от физико-технологических моделей, при использовании которых текущие значения электрических параметров транзисторов вычисляются в результате решения систем физических уравнений, в компактных моделях они вычисляются по формулам на основании данных о численных значениях параметров компактной модели, данных о режимных параметрах и температуре. Это позволяет ускорить вычисления, но количество параметров компактных моделей для адекватного описания многочисленных физических эффектов, влияющих на поведение субмикронных транзисторов, может быть значительным – до нескольких сотен. Большая часть параметров формальных компактных моделей не имеет явной физической интерпретации. Такие модели (как и модель Шихмана-Ходжеса 3-го уровня) являются эмпирическими, а их параметры определяются с помощью целого комплекса средств и методов идентификации с использованием специальных тестовых структур и сложной математической обработки данных тестирования. 8.2 Особенностью ряда моделей субмикронных МОП транзисторов является наличие т.н. биннинга (binning), то есть возможности перестройки некоторых параметров модели при изменении геометрических размеров транзистора. Micro-CAP до версии 11 не поддерживает такие подмножества варьируемых параметров. Если они окажутся в модели, то может появиться предупреждение «Check numeric output window for warnings». В этом случае после построения графика можно зайти в меню DC – Numeric Output, найти их в файле текстового вывода по записи «Warning unknown parameter» и исключить из списка, вставив, например, перед названиями признак комментария (*). 8.3 Некоторые из конструктивно-топологических параметров моделей МОП транзисторов (длина и ширина канала, величины паразитных емкостей) могут быть заданы непосредственно в списке параметров модели. Такой способ применяется в основном для описания моделей дискретных МОП транзисторов, создаваемых их производителями (обычно это модели Шихмана-Ходжеса уровня 3). В таком случае длина канала часто выбирается условно равной 2 мкм, а ширина канала подбирается такой, чтобы обеспечить реальное значение удельной крутизны. При проектировании аналоговых ИМС размеры всех МОП транзисторов задает разработчик схемы. Поэтому при описании схем для транзисторов могут быть указаны соответствующие конструктивно-топологические параметры: М – масштабный множитель (число параллельно соединенных МОП структур); это необязательный параметр по умолчанию равный 1, L – конструктивная длина канала (в модели пересчитывается в физическую – эффективную длину), W – ширина канала, PS и PD – периметр диффузионных областей, соответственно, истока и стока, AS и AD – площадь диффузионных областей истока и стока. По этим параметрам вычисляются паразитные емкости p-n переходов периферийной и донной частей областей истока и стока. Если значения L и W заданы и в схеме, и в тексте модели, то значения, заданные в тексте модели, игнорируются. При проведении DC анализа параметры PS, PD, AS, AD можно не задавать, поскольку они используются лишь для вычисления паразитных емкостей. 8.4 При выполнении аудиторной части работы исследуются n-канальные МОП транзисторы, описываемые моделями BSIM3, BSIM4 и EKV, входящими в состав стандартной библиотеки Micro-CAP. Для них задаются L и W. Рекомендуется для общности указывать также необязательные в данном виде анализа параметры PS, PD, AS и AD. Все они записываются в одну строку через пробел в окошке ввода поля VALUE диалогового окна задания параметров модели транзистора, например: L=0.18u W=5u PD=11.6u PS=11.6u AD=4p AS=4p. Для выполнения самостоятельной части работы студентам могут быть предложены универсальные модели n- и p-канальных транзисторов (Шихмана-Ходжеса уровня 3 или BSIM3, 4) или модели серийных дискретных n- и p-канальных МОП транзисторов, в которых размеры уже заданы. 15 8.5 Схема для снятия выходных и передаточных ВАХ n-канального МОП транзистора показана на рис. 20. Сначала выбрана модель BSIM3. Фрагмент диалогового окна задания параметров модели транзистора показан на рис. 21. Вид диалогового окна задания параметров анализа для снятия выходных ВАХ показан на рис. 22. График выходных ВАХ транзистора с моделью BSIM3 (размеры: L = 0,25 мкм, W = 2,5 мкм) приведен на рис. 23. M1 Vgs Vds Рис. 20. Схема для снятия выходных и передаточных ВАХ n-канального МОП транзистора Рис. 21. Фрагмент диалогового окна задания параметров модели транзистора Рис. 22. Вид диалогового окна задания параметров анализа 16 Рис. 23. Выходные ВАХ транзистора с моделью BSIM3 (L=0,25 мкм, W=2,5 мкм) при напряжении на затворе 0,8 В (нижняя кривая), 1,0 В (средняя кривая), 1,2 В (верхняя кривая) Передаточные характеристики этого МОП транзистора приведены на рис. 24 и 25. На первом из них ток стока I d представлен в логарифмическом масштабе, а на втором показан график √I d . Рис. 24. Передаточная ВАХ (Vds = 2 В, 3 В, 4 В, снизу-вверх). По оси y – lg(I d ) Рис. 25. Передаточная ВАХ (Vds = 2 В, 3 В, 4 В, снизу-вверх). По оси y – √I d 17 8.6 Аналогично могут быть построены ВАХ транзисторов таких же размеров, как в предыдущем задании, но с моделями BSIM4 и EKV. Следует обратить особое внимание на диапазон напряжений сток-исток для транзисторов с моделью BSIM4, которая учитывает явление пробоя. Выходная ВАХ для такого транзистора с участком пробоя показана на рис. 26. Рис. 26. Выходная ВАХ транзистора с моделью DSIM4 (Vgs = 1 В, 1,2 В, 1,4 В, снизу - вверх) жүктеу/скачать 1.43 Mb. Достарыңызбен бөлісу:
|