EDA技術(shù)探索之BSIM3模型

2022年，集成電路半導(dǎo)體行業(yè)最熱的頭條是“EDA被全面封鎖”。如何突破EDA封鎖，成為行業(yè)發(fā)展的關(guān)鍵詞，也是群體焦慮。在全球市場，有人比喻EDA是“芯片之母”，如果沒有了芯片，工業(yè)發(fā)展和社會進(jìn)步將處處受制，EDA的重要性也上升到了戰(zhàn)略性高度。盡管國際封鎖形勢嚴(yán)峻，但睿智的中國科技人擅于把危機(jī)化為機(jī)會，從《加快自主研發(fā)應(yīng)用，讓工業(yè)軟件不再卡脖子》，到《破解科技卡脖子要打好三張牌》，即一要打好“基礎(chǔ)牌”，提升基礎(chǔ)創(chuàng)新能力；二要打好“應(yīng)用牌”，加強(qiáng)對高精尖國貨的應(yīng)用；三是要打好“人才牌”，讓人才留得住、用得上、有發(fā)展……，各種政策、舉措和實(shí)際行動，處處彰顯了我們中國科技的發(fā)展韌性。

我們EDA探索頻道，今天迎來了第17期的內(nèi)容——BSIM3模型，下面就跟著小編一起來開啟今天的探索之旅吧~

上一期中我們談到了Compact Model，第一個被 Compact Model Council采納為標(biāo)準(zhǔn)的模型為BSIM3模型。

BSIM3模型的特點(diǎn)是它能夠考慮許多重要的物理效應(yīng)，如溝道長度調(diào)制、漏極誘導(dǎo)勢壘降低、溝道電荷分布、寄生電阻和電容、多晶硅柵極耗盡、非平衡載流子輸運(yùn)、次閾值電流、噪聲、溫度效應(yīng)等。BSIM3模型能夠處理不同的器件結(jié)構(gòu)和工藝變化，如溝道長度和寬度、柵氧厚度、摻雜濃度、LDD結(jié)構(gòu)等。BSIM3模型還能夠支持不同的操作模式和仿真選項(xiàng)，如直流、交流、瞬態(tài)、小信號、大信號、噪聲等。

BSIM3模型的核心是它的I-V模型，即電流-電壓特性模型，它描述了MOSFET器件在不同的偏置條件下的電流響應(yīng)。I-V模型可以分為四個區(qū)域：弱反型區(qū)（或次閾值區(qū)）、線性區(qū)、飽和區(qū)和擊穿區(qū)。每個區(qū)域都有相應(yīng)的數(shù)學(xué)公式來計算器件的電流，并且考慮了各種物理效應(yīng)對電流的影響。I-V模型還包括了一個閾值電壓模型，它描述了MOSFET器件從弱反型到強(qiáng)反型的轉(zhuǎn)變點(diǎn)，并且考慮了溝道長度效應(yīng)、溝道寬度效應(yīng)、柵極偏壓效應(yīng)、體偏壓效應(yīng)等。

除了I-V模型之外，BSIM3模型還包括了其他幾個子模型，如C-V模型（電容-電壓特性模型）、噪聲模型、寄生電阻和電容模型、溫度效應(yīng)模型和非準(zhǔn)靜態(tài)（NQS）模型。這些子模型都是為了提高BSIM3模型的準(zhǔn)確性和完整性，以適應(yīng)不同的仿真需求和場景。

圖：BSIM3的交流小信號模型示意圖。來自Design of analog circuits through symbolic analysis（2012）

BSIM3模型有很多個參數(shù)，這些參數(shù)都有各自的物理意義和數(shù)學(xué)表達(dá)式。參數(shù)的值可以通過實(shí)驗(yàn)測量或者理論計算得到，也可以通過參數(shù)提取軟件或者優(yōu)化算法得到。參數(shù)的值會影響B(tài)SIM3模型對器件特性的描述和預(yù)測，因此需要根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行調(diào)整和優(yōu)化。

重點(diǎn)來啦！ ? ?

下面是一個在互聯(lián)網(wǎng)上公開的BSIM3模型實(shí)例（bwrcs.eecs.berkeley.edu/Classes/icdesign/ee241_s02/Assignments/t18h_lo_epi-params-mod.txt）在這里（Z:sim3sim3v33_manualTEXTCOVER.PDF (sourceforge.io)）可以找到BSIM3v3模型的完整文檔。

編輯：黃飛

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