
-
11. Модель мдпт в spice
SPICE — наиболее распространенная система схемотехнического моделирования ИМС. Система использует линеаризованные (для малого сигнала) и нелинейные (для большого сигнала) модели компонентов. К числу компонентов относятся активные и пассивные приборы, а также соединительные линии. Для сложных компонентов используются модели нескольких уровней сложности.
Модель— это система уравнений, описывающих поведение компонента при включении в схему. Для понимания модели удобно рассматриватьэквивалентую схемукомпонента и уравнения, описывающие электрические свойства ееэлементов.
Взаимодействие элементов описывается уравнениями Кирхгофа и включено в систему автоматически. Уравнения для элементов содержат набор параметров модели.
Параметры модели компонента включают:
Электрофизические константы используемых материалов.
Геометрические размеры компонента.
Электрофизические параметры структуры компонента (концентрации примеси, времена жизни, параметры, определяющие кинетические свойства носителей заряда и т.п.).
Параметры, определяющие статические ВАХ.
Параметры, определяющие динамические характеристики (емкости, индуктивности).
Параметры, определяющие температурные изменения характеристики элемента.
Параметры, определяющие шумовые характеристики элемента.
Таблица 12.1. Электрофизические константы
Заряд электрона |
|
Константа Больцмана |
|
Диэлектрическая проницаемость вакуума |
|
Диэлектрическая проницаемость кремния |
|
Диэлектрическая проницаемость окисла |
|
Разность термоэлектронной работы выхода из Al и электронного сродства Si |
|
Собственная концентрация носителей при 300 K |
|
Значения параметровустанавливаются на основефизических уравнений, описывающих свойства компонента, иэкспериментальных данных. Для 3-мерных моделей составить точные аналитические уравнения на строгой физической основе невозможно. Поэтому используютсяформализованныеуравнения, часто не имеющие явного физического смысла. Их параметрыверифицируются(устанавливаются) для применяемого технологического процесса.
Используемые уравнения являются приближенными, а экспериментальные измерения имеютконечную точность.Поэтому верификация параметров может быть выполнена однозначно только для определенногодиапазона электрического состояния компонента.
Число параметров может быть велико (десятки и сотни). Адекватная верификация всехпараметров практически невозможна. Значения параметров, верификацию которых провести не удается, принимаютсяпо умолчанию.
Нелинейная модель мдпт – Level 1
Эквивалентная схема МДПТ соответствует его структуре. В системе SPICE используются модели нескольких уровней сложности. Эквивалентная схема МДПТ для моделей 1-го и 2-го уровней (level1,level2), а также соответствующие ей элементы структуры показаны на рис. 11.1.
Эти модели являются простейшими, поэтому не учитывают ряд тонких физических эффектов, перечисленных ниже.
Учтенные
эффекты: Неучтенные
эффекты (основные):
1.
Зависимость
.
1. Влияние
на ВАХ.
2.
Зависимости емкостей от топологии.
2. Зависимости
,
.
3.
Наклон ВАХ
в пологой обл. 3. Подпороговый ток.
(феноменологически).
4. Зависимость
.
5. Модуляция длины канала
6. Ток затвора.
Во всех формулах
моделей используются напряжения на
внутреннем МДПТ (,…
в отличие отвнешнихнапряжений
,…).
Ниже рассмотрены уравнения, описывающие элементы эквивалентной схемы на рис. 11.1б.