] 1 λ V. Modelo Analítico de TMOS. Triodo: Resistência controlada por tensão: Saturação: Fonte de corrente controlada por tensão: V gs.

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1 Triodo: Modelo Analítico de TMOS Resistência controlada por tensão: Saturação: L [ I ds =μ C ox W V I ds = gs V T V ds Fonte de corrente controlada por tensão: 2 V ds ] 1 λ V 2 ds para 0 V ds V gs V T μ C ox W 2 L V gs V T 2 1 λ V ds para V ds V gs V T λ- Modulação do comprimento do canal (channel length modulation parameter) valor típico NMOS: λ = 0,01 V -1 PMOS: λ = 0,02 V -1

2 Modelo Analítico de TMOS Efeito de corpo - Vth(V SB ) V=0 V=V T0 V TH =V T0 γ [ φ V BS φ ] 600 Ids [ua] L = 24um, W = 48um, Vbs = 1 L = 24um, W = 48um, Vbs = -1V p+ n+ n+ V>0 V>V T ,5 1 1,5 2 2,5 Vgs [V] V T0 representa V T com V SB = 0 p+ n+ n+ Parâmetros tecnológicos: φ- strong inversion surface potential ( typical value: φ = 0,6 V ) γ - bulk threshold parameter ( typical NMOS: γ = 0,8 V 1/2, PMOS: γ = 0,4 V 1/2 )

3 Modelo Analítico de TMOS Dependência da temperatura Influência na mobilidade: Influência em V T : 1,2 1 0,8 0,6 0,4 0,2 K =K T T ºC 75ºC 75ºC (contrib. VT) V T =V T0 α T T 0 α 2,3 mv / o C Para circuitos digitais é dominante a dimimuição da mobilidade Com v GS próximo de V T, a variação de V T com a temperatura é dominante 0 1 1,2 1,4 1,6 1,8 2

4 Modelo Analítico de TMOS Resistências de dreno e fonte R S, D = L s,d W R sq R c Tecnologia de 0.24 mm R (P+) = 4 Ω/sq R (N-) = 4 Ω/sq Drain contact Source contact L d L s

5 Modelo Analítico de TMOS Modelo para alta frequência D Source CGS CGB Gate CGD Drain CGD RD CBD CSB Bulk CDB G id - VBD + B R ds - VBS + CGS CBS CGB RS S

6 Modelo Analítico de TMOS As capacidades no TMOS têm três origens: A estrutura básica do transístor A carga no canal As junções PN Source CGS L drawn CGB Gate CGD Drain CSB L eff Bulk CDB

7 Modelo Analítico de TMOS Contribuições para a capacidade GS, GD: A estrutura básica do transístor: A carga no canal: corte tríodo saturação C GD,S = 1 2 C W L ox C C GD,S =C ox W L D C GS = 2 3 C W L ox GD=0 As junções PN Gate Source CGS CGB CGD Drain CSB L eff Bulk CDB

8 Modelo Analítico de TMOS Contribuições para a capacidade GB: A estrutura básica do transístor: A carga no canal: corte - tríodo saturação C GB =C ox W L eff As junções PN Gate Source CGS CGB CGD Drain CSB L eff Bulk CDB

9 Modelo Analítico de TMOS Contribuições para a capacidade SB, DB: A estrutura básica do transístor A carga no canal (C BC : subs. - canal): corte C tríodo - SB = C BC C DB = C BC 2 2 saturação - C SB = 2 3 C BC C DB =0 C= C j0 A V n 1 F φ B φ B barrier potential (0,7 V) V F forward bias voltage C j0 capacitance density at 0 V A Junction area As junções PN C S, DB = C J A C JSW P V MJ 1 F V MJSW 1 F φ B φ B Channel-stop implant W Side wall Bottom plate X j L s Channel

10 Modelo Analítico de TMOS corte tríodo saturação C GD C ox WL D C ox WL D +½ C ox WL C ox WL D C GS C ox WL D C ox WL D +½ C ox WL C ox WL D + ⅔ C ox WL C BG C ox WL 0 0 C BD C BD1 C BD1 +½ C BC1 C BD1 C BS C BS1 C BS1 +½ C BC1 C BS1 + ⅔ C BC1 Cap. subs.- fonte (difusão) Cap. subs.- canal

11 Modelo Analítico de TMOS As capacidades variam com a região de funcionamento C g + C gbo 2/3 C g + C gso 1/2 C g + C gbo C gdo, C gso C gbo corte saturação tríodo

12 Modelos SPICE para TMOS Nível 1 Parâmetro no.model do transístor RSH Para cada Mxxx, número de quadrados da difusão da fonte r S =RSH NRS r D =RSH NRD Para cada Mxxx, número de quadrados da difusão do dreno

13 Modelos SPICE para TMOS Nível 1 JS Para cada Mxxx, área da fonte Para cada Mxxx, área do dreno GMIN é uma condutância posta em paralelo com as junções para permitir a convergência. Por omissão vale Ω -1, mas o seu valor pode ser alterado em.options

14 Modelos SPICE para TMOS Nível 1 Corte I DS =0 para V GS V T Triodo Saturação I DS = K W L eff V GS V TH V DS 2 V DS 2 para I DS = K W L eff V GS V T 2 para V DS V GS V T V DS V DS V T Pode ser dado directamente Para cada Mxxx L eff = L 2. LD 1 λ.v DS LD C ox = ε ox t ox KP K =μ.c ox LAMBDA TOX Mobilidade à superfície UO

15 Modelos SPICE para TMOS VTO Nível 1 V TH =V T0 γ [ φ V BS φ ] V T0 =V FB λ. φ φ V FB =φ ms qn ss C ox Pode ser dado directamente ou calculado Cte. Boltzmann PHI φ= 2kT q ln N SUB n i Concentração intrínseca de portadores no silício: 1,45x10 10 cm -3 Cte dieléctrica do Si =11,7xε 0 Concentração de impurezas no subs. Efeito de corpo γ= 2qε si N SUB C ox GAMMA NSUB

16 Modelos SPICE para TMOS Nível 2 A aproximação do nível 1 piora quando v DS aumenta pois a deplecção junto do dreno deixa de ser bem modelada Diminuição da mobilidade com aumento de v GS : UCRIT UEXP Entre 0 e 1 UTRA

17 Modelos SPICE para TMOS Nível 2 A aproximação do nível 1 considera que não há corrente quando v GS < V t O parâmetro NFS permite caracterizar a corrente com v GS < V t. Se não for referido no.model esta corrente é considerada nula. Se não for fornecido LAMBDA, λ é calculado como função de v DS (deixa de ser fixo como no nível 1) Efeito em V t de canal curto -com L curto e V DS alto, Q B é menor do que o previsto pelo nível 1 Correcção efectuada no nível 2 no GAMMA levando em consideração XJ

18 Modelos SPICE para TMOS Nível 2 A alteração do efeito de corpo devida ao efeito de canal curto é mal modelada no nível 2 O limite entre a região de tríodo e de saturação assumiu no nível 1 que havia uma parte do canal sem cargas trata-se de uma aproximação pois têm que estar presentes cargas para que exista a corrente i D de saturação. A quantidade de carga no canal depende da velocidade dos portadores Quando L é reduzido, V DS facilmente origina a velocidade máxima - VMAX Se VMAX for incluído é usado para modelar a carga no canal na saturação e o efeito de canal curto

19 Modelos SPICE para TMOS Nível 2 Quando W é pequeno (canal estreito), V t necessita de ser corrigido (elevado) É usado o parâmetro DELTA para efectuar esta correcção de forma a obter uma boa correspondência com os dados experimentais

20 Modelos SPICE para TMOS Nível 3 O nível 3 melhora a modelação de dispositivos com canal curto Equações mais empíricas para reduzir o esforço computacional e melhorar a correlação com os dados experimentais O cálculo da mobilidade superficial é simplificado para THETA O limite entre o tríodo e a saturação deixa de ser v DS >v GS -V t e é determinado com base em VMAX A modulação do comprimento do canal é ajustada com o parâmetro KAPPA

21 Modelos SPICE para TMOS BSIM BSIM: Berkeley Short Channel Igfet (insulated gate field-effect transistor) BSIM1 for L > 1um Vt = VFB + PHI + k1. (PHI + V SB ) ½ - K2.(PHI V SB ) BSIM2 or BSIM3 for L < 1um (120 parameters, including noise and temperature effects)