深亚微米MOSFET模型——多晶耗尽效应分析

"多晶耗尽效应是电力拖动自动控制系统中的一个重要概念，特别是在微电子领域，尤其是MOSFET（金属氧化物半导体场效应晶体管）的设计和分析中。这一效应发生在栅压作用于重掺杂多晶硅栅时，如NMOS管的n+多晶硅栅。在多晶硅和栅氧的界面，会形成一层薄的耗尽层，尽管由于多晶硅的高掺杂浓度使得耗尽层很薄，但在0.1μm以下的微细工艺中，由于栅氧的厚度也极其微小（小于5nm），其影响不容忽视。 图2-7展示了MOSFET在n+多晶硅栅的耗尽区情况，其中n+多晶硅栅的掺杂浓度为Ngate，衬底的掺杂浓度为Nsub，栅氧的厚度为Tox，多晶硅栅的耗尽区宽度为Xp，衬底的耗尽区宽度为Xd。理想情况下，如果假设栅的掺杂浓度无限大，则不会在栅中形成耗尽区，而是在多晶硅栅和栅氧的界面处存在一层厚度为零的正电荷。然而，在实际中，掺杂浓度有限，导致在多晶硅栅和栅氧界面附近存在一个有限厚度（Xp）的耗尽区。这会使得跨过栅氧和衬底的电压降减少，因为部分栅压会被用于维持这个耗尽区。 BSIM3v3.22手册是国防科技大学计算机学院微电子与微处理器研究所发布的，该手册详细介绍了MOSFET的物理基础以及电流-电压（I-V）模型的推导。手册涵盖了非均匀掺杂和小沟道效应对阈值电压的影响，迁移率模型，载流子漂移速度，体电荷效应，强反型漏极电流，饱和区的电流与输出电阻，亚阈漏极电流，有效沟道长度和沟道宽度，以及多晶耗尽效应等多个关键点。手册还包含了统一的I-V模型，电容建模，非准静态（NQS）模型，参数提取方法，测试基准结果，噪声建模，以及MOS二极管的建模等重要内容，为微电子领域的研究和设计提供了详尽的理论支持和实用工具。 BSIM3v3模型是深亚微米MOSFET的最新物理模型，特别适用于数字和模拟集成电路的设计，由美国加州大学伯克利分校的器件团队开发。模型的详细参数和控制机制使得设计者能够更准确地模拟和预测MOSFET在不同条件下的行为，从而优化电路性能和可靠性。"