溫度反轉(zhuǎn)效應(yīng)它到底為什么會(huì)發(fā)生呢？

在做STA Signoff時(shí)，對于Setup來說選擇Slow Corner，也就是慢工藝（SS）、低壓（Low Voltage）、高溫（High Temperature）；

對于Hold來說選擇Fast Corner，也就是快工藝（FF）、高壓（High Voltage）、低溫（Low Temperature）。

可是到了小尺寸工藝（65nm以下）發(fā)生一些變化，如下圖。

低溫相對于高溫延遲會(huì)變大，也就是出現(xiàn)了所謂的溫度反轉(zhuǎn)效應(yīng)（Temperature Inversion）。

Corner介紹

1.wc（worst-case）： SS,VDD-%10,125C，一般delay最大；

2.wcl （worst-caselow-temperature）：SS,VDD-%10,m40C，溫度反轉(zhuǎn)效應(yīng)下delay最大；

3.lt（low-temperature，也叫best case）：FF,VDD+10%，m40C，一般delay最小；

4.ml（max-leakage）：FF,VDD+10%,125C，溫度反轉(zhuǎn)效應(yīng)下delay最小。

溫度反轉(zhuǎn)效應(yīng)后果

導(dǎo)致STA signoff corner至少增加了一倍，也就是說run time最少增加一倍（對于大規(guī)模芯片真是一件麻煩事），需要fix的violation也有所增加。

溫度反轉(zhuǎn)效應(yīng)帶來了這么多工作量，它到底為什么會(huì)發(fā)生呢？

溫度反轉(zhuǎn)效應(yīng)原理

隨著溫度的升高，晶格的熱振動(dòng)會(huì)增加，增加了電子的散射（可以理解為電子的碰撞增加，不利于電子流動(dòng)），所以Metal的電阻會(huì)增加。在半導(dǎo)體中也有類似的效果，載流子（電子和空穴）的遷移率隨著溫度的升高而降低。

但是在半導(dǎo)體中，隨著MOS晶體管的電源電壓降低，發(fā)生了有趣的現(xiàn)象：在較低電壓下，MOS 器件的延遲隨溫度升高而降低，而不是增加。

畢竟普遍的看法是，隨著溫度的升高，遷移率會(huì)降低，因此人們會(huì)預(yù)期電流會(huì)降低，隨后延遲也會(huì)增加。這種效應(yīng)也稱為低電壓反向溫度依賴性。

首先讓我們看看，在一個(gè)簡化的模型中，MOS 晶體管的延遲取決于什么。

現(xiàn)在讓我們看看漏極電流取決于什么。

可以看到，Id 取決于遷移率 μ 和閾值電壓 Vth。讓我們檢查遷移率和閾值電壓對溫度的依賴性。

遷移率和閾值電壓均隨溫度升高而降低。但是遷移率的降低意味著更少的漏極電流和更慢的器件，而閾值電壓的降低意味著增加漏極電流和更快的器件。

最終的漏極電流取決于在給定的電壓和溫度對下哪個(gè)趨勢占主導(dǎo)地位。在高電壓下，遷移率決定了漏極電流，而在低電壓下，閾值電壓主導(dǎo)著漏極電流。

這就是為什么：在較高電壓下，器件延遲隨溫度增加而增加；在較低電壓下，器件延遲隨溫度增加降低。

審核編輯：劉清