用於集成電路仿真和設計的 FinFET 建模 — 基於 BSIM-CMG 標準

Yogesh Singh Chauhan 陳鋮穎,張宏怡,荊有波譯

用於集成電路仿真和設計的 FinFET 建模 — 基於 BSIM-CMG 標準

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商品描述

隨著集成電路工藝特徵尺寸進入28nm以下節點，傳統的平面MOSFET結構已不再適用，
新型的三維晶體管（FinFET）結構逐漸成為摩爾定律得以延續的重要保證。
本書從三維結構的原理、物理效應入手，詳細討論了FinFET緊湊模型（BSIM-CMG）產生的背景、
原理、參數以及實現方法；同時討論了在模擬和射頻集成電路設計中所採用的仿真模型。
本書避開了繁雜的公式推導，而進行了更為直接的機理分析，力求使得讀者從工藝、器件層面理解BSIM-CMG的特點和使用方法。
本書可以作為微電子學與固體電子學、電子信息工程等專業高年級本科生、
研究生的專業教材和教師參考用書，也可以作為工程師進行集成電路仿真的FinFET模型手冊。

目錄大綱

譯者序
原書前言
章FinFET——從器件概念到標準的緊湊模型1
1.121世紀MOSFET短溝道效應產生的原因1
1.2薄體MOSFET理論3
1.3FinFET和一條新的MOSFET縮放路徑3
1.4超薄體場效應晶體管4
1.5FinFET緊湊模型——FinFET工藝與集成電路設計的橋樑5
1.6個標準緊湊模型BSIM簡史6
1.7核心模型和實際器件模型7
1.8符合工業界標準的FinFET緊湊模型9
參考文獻10
第2章基於模擬和射頻應用的緊湊模型11
2.1概述11
2.2重要的緊湊模型指標12
2.3模擬電路指標12
2.3.1靜態工作點12
2.3.2幾何尺寸縮放16
2.3.3變量模型17
2.3.4本徵電壓增益19
2.3.5速度：單位增益頻率24
2.3.6噪聲27
2.3.7線性度和對稱性28
2.3.8對稱性35
2.4射頻電路指標36
2.4.1二端口參數36
2.4.2速度需求38
2.4.3非準靜態模型46
2.4.4噪聲47
2.4.5線性度53
2.5總結57
參考文獻57
第3章FinFET核心模型59
3.1雙柵FinFET的核心模型60
3.2統一的FinFET緊湊模型67
第3章附錄詳細的表面電動勢模型72
3A.1連續啟動函數73
3A.2四次修正迭代：實現和評估75
參考文獻80
第4章溝道電流和實際器件效應83
4.1概述83
4.2閾值電壓滾降83
4.3亞閾值斜率退化89
4.4量子力學中的Vth校正90
4.5垂直場遷移率退化91
4.6漏極飽和電壓Vdsat92
4.6.1非本徵示例（RDSMOD=1和2）92
4.6.2本徵示例（RDSMOD=0）94
4.7速度飽和模型97
4.8量子效應98
4.8.1有效寬度模型99
4.8.2有效氧化層厚度/有效電容101
4.8.3電荷質心累積計算101
4.9橫向非均勻摻雜模型102
4.10體FinFET的體效應模型（BULKMOD=1）102
4.11輸出電阻模型102
4.11.1溝道長度調製103
4.11.2漏致勢壘降低105
4.12溝道電流106
參考文獻106
第5章洩漏電流108
5.1弱反型電流109
5.2柵致源極洩漏及柵致漏極洩漏110
5.2.1BSIM-CMG中的柵致漏極洩漏/柵致源極洩漏公式112
5.3柵極氧化層隧穿113
5.3.1BSIM-CMG中的柵極氧化層隧穿公式113
5.3.2在耗盡區和反型區中的柵極-體隧穿電流114
5.3.3積累中的柵極-體隧穿電流115
5.3.4反型中的柵極-溝道隧穿電流117
5.3.5柵極-源/漏極隧穿電流118
5.4碰撞電離119
參考文獻120
第6章電荷、電容和非準靜態效應121
6.1終端電荷121
6.1.1柵極電荷121
6.1.2漏極電荷123
6.1.3源極電荷124
6.2跨容124
6.3非準靜態效應模型126
6.3.1弛豫時間近似模型126
6.3.2溝道誘導柵極電阻模型128
6.3.3電荷分段模型128
參考文獻132
第7章寄生電阻和電容133
7.1FinFET器件結構和符號定義134
7.2FinFET中與幾何尺寸有關的源/漏極電阻建模137
7.2.1接觸電阻137
7.2.2擴散電阻139
7.2.3擴展電阻142
7.3寄生電阻模型驗證143
7.3.1TCAD仿真設置144
7.3.2器件優化145
7.3.3源/漏極電阻提取146
7.3.4討論150
7.4寄生電阻模型的應用考慮151
7.4.1物理參數152
7.4.2電阻分量152
7.5柵極電阻模型153
7.6FinFET寄生電容模型153
7.6.1寄生電容分量之間的聯繫153
7.6.2二維邊緣電容的推導154
7.7三維結構中FinFET邊緣電容建模：CGEOMOD=2160
7.8寄生電容模型驗證161
7.9總結165
參考文獻166
第8章噪聲168
8.1概述168
8.2熱噪聲168
8.3閃爍噪聲170
8.4其他噪聲分量173
8.5總結174
參考文獻174
第9章結二極管IV和CV模型175
9.1結二極管電流模型176
9.1.1反偏附加洩漏模型179
9.2結二極管電荷/電容模型181
9.2.1反偏模型182
9.2.2正偏模型183
參考文獻186
0章緊湊模型的基準測試187
10.1漸近正確性原理187
10.2基準測試188
10.2.1弱反型區和強反型區的物理行為驗證188
10.2.2對稱性測試191
10.2.3緊湊模型中電容的互易性測試194
10.2.4自熱效應模型測試194
10.2.5熱噪聲模型測試196
參考文獻196
1章BSIM-CMG模型參數提取197
11.1參數提取背景197
11.2BSIM-CMG模型參數提取策略198
11.3總結206
參考文獻206
2章溫度特性208
12.1半導體特性208
12.1.1帶隙問題特性208
12.1.2NC、Vbi和ΦB的溫度特性209
12.1.3本徵載流子濃度的溫度特性209
12.2閾值電壓的溫度特性209
12.2.1漏致勢壘降低的溫度特性210
12.2.2體效應的溫度特性210
12.2.3亞閾值擺幅210
12.3遷移率的溫度特性210
12.4速度飽和的溫度特性211
12.4.1非飽和效應的溫度特性211
12.5洩漏電流的溫度特性212
12.5.1柵極電流212
12.5.2柵致漏/源極洩漏212
12.5.3碰撞電離212
12.6寄生源/漏極電阻的溫度特性212
12.7源/漏極二極管的溫度特性213
12.7.1直接電流模型213
12.7.2電容215
12.7.3陷阱輔助隧穿電流215
12.8自熱效應217
12.9驗證範圍218
12.10測量數據的模型驗證218
參考文獻220
附錄221
附錄A參數列表221
A.1模型控制器221
A.2器件參數222
A.3工藝參數223
A.4基本模型參數224
幾何相關寄生參數235
A.6溫度相關性和自熱參數236
A.7變量模型參數238

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