Модели МОП-транзисторов

На рис. 1 представлены профиль и топология КМОП (КМДП) транзисторов.

Рис. 1. Профиль и топология КМДП-транзисторов

Эквивалентная схема МОП транзистора, соответствующая моделям МОП-транзисторов, используемым во многих программах анализа электронных схем, представлена на рис. 1.

Рис. 2. Модель МОП-транзистора, используемая в программе Spice

Модель характеризуется следующими параметрами:

R_d — cопротивление стокового слоя;
R_S — сопротивление истокового слоя;
BETA — удельная крутизна передаточной характеристики транзистора.
BETA TC — температурный коэффициент BETA;
V_TO — пороговое напряжение;
V_TO TC — температурный коэффициент порогового напряжения;
GAMMA — коэффициент эффекта Бодэ;
P_HI — потенциал инверсии зон.
LAMBDA — коэффициент модуляции канала;
C_gd — емкость затвор-сток;
C_gs — емкость затвор-исток;
C_bs- емкость подложка-исток;
C_bd- емкость подложка-сток;
C_gb- емкость затвор-подложка;
R_b — cопротивление слоя подложки;
R_ds — сопротивление сток-исток закрытого транзистора.

Вычисление BETA осуществляется по величине сопротивления канала транзистора на начальном участке выходных характеристик. Несложно показать, что коэффициент BETA для крутого участка ВАХ вычисляется по формуле:

BETA =

где RON — выходное статическое сопротивление транзистора на начальном (крутом) участке характеристик (Ом);

• V_gs — напряжение затвор-исток;

• I_d — ток стока.

Параметр Lambda определяет линейное нарастание BETA с ростом V_dsза счет модуляции длины канала.

Эквивалентная схема рис. 1 является базовой для моделей шести уровней, различающихся учетом тех или иных эффектов. Модель уровня 1 (LEVEL1) наиболее проста и используется, если не требуется высокая точность расчетов. Модель уровня 2, наоборот, довольно сложная и характеризуется большим числом трудно определяемых параметров. Широко известны физические модели BSIM3 и BSIM4 (аббревиатура BSIM есть сокращение фразы Berkeley short–channel IGFET model, где IGFET - insulated-gate field-effect transistor, т.е BSIM - модель МОП-транзистора с изолированным затвором и коротким каналом, разработанная в Беркли).