BSIMMG

伯克利通用多栅极晶体管模型
纳米场效应晶体管(nano-FETs)的高级物理紧凑模型

伯克利通用多栅极模型(BSIMMG)模型的开发,是为了满足电路设计人员目前和未来采用先进纳米场效应晶体管(如FinFETs)的需求,具有延伸技术路线图到次25纳米的潜力。BSIMMG模型在多栅器件几何形状、新型材料和制造技术方面提供了最大的多功能,同时不影响前几代BSIM紧凑模型的易用性和仿真效率特性。

模型特征
  • 基于表面势的模型,栅极有额外的静电控制
  • 可选的简化表面势解以进一步提高计算效率
  • 量子力学效应
  • 转角引起的有效宽度减少
  • 短沟道效应,包括阈值电压滚降、DIBL、亚阈值斜率效应和沟道长度调制
  • 多晶硅栅耗尽效应
  • 迁移性退化
  • 混合表面方向迁移性
  • 速度饱和
  • 具有源端速度极限的速度过冲
  • 依赖偏置电压的内部和外部串联电阻模型
  • 栅隧穿电流
  • 栅极引起的漏极和源极漏电流(GIDL, GISL)
  • 碰撞电离
  • 非准静态效应
  • 寄生电容
  • 接面电容和电流
  • 温度效应和自加热
  • 热/闪烁/散粒噪声
  • 几何缩放和模型参数的分选(binning )
使用BSIMMG的优点
  • 在体硅或者SOI技术实现的双栅极、三栅极、四栅极或圆柱形多栅极FET结构的多种选择。
  • 基于物理表面势方程,BSIMMG模型是连续、对称和可扩展的,以及对于多种器件参数是可预测的。
  • BSIMMG模型捕捉几乎所有重要的纳米场效应晶体管具体的物理现象
    非硅沟道器件和高k金属栅极堆叠结构的参数
  • 可以调节复杂的外部RC网络和表面势解以达到要求的模型精度和仿真效率
  • 可以在BSIM和PSP沟道迁移率模型之间切换。

 

BSIMMG结构中的各种多栅结构

 

BSIMMG中可选择SOI或体硅多栅技术

 

BSIMMG中的表面电势与3-D仿真的比较

 

BSIMMG模型(线所示)和TCAD(图案所示)的常规电容

 

图为在Gummel对称测试中的BSIMMG漏源电流的第三衍生物

 

17级环形振荡器测试案例的瞬态响应

 

SILVACO的实现

  • BSIMMG模型在SmartSpice中实施作为BSIM-CMG Level=105(伯克利2011年6月版本105.03)。
  • Silvaco的实施完全符合BSIMMG模型版103.0的原伯克利Verilog-A代码。
  • 节点折叠方案的选择是通过结合模型和实例器件语句中指定的BSIMMG控制参数。
  • 打印、绘图、保存或测量是仿真过程及之后的最重要的器件内部变量。
  • Silvaco的实施是与VZERO和BYPASS选项和并行体系结构算法兼容以实现更高的速度性能,并且和DCGMIN选项兼容以提高收敛。

 

相关参考

  1. M. V. Dunga, C.-H. Lin, M. Niknejad, and C. Hu, “BSIMMG: A Compact Model for Multi-Gate Transistors” in Planar Double-Gate Transistor, A. Amara, O. Rozeau, eds., Springer, 2009.
  2. M. V. Dunga, Ph.D. Dissertation: Nanoscale CMOS Modeling. UC Berkeley, 2007.
  3. B. Yu, H. Lu, M. Liu, and Y. Taur, “Explicit continuous models for double-gate and surrounding-gate Mosfets,” IEEE Transaction on Electron Devices, vol. 54, no. 10, pp. 2715–2722, October 2007.