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PSP

基于表面电势的MOSFET模型

PSP模型是一种紧凑的MOSFET模型,已由飞利浦研究机构和宾夕法尼亚州立大学联合开发。

PSP是一个基于表面电势的MOS模型,包含了对当今的深亚微米容体CMOS技术建模所需的所有相关物理效应(流动性减少、速度饱和、DIBL、栅极电流、横向掺杂梯度效应、STI应力等)。

PSP 模型特征:
  • 适用于数字、模拟和RF射频
  • 适用于现代和未来的深亚微米容体CMOS技术
  • 基于物理属性
  • 结合了 SP 模型(宾夕法尼亚州立大学)和MOS模型11 (飞利浦)的最佳功能
  • 参数数量和仿真时间可与MOS 模型11相比
  • 简单参数提取
  • 源/漏极连接模式是PSP模型算法的一个组成部分
输出特性为 0.36/0.09μm MOS-FE;Vgs 在0.5至1V之间变化,Vsb=0。圆点代表实测数据,实线对应于PSP 。
PSP模型一般特性
  • 在内置和外置两个模型模块中具有基于表面电势的物理属性构制
  • 对累积区的准确物理描述
  • 包括所有相关的小几何效应
  • 对halo植入效应建模,包括在长器件中输出电导的退化效应
  • 库仑散射(Coulomb scattering)和非普遍性的流动性模型
  • 非单一的速度场关系使得RF射频建模失真,包括互调效应
  • 量子力学校正
  • 校正多晶硅耗尽效应
  • GIDL/GISL模型
  • 基于表面电势的噪声模型,包括通道热噪声、闪烁噪声和通道感应栅噪声
  • 先进交界模型,包括陷阱辅助隧穿、能带间隧穿和累崩击穿
  • 应力模型

 

栅隧穿电流 Vsb=0V, Vds=0.025, 0.042, 0.61和1V

模型亮点

PSP模型是一种对称的基于表面电势的模型,对由弱到强的逆转给出了准确的物理描述。PSP模型包括对现代和未来CMOS技术非常重要的所有物理效应的准确描述,例如:

  • 迁移率降低
  • 偏压相关串联电阻
  • 速度饱和
  • 电导效应(CLM、DIBL等)
  • 横向掺杂梯度效应
  • STI 机械应力
  • 准确的物理栅极漏电流
  • 栅极感应漏极漏电
  • 输出电导halo掺杂器件
  • 栅极耗尽
  • 量子力学效应偏压相关重叠电容
  • 最完整的噪声模型,准确核算速度饱和和通道感应栅噪声

此外,PSP提供了对电荷和电流及其一阶导数(跨导、电导、电容)以及高阶导数的准确描述。这是依据对 MOSFET 失真行为的准确描述,使 PSP 模型非常适用于数字模拟和RF射频电路设计。

 

MOSFET 传热特性;Vds=25mV, Vsb=0, 0.2...1.0V

 

输出电导; Vgs 在0.5至1V之间变化, Vsb = 0

 

SILVACO 功能实现
  • PSP 模型是 ModelLib 产品独立模型库中的一款,在SmartSpice中其 LEVEL=1000模型型号可被使用
  • PSP 与并行结构算法兼容
  • PSP 与 VZERO 和 BYPASS 设置兼容,以实现更强大的高速性能
  • 内部警告和诊断将提供有价值的信息,以帮助识别收敛问题
  • 常用 MOS 器件变量,像电流、电导、收费和电容,以及 MOS PSP特别内部变量,可以被保存、印刷、制图和/或测量

 

实测的(点)和仿真的(线)输入电容Cgg作为栅极偏压Vgs的函数,W/L=800μm/90nm n-通道MOSFET;Vds=0, Vsb=0

 

针对 L=90nm n-通道器件的 漏极 (Sid) 和栅极 (Sig)电流噪声谱密度与栅极源极偏压。圆点图案表示测量值,实线表示使用PSP的仿真结果。

 

参考文献:G.Gildenblat et alii. 《Introduction to PSP》;
(于2005年5月在加州安娜罕的紧凑建模研讨会上发表;《Technical Proceedings》pp. 19-24)