BSIM3v3模型详解：深亚微米MOSFET的电流、电容与噪声建模

"衬底电流-电力拖动自动控制系统(第3版)(陈伯时)-BSIM3v3.22 手册" 本文档详细介绍了BSIM3v3模型，这是一个用于模拟深亚微米MOSFET（金属氧化物半导体场效应晶体管）行为的先进模型。该模型在电力拖动自动控制系统中尤为重要，因为它能精确地预测和分析晶体管的工作特性。 在第三章的3.7节中，主要讨论了衬底电流的建模。衬底电流在 MOSFET 中扮演着重要角色，它涉及到晶体管性能的多个方面，如阈值电压、漏电流和输出电阻等。BSIM3v3 使用公式（3.7.1）来描述衬底电流 \( I_{sub} \) 的行为： \[ I_{sub} = A \cdot \alpha \cdot \left[ \left( \frac{V_{DS}}{V_T} \right)^{\beta+1} - \left( \frac{V_{DS}}{V_T} \right)^{\alpha+1} \right] \cdot e^{\frac{V_{GS}-V_{TH}}{nV_T}} \cdot \left( 1 - \frac{V_{SB}}{V_T} \right) \] 其中，\( V_{DS} \) 是漏源电压，\( V_{GS} \) 是栅源电压，\( V_{TH} \) 是阈值电压，\( V_{SB} \) 是衬底偏置电压，\( V_T \) 是热电压，\( n \) 是亚阈指数，\( \alpha \) 和 \( \beta \) 是模型参数，而 \( A \) 是与衬底接触相关的常数。这个模型考虑了衬底电荷效应，能够更准确地模拟在不同偏置条件下的衬底电流变化。 BSIM3v3.22手册是由国防科技大学计算机学院微电子与微处理器研究所翻译和发布的，它涵盖了模型的基本理论、物理机制以及模型参数的提取方法。手册内容包括： 1. 简介：概述BSIM3v3模型的主要特点和手册结构。 2. 物理I-V模型的推导：详细解释了模型中的基本物理过程，如阈值电压的影响因素、迁移率模型、载流子漂移速度、体电荷效应以及各种电流区别的建模。 3. 统一的I-V模型：提供了一种适用于不同工作状态的电流表达式，以统一描述线性和饱和区的行为。 4. 电容建模：描述了电容模型的几何定义、本征电容和非本征电容的建模方法。 5. 非准静态模型：探讨了非准静态（NQS）效应及其在模型中的处理。 6. 参数提取：介绍了参数提取的策略和流程，以及相关注意事项。 7. 测试基准结果：提供了模型验证的基准类型和结果。 8. 噪声建模：涵盖了闪烁噪声和沟道热噪声的模型。 9. MOS二极管建模：阐述了二极管I-V模型和电容模型。 手册还附有详细的参数列表，包括模型控制参数、直流参数、C-V模型参数等，为实际应用和模型参数设置提供了全面的参考。通过这些信息，设计者可以深入理解BSIM3v3模型，并有效地应用于电路设计和优化。