用于VLSI模拟的小尺寸MOS器件模型 理论与实践PDF电子书下载

目录 1

第一章 概述 1

1.1 MOS电路设计 3

1.2 MOSFET模型 5

1.3 模型参数提取 9

1.4 互联模型 10

1.5 各章内容简介 11

参考文献 12

第二章 半导体和pn结基础理论回顾 16

2.1 能带模型 16

2.2 本征半导体 18

2.2.1 费米能级 20

2.3 非本征或掺杂半导体 22

2.3.1 产生－复合 26

2.3.2 准费米能级 28

2.4 电导 29

2.4.1 载流子迁移率 29

2.4.2 电阻率和薄层电阻 35

2.4.3 输运方程 37

2.4.4 连续性方程 39

2.4.5 泊松方程 39

2.5 平衡态时的pn结 40

2.5.1 内建电势 44

2.5.2 耗尽区宽度 45

2.6 二极管的电流－电压特性 47

2.6.1 二极管电流模型的局限性 49

2.6.2 体电阻 52

2.6.3 pn结击穿电压 53

2.7 二极管的动态特性 54

2.7.1 结电容 55

2.7.2 扩散电容 58

2.7.3 小信号电导 59

2.8 实际的pn结 59

2.9 二极管电流模型 63

2.10二极管模型参数的温度关系 66

2.10.1 Is的温度关系 66

2.10.2 φbi的温度关系 68

2.10.3 Cj0的温度关系 68

参考文献 70

3.1 MOSFET结构 72

第三章 MOS晶体管的结构和工作原理 72

3.2 MOSFET的特性 76

3.2.1 穿通 83

3.2.2 MOSFET电容 86

3.2.3 小信号特性 87

3.2.4 器件速度 90

3.3 MOSFET的等比例缩小 91

3.4 热载流子效应 94

3.5 VLSI器件结构 98

3.5.1 栅材料 98

3.5.2 非均匀掺杂沟道 99

3.5.3 源－漏结构 100

3.5.4 器件隔离 103

3.5.5 CMOS工艺 104

3.6 MOSFET中的寄生元件 107

3.6.1 源－漏电阻 108

3.6.2 源－漏结电容 114

3.6.3 栅覆盖电容 115

3.7 MOSFET沟道长度和宽度的定义 119

3.7.1 有效或电学沟道长度 119

3.7.2 有效或电学沟道宽度 120

3.8 MOSFET的等效电路模型 122

参考文献 124

第四章 MOS电容 129

4.1 没有外加电压时的MOS电容 129

4.1.1 功函数 131

4.1.2 氧化层电荷 135

4.1.3 平带电压 139

4.2 施加偏压时的MOS电容 141

4.2.1 积累 143

4.2.2 耗尽 143

4.2.3 反型 146

4.3 MOS结构的电容 156

4.3.1 低频C-V曲线 162

4.3.2 高频C-V曲线 163

4.3.3 深耗尽C-V曲线 164

4.4 实际C-V曲线的偏差 165

4.5 异常C-V曲线（多晶硅耗尽效应） 168

4.6 MOS电容的应用 170

4.7 非均匀掺杂衬底的平带电压 171

4.7.1 Vfb的温度依赖关系 173

参考文献 174

5.1 衬底均匀掺杂的MOSFET 177

第五章 阈值电压 177

5.2 非均匀掺杂MOSFET 187

5.2.1 增强型器件 189

5.2.2 耗尽型器件 201

5.3 阈值电压与沟道长度和沟道宽度的关系 205

5.3.1 短沟效应 206

5.3.2 窄沟效应 217

5.3.3 漏致势垒降低（DIBL）效应 222

5.3.4 小尺寸效应 231

5.4 阀值电压的温度特性 234

参考文献 238

第六章 MOSFET直流（DC）模型 246

6.1 漏电流的计算 246

6.2 Pao-Sah模型 251

6.3 薄层电荷模型 255

6.4 增强型器件的分段漏电流模型 259

6.4.1 一级近似模型 260

6.4.2 体电荷模型 268

6.4.3 平方根近似 271

6.4.4 平方根近似漏电流方程 275

6.4.5 亚阈值区模型 277

6.4.6 模型的限制 285

6.5 耗尽型器件的漏电流模型 288

6.6 有效迁移率 294

6.6.1 栅压引起的迁移率退化 296

6.6.2 漏压引起的迁移率退化 303

6.7 小尺寸模型 307

6.7.1 线性区模型 308

6.7.2 饱和电压 311

6.7.3 饱和区的沟道长度调制效应 315

6.7.4 亚阈值模型 325

6.7.5 连续模型 328

6.8 源－漏电阻对漏电流的影响 332

6.9 漏电流与温度的关系 334

6.9.1 迁移率与温度的关系 335

参考文献 339

第七章 动态模型 350

7.1 本征电荷和电容 350

7.1.1 Meyer模型 353

7.1.2 Meyer模型存在的问题 357

7.2 基于电荷的电容模型 361

7.3 长沟道电荷模型 365

7.3.1 电容 373

7.4 短沟电荷模型 379

7.4.1 电容 382

7.5 准静态模型的局限性 386

7.6 小信号模型参数 387

参考文献 391

第八章 热载流子效应模型 395

8.1 衬底电流模型 395

8.2 栅电流模型 404

8.3 栅电流和衬底电流之间的关系 412

8.4 MOSFET的退化机制 413

8.5 器件寿命——器件退化特性的测量 419

8.6 器件退化对电路性能的影响 425

8.7 器件退化与温度的关系 427

参考文献 429

第九章 数据获取与模型参数提取 435

9.1 数据获取 435

9.1.1 直流模型数据 442

9.1.2 交流模型数据 447

9.1.3 MOS电容的C-V测量 450

9.2 栅氧化层电容测量 454

9.2.1 光学方法——椭偏仪 455

9.2.2 电学方法 456

9.3 硅中杂质分布的测量 461

9.3.1 电容－电压法 462

9.3.2 直流方法 469

9.4 阈值电压的确定 472

9.5 体因子y的测定 477

9.6 平带电压 479

9.7 漏致势垒降低（DIBL）参数 479

9.8 亚阈值斜率的确定 480

9.9 反型层载流子迁移率的测量 482

9.9.1 分离C-V法 487

9.10 有效沟道长度和宽度的确定 490

9.10.1 利用漏电流法确定△L 491

9.10.2 利用电容法确定△L 501

9.10.3 确定△W的方法 505

9.11 饱和电压的确定 507

9.12 MOSFET本征电容的测量 513

9.12.1 在片法 513

9.12.2 离片法 517

9.13 栅过覆盖电容的测量 520

9.14 MOSFET中源－漏二极管参数的测量 525

9.14.1 二极管的饱和或反向泄漏电流Is 525

9.14.2 结电容 529

参考文献 530

第十章 模型参数提取与优化方法 540

10.1 模型参数提取 540

10.2 优化法的基本定义 543

10.3 优化法 549

10.3.1 约束优化法 554

10.3.2 多重响应优化法 558

10.4 利用优化技术提取参数的几点说明 561

10.5 评价模型参数的置信界限 562

10.5.1 冗余参数的实例 567

10.6 利用优化程序进行参数提取 572

10.6.1 漏电流模型参数提取 573

10.6.2 MOSFETAC模型参数提取 575

参考文献 575

第十一章 SPICE中的二极管和MOSFET模型及参数 578

11.1 二极管模型 578

11.2 MOSFETLEVEL=1级模型 584

11.2.1 直流模型 584

11.2.2 电容模型 585

11.3 MOSFETLEVEL=2级模型 590

11.3.1 直流模型 591

11.3.2 电容模型 596

11.4.1 直流模型 597

11.4 MOSFETLEVEL=3级模型 597

11.5 MOSFETLEVEL=4级模型 600

11.5.1 直流模型 600

11.5.2 电容模型 603

11.6 四种MOSFET模型的比较 604

参考文献 605

第十二章 统计模型和最差情况设计参数 607

12.1 确定最差情况模型参数的方法 608

12.2 模型参数敏感度 610

12.2.1 主要因子方法 612

12.3 具有参数修正的统计分析 613

12.3.1 基本分向量分析 615

12.4 因子分析 616

12.4.2 回归模型 618

12.4.1 旋转因子 618

12.5 优化方法 619

参考文献 622

附录 625

附录A 硅、二氧化硅和氮化硅在300K时的重要性质 625

附录B 300K时的一些重要物理常数 625

附录C 单位换算系数 626

附录D 数量级前缀 626

附录E 根据隐含方程（6.2 3）或（6.3 0）计算φs的方法 626

附录F MOSFET中基于电荷的本征电容 628

附录G 线性回归法 631

附录H 概率与统计的基本理论 632

附录Ⅰ 常用的统计软件包 643

汉英名词对照 645