Лр4

Создание масштабируемой SPICE-модели.

Цель: Построить масштабируемую SPICE-модель в диапазоне изменения параметра Length от 0.55 мкм до 0.07 мкм (вариация параметра LDRAW в табл.3).

Построить ВАХ транзисторов n- и p- типа при вариации технологических параметров ТП от 550 нм до 70 нм.

Определить изменение времени задержки инвертора при изменениях LDRAW, используя директиву «вариация параметров».

*Масштабируемые параметры

+TOX={(Значение параметра «базовой» технологии) /S_TOX} * толщина окисла

+NSUB={(Значение параметра «базовой» технологии)*S_NSUB} * уровень легирования подложки

+VTO={(Значение параметра «базовой» технологии) /S_VTO}

* пороговое напряжение при нулевом смещении подложки VBS=0

металлургическая глубина перехода

* Параметры, являющиеся функциями от масштабруемых параметров

+ CJ={6.033E-4*SQRT(S_NSUB)}

*удельная емкость p-n-перехода при нулевом смещении (на площадь перехода) + CJSW={3.816E-10*SQRT(S_NSUB)/S_LENGTH}

*удельная емкость боковой поверхности p-n-перехода при нулевом смещении (на *длину периметра)

+ ETA={0.01*S_ETA}

*коэффициент статической обратной связи, влияющей на пороговое напряжение + THETA={0.12*S_TOX}

2

*коэффициент модуляции подвижности носителей + RSH = {1.66* S_LENGTH }

* удельное сопротивление диффузных областей истока и стока

*Записать формулу расчета параметра:

+ KP=

*коэффициент пропорциональности + GAMMA=

*коэффициент влияния подложки на пороговое напряжение + LD=

*длина области боковой диффузии

*Параметры, независящие от масштабирования

+ UO=260

*поверхностная подвижность носителей + PB=0.8

*напряжение инверсии приповерхностного слоя подложки + DELTA = 0.1

*коэффициент влияния ширины канала на пороговое напряжение + KAPPA= 0.2

*параметр модуляции длины канала напряжением сток-исток + VMAX=2E5

*максимальная скорость дрейфа носителей + FC=0.5

*коэффициент нелинейности барьерной емкости прямосмещенного перехода *подложки

+ MJ=0.389

3

*коэффициент, учитывающий плавность перехода подложка – сток (исток) + MJSW=0.26)

*коэффициент наклона боковой поверхности перехода подложка-сток (исток)

.model P1X PMOS ( level=3 L={Length} W={4*Length}

* Масштабируемые параметры

+ TOX={(Значение параметра для «базовой» технологии)/S_TOX} * толщина окисла

+ NSUB={ (Значение параметра для «базовой» технологии)*S_NSUB} * уровень легирования подложки

+ VTO={ (Значение параметра для «базовой» технологии)/S_VTO} * пороговое напряжение при нулевом смещении подложки VBS=0

+ XJ={(Значение параметра для «базовой» технологии)/S_LENGTH} * металлургическая глубина перехода

* Параметры, являющиеся функциями от масштабруемых параметров

+ CJ={6.033E-4*SQRT(S_NSUB)}

*удельная емкость p-n-перехода при нулевом смещении (на площадь перехода) + CJSW={3.816E-10*SQRT(S_NSUB)/S_LENGTH}

*удельная емкость боковой поверхности p-n-перехода при нулевом смещении (на *длину периметра)

+ ETA={0.01*S_ETA}

*коэффициент статической обратной связи, влияющей на пороговое напряжение + THETA={0.12*S_TOX}

*коэффициент модуляции подвижности носителей + RSH = {1.66* S_LENGTH }

4

*удельное сопротивление диффузных областей истока и стока + KP=

*коэффициент пропорциональности + GAMMA=

*коэффициент влияния подложки на пороговое напряжение + LD=

*длина области боковой диффузии

*Параметры, не зависящие от масштабирования

+ UO=80

*поверхностная подвижность носителей + PB=0.8

*напряжение инверсии приповерхностного слоя подложки + DELTA = 0.1

*коэффициент влияния ширины канала на пороговое напряжение + KAPPA= 0.2

*коэффициент насыщения поля + VMAX=2E5

*максимальная скорость дрейфа носителей + FC=0.5

*коэффициент нелинейности барьерной емкости прямосмещенного перехода *подложки

+ MJ=0.42

*коэффициент, учитывающий плавность перехода подложка – сток (исток) + MJSW=0.31)

*коэффициент наклона боковой поверхности перехода подложка-сток (исток)

* Задание на моделирование – построение ВАХ

.step param Length 0.55u 0.1u 0.1u

5

vds 1 0 vgs 2 0

mn1x 1 2 0 0 n1x

.dc vds 0 5 0.5 vgs 0 5 1

.probe ID(mn1x)

.end

Параметры, подставляемые в модель и являющиеся функциями от масштабируемых параметров, рассчитать по формулам (4) – (9). Поверхностная

2.1. Выходные ВАХ транзистора n- и p-типа.

Параметры, подставляемые в SPICE-модель, необходимо рассчитать по

где q – заряд электрона (q = 1.6·10–19 K ); Si – абсолютная диэлектрическая проницаемость кремния ( Si = 1.04·10–10 Ф/м); ох - абсолютная диэлектрическая

в табл.2

7

Полученные с помощью программы ВАХ имеют следующий вид:

Рисунок 1 - ВАХ транзистора p-типа при вариации технологических параметров ТП от 550 нм до 70 нм.

Рисунок 2 - ВАХ транзистора n-типа при вариации технологических параметров ТП от 550 нм до 70 нм.

8

2.2. Определить время задержки для схемы на рис.4. Сn = Cn+1 = C(n+1) = 3,1994 10−15 Ф

Описание инверторов в схеме задать с помощью макромодели (директива .SUBCKT).

МОП-транзистор описывается предложением

+[W=<значение>] [AD=<значение>] [AS=<значение>]

+[PD=<значение>] [PS=<значение>] [NRD=<значение>]

+[NRS=<значение>] [NRG=<значение>] [NRB=<значение>]

+[M=<значение>]

Макромодели. Отдельные фрагменты цепи или схемы замещения компонентов имеет смысл оформлять в виде макромоделей (подсхем). Описание

Кусочно-линейная функция задается списком параметров:

PWL (t1 y1 t2 y2 ... tn yn)

Здесь (t1, y1), (t2, y2),... - координаты точек, через которые проходит функция y(t).

9

Рис. 3. Временные интервалы, связанные с переключением логического вентиля

tr – rise time – время нарастания выходного сигнала от уровня 10% до 90% напряжения источника питания (VDD);

tf – fall time – время спада выходного сигнала от уровня 90% до 10% VDD; td – delay time – время задержки – время между переключением входа (50%) и 50–процентным уровнем выходного сигнала (или принятом в данном

аналитическом рассмотрении уровне).

Различают время задержки tdf и tdr. Первый параметр равен интервалу времени между входным и выходным импульсами при переходе напряжения на выходе от «1» к «0», измеренному на уровне 0.5VDD или на заданных уровнях напряжения, например Vinv. Второй параметр определяется таким же образом, но при переходе напряжения на выходе от «0» к «1».

10