M. Полевой транзистор с изолированным затвором¶
Моделирует МОП-транзистор N-типа, DN-типа, P-типа и DP-типа.
SPICE-формат
Синтаксис:
M<имя> <сток> <затвор> <исток> <подложка> <имя модели>
[M=<значение>] [L=< значение >] [W=< значение >]
[AD=< значение >] [AS=< значение >] [PD=< значение >] [PS=< значение >]
[NRD=< значение >] [NRS=< значение >] [NRG=< значение >]
[NRB=< значение >]
[OFF] [IC=<vds> [,vgs [,vbs]]]
[M] – скалярный множитель, позволяющий учитывать параллельное соединение нескольких однотипных транзисторов. Значение по умолчанию 1.
[L] и [W] – длина и ширина канала соответственно.
[AD] и [AS] – диффузионные площади стока и истока соответственно.
[PD] и [PS] – диффузионные площади стока и истока соответственно.
[NRD], [NRS], [NRG] и [NRB] – скалярные множители, с помощью которых вычисляются значения сопротивлений стока, истока, затвора и подложки, соответственно, если они не заданы явно:
RD= NRD RSH, RS= NRS RSH,
RG= NRG RSH, RS= NRB RSH.
AREA – скалярный множитель, позволяющий учитывать параллельное соединение нескольких однотипных транзисторов. Значение по умолчанию 1.
Присутствие ключевого слова [OFF] указывает на отключение транзистора на первой итерации расчёта рабочей точки по постоянному току.
С помощью ключевого слова [IC] задаются начальные условия на p-n-переходах база-эмиттер, коллектор-эмиттер транзистора при расчёте переходных режимов схемы. Подробнее об использовании [IC] и [OFF] см. раздел Расчёт рабочей точки схемы.
Для моделирования резисторов DN- и DP-типа следует подключить в одну цепь <исток> и <подложку>.
Синтаксис описания модели
.MODEL <имя модели> NMOS (<параметры модели>)
.MODEL <имя модели> PMOS (<параметры модели>)
Примеры:
M1 1 2 3 0 M1 L=25u W=12u; МОП-транзистор N-типа
M2 4 5 6 0 M2 M=2; МОП-транзистор P-типа
M7 8 7 9 9 NMOS_DEFAULT_MODEL; МОП-транзистор DN-типа
M9 2 3 5 5 PMOS_DEFAULT_MODEL; МОП-транзистор DP-типа
.MODEL M1 NMOS (KP=1e–6 GAMMA=0.5)
.MODEL M2 PMOS (KP=1.2E-6 LAMBDA=1m)
.MODEL NMOS_DEFAULT_MODEL NMOS (LEVEL=1)
.MODEL PMOS_DEFAULT_MODEL PMOS (LEVEL=1)
Нетлист модели МОП-транзистора P-типа со всеми дефолтными параметрами (совпадают с дефолтными параметрами для N-типа):
.MODEL PMOS_DEFAULT_MODEL PMOS(AF=1 CBD=0 CBS=0 CGBO=0 CGDO=0 CGSO=0 CJ=0 CJSW=0 DELTA=0 ETA=0 FC=0.5 GAMMA=0 GDSNOI=1 IS=1e-14 JS=0 JSSW=0 KAPPA=0.2 KF=0 KP=2e-5 LAMBDA=0.0 LEVEL=1 LD=0.0 MJ=0.5 MJSW=0.33 N=1 NEFF=1.0 NFS=0.0 NLEV=2 NSS=undefined NSUB=undefined PB=0.8 PBSW=PB PHI=0.6 RB=0 RD=0 RDS=infinity RG=0 RS=0 RSH=0 THETA=0.0 TOX=undefined TPG=1 TT=0 T_ABS=undefined T_MEASURED=undefined T_REL_GLOBAL=undefined UCRIT=1.0e4 UEXP=0.0 UO=600 UTRA=0.0 VMAX=0 VTO=0 WD=0 XJ=0 XQC=1)
Подробнее описание поддерживаемых моделей приведено в Табл. 1.
Таблица 1 Поддерживаемые модели
| Параметр LEVEL | Имя модели |
|---|---|
| 1 | Модель Шихмана–Ходжеса |
| 2 | MOS2 аналитическая модель Грув– Хоффмана |
| 3 | MOS3, полуэмпирическая модель |
В Табл. 2 представлено описание параметров модели МОП-транзистора.
Таблица 2 Параметры модели МОП-транзистора
| Обозначение | Значения LEVEL | Параметр | Значение по умолчанию | Единица измерения |
|---|---|---|---|---|
| LEVEL | Индекс уровня модели | 1 | - | |
| L | 1–3 | Длина канала | DEFL | M |
| W | 1–3 | Ширина канала | DEFW | M |
| LD | 1–3 | Глубина области боковой диффузии | 0 | M |
| WD | 1–3 | Ширина области боковой диффузии | 0 | M |
| VTO | 1–3 | Пороговое напряжение при нулевом смещении | 1 | B |
| КР | 1–3 | Параметр удельной крутизны | 2E–5 | A/В2 |
| GAMMA | 1–3 | Коэффициент влияния потенциала подложки на пороговое напряжение | 0 | В1/2 |
| PHI | 1–3 | Поверхностный потенциал сильной инверсии | 0,6 | В |
| LAMBDA | 1–3 | Параметр модуляции длины канала | 0 | 1/В |
| RD | 1–3 | Объёмное сопротивление стока | 0 | Ом |
| RS | 1–3 | Объёмное сопротивление истока | 0 | Ом |
| RG | 1–3 | Объёмное сопротивление затвора | 0 | Ом |
| RB | 1–3 | Объёмное сопротивление подложки | 0 | Ом |
| RDS | 1–3 | Сопротивление утечки сток-исток | ∞ | Ом |
| RSH | 1–3 | Удельное сопротивление диффузионных областей истока и стока | 0 | Ом/м2 |
| IS | 1–3 | Ток насыщения р-n-перехода сток-подложка (исток-подложка) | 1E–14 | А |
| JS | 1–3 | Плотность тока насыщения перехода сток (исток)-подложка | 0 | А/м2 |
| JSSW | 1–3 | Удельная плотность тока насыщения (на длину периметра) | 0 | А/м |
| PB | 1–3 | Напряжение инверсии приповерхностного слоя подложки | 0,8 | В |
| PBSW | 1–3 | Напряжение инверсии боковой поверхности р-n-перехода | PB | В |
| N | 1–3 | Коэффициент неидеальности перехода подложка-сток (исток) | 1 | - |
| CBD | 1–3 | Ёмкость донной части перехода сток-подложка при нулевом смещении | 0 | Ф |
| CBS | 1–3 | Ёмкость донной части перехода исток-подложка при нулевом смещении | 0 | Ф |
| CJ | 1–3 | Удельная ёмкость донной части р-n-перехода сток (исток)-подложка при нулевом смещении (на площадь перехода) | 0 | Ф/м2 |
| CJSW | 1–3 | Удельная ёмкость боковой поверхности перехода сток (исток)-подложка при нулевом смещении (на длину периметра) | 0 | Ф/м |
| MJ | 1–3 | Коэффициент, учитывающий плавность донной части перехода подложка-сток (исток) | 0,5 | - |
| MJSW | 1–3 | Коэффициент, учитывающий плавность бокового перехода подложка-сток (исток) | 0,33 | - |
| FC | 1–3 | Коэффициент нелинейности барьерной ёмкости прямосмещенного перехода подложки | 0,5 | - |
| CGSO | 1–3 | Удельная ёмкость перекрытия затвор-исток (за счёт боковой диффузии) | 0 | Ф/м |
| CGDO | 1–3 | Удельная ёмкость перекрытия затвор-сток на длину канала (за счёт боковой диффузии) | 0 | Ф/м |
| CGBO | 1–3 | Удельная ёмкость перекрытия затвор-подложка (за счёт выхода затвора за пределы канала) | 0 | Ф/м |
| TT | 1–3 | Время переноса заряда через р-n-переход | 0 | с |
| NSUB | 2, 3 | Уровень легирования подложки | Нет | 1/см3 |
| NSS | 2, 3 | Плотность медленных поверхностных состояний на границе кремний-подзатворный оксид | Нет | 1/см2 |
| NFS | 2, 3 | Плотность быстрых поверхностных состояний на границе кремний-подзатворный оксид | 0 | 1/см2 |
| TOX | 1–3 | Толщина оксидной пленки | 1e–7 | м |
| TPG | 2, 3 | Тип материала затвора (+1 – легирование затвора примесью того же типа, как и для подложки; –1 – примесью противоположного типа; 0 – металл) | 1 | - |
| XJ | 2, 3 | Глубина металлического перехода областей стока и истока | 0 | м |
| UO | 2, 3 | Поверхностная подвижность носителей | 600 | см2/В/с |
| UCRIT | 2 | Критическая напряженность поля, при которой подвижность носителей уменьшается в два раза | 1E4 | В/см |
| UEXP | 2 | Экспоненциальный коэффициент снижения подвижности носителей | 0 | - |
| UTRA | 2 | Коэффициент снижения подвижности носителей | 0 | м/с |
| GDSNOI | 1-3 | Коэффициент дробового шума канала | 1 | - |
| NLEV | 1-3 | Выбор шумового уравнения | 2 | - |
| VMAX | 2, 3 | Максимальная скорость дрейфа носителей | 0 | м/с |
| NEFF | 2 | Эмпирический коэффициент коррекции концентрации примесей в канале | 1 | - |
| XQC | 2, 3 | Доля заряда канала, ассоциированного со стоком | 0 | - |
| DELTA | 2, 3 | Коэффициент влияния ширины канала на пороговое напряжение | 0 | - |
| THETA | 3 | Коэффициент модуляции подвижности носителей под влиянием вертикального поля | 0 | 1/В |
| ETA | 3 | Параметр влияния напряжения сток-исток на пороговое напряжение (статическая обратная связь) | 0 | - |
| KAPPA | 3 | Фактор поля насыщения (Параметр модуляции длины канала напряжением сток- исток) | 0,2 | - |
| KF | 1-3 | Коэффициент, определяющий спектральную плотность фликкер-шума | 0 | - |
| AF | 1-3 | Показатель степени, определяющий зависимость спектральной плотности фликкер-шума от тока через переход | 1 | - |
| T_MEASURED | 1-3 | Температура измерения | - | °С |
| T_ABS | 1-3 | Абсолютная температура | - | °С |
| T_REL_GLOBAL | 1-3 | Относительная температура | - | °С |