探究BSIM4模型

在BSIM3的基礎(chǔ)上，UC Berkley的BSIM小組緊接著又推出了BSIM4模型。

BSIM4模型是在BSIM3模型的基礎(chǔ)上發(fā)展而來的，主要針對深亞微米到納米的工藝進(jìn)行了改進(jìn)和擴(kuò)展。與BSIM3模型相比，BSIM4模型有以下幾個區(qū)別：

BSIM4模型增加了對多晶硅柵極極化效應(yīng)、柵極漏電流、柵極隧穿電流、柵極直接隧穿電流等現(xiàn)象的建模。通過對GIDL現(xiàn)象建模，使得在負(fù)柵壓下仍可準(zhǔn)確預(yù)測體電流。工藝發(fā)展到90nm節(jié)點(diǎn)后，由于柵氧層過薄而引起的柵極隧穿電流不再可忽略，BSIM4建立了詳細(xì)的隧穿模型來描述柵極電流。

圖：BSIM4中增加了對GIDL現(xiàn)象的模型（實(shí)線），而BSIM3模型則不能描述（虛線）

BSIM4模型改進(jìn)了對短溝道效應(yīng)、窄溝道效應(yīng)、溝道長度調(diào)制效應(yīng)、溝道電荷分布效應(yīng)等現(xiàn)象的建模。BSIM4增添了pocket／retrograde新工藝對閾值電壓的影響，并改進(jìn)短溝系數(shù)以消除閾值電壓roll—up現(xiàn)象。

圖：Pocket Implant引入后仿真的IdVg曲線

BSIM4模型引入了對射頻電路設(shè)計(jì)相關(guān)的參數(shù)和效應(yīng)的建模，如輸出導(dǎo)納、輸出電阻、輸出電容等。BSIM4改進(jìn)了器件的輸出電阻模型、NQS模型和1/f噪聲模型，并增加了柵電阻、熱噪聲及噪聲分配方案和襯底電阻網(wǎng)絡(luò)的描述。

BSIM4模型提供了更多的可選參數(shù)和功能，如溫度依賴性、工藝變異性、器件匹配性、噪聲分析等。BSIM4還分析了版圖設(shè)計(jì)(多finger布圖、串并聯(lián)等)對器件寄生參數(shù)的影響。

總之BSIM4是對BSIM3的全面提升，一般認(rèn)為BSM3主要適用于微米、亞微米器件，而BSIM4主要適用于亞微米到納米級平面器件（130nm-20nm）。繼BSIM3之后，BSIM4也被Compact Model Council采納為標(biāo)準(zhǔn)模型。

審核編輯：劉清