深亚微米MOSFET模型-BSIM3v3详解：体电荷效应与载流子漂移速度

"体电荷效应-电力拖动自动控制系统(第3版)(陈伯时)" 在电力拖动自动控制系统的理论研究中，半导体器件的性能至关重要。本文将深入探讨两个关键的半导体器件特性：载流子漂移速度和体电荷效应。这些特性直接影响着器件的工作效率和整体系统的性能。 载流子漂移速度是衡量半导体材料中电子或空穴在电场作用下移动速度的一个关键参数。在BSIM3v3模型中，这个速度被描述为一个饱和速度模型，其公式为（2.3.1），其中μeff表示有效迁移率，Esat对应于载流子速度开始饱和的临界电场。该模型考虑了电场E对载流子速度的影响，并确保在E = Esat时模型的连续性，满足方程（2.3.2）。参数VSAT在附表中给出了不同类型的晶体管（NMOS和PMOS）的数值。 体电荷效应是指在高漏极电压或长沟道条件下，由于沟道耗尽区厚度不均匀导致阈值电压沿沟道方向变化的现象。在BSIM3v3模型中，通过参数Abulk来考虑这一效应。Abulk的计算涉及多个参数，如A0、Ags、K1、B0、B1和Keta，这些参数由实验数据确定。公式（2.4.1）展示了Abulk如何随沟道长度L变化，当沟道长度较小时，Abulk接近1，随着沟道长度增加，Abulk值会增大。体电荷效应在高衬底偏压条件下的变化可以通过参数Keta进行建模。 BSIM3v3模型是用于模拟深亚微米MOSFET的先进模型，它综合考虑了物理效应和器件的复杂性，适用于数字和模拟电路设计。该模型提供了详细的I-V模型推导，包括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，以及亚阈漏极电流等多个方面。此外，模型还包括电容的建模，非准静态模型，参数提取策略，噪声建模和MOS二极管的建模，为全面理解半导体器件行为提供了详尽的理论基础。