基于物理的MOSFET迁移率模型及其参数提取

迁移率模型是电力拖动自动控制系统中的关键要素，特别是在MOSFET（金属氧化物半导体场效应晶体管）模型中，其精度直接影响器件性能。在"迁移率模型-电力拖动自动控制系统(第3版)(陈伯时)"中，作者强调了表面载流子迁移率模型的重要性，声子、库仑散射以及表面粗糙度是影响迁移率的主要因素。在室温下，声子散射通常是高质量界面的主要散射机制。 迁移率与多种工艺参数紧密相关，如栅氧厚度、掺杂浓度、阈值电压、栅压和衬底电压等。Sabnis和Clemens提出的有效电场Eeff概念是描述这些参数综合影响的一个经验公式，它将所有工艺参数和偏置条件纳入一个统一的表达式： \[ \mu_{eff} = \frac{Q^2}{2B_n\epsilon_{si}} \left(\frac{E_{eff}}{kT}\right)^{1/2} \quad (2.2.1) \] 其中，\( E_{eff} \)是有效电场，\( B_n \)是电子迁移率常数，\( Q \)是电子电荷，\( \epsilon_{si} \)是硅的介电常数，\( k \)是玻尔兹曼常数，\( T \)是绝对温度。 BSIM3v3.22手册，由国防科技大学计算机学院微电子与微处理器研究所编译，详细介绍了基于物理的I-V模型，包括迁移率模型的推导。手册涵盖了多个关键部分，如阈值电压的影响、载流子漂移速度、体电荷效应、不同工作区域的电流表达式，以及电容建模、非准静态模型、参数提取和噪声建模等内容。BSIM3v3.22是针对深亚微米MOSFET设计的最新模型，特别适合于数字和模拟电路的设计，其参数列表详尽，包括模型控制参数、直流参数、C-V模型参数、NQS参数等，为电路仿真和分析提供了强大工具。 通过学习和理解这些模型，工程师能够更好地设计和优化电力拖动系统的控制器，确保器件在各种条件下的稳定性和效率。了解迁移率模型的精确性对优化设备性能至关重要，因为它影响着开关速度、功耗和温度稳定性等关键指标。因此，掌握BSIM3v3.22手册中的迁移率模型是现代电子工程师必备的知识技能。