BSIM4模型與BSIM3模型的區(qū)別

2022年，集成電路半導(dǎo)體行業(yè)最熱的頭條是“EDA被全面封鎖”。如何突破EDA封鎖，成為行業(yè)發(fā)展的關(guān)鍵詞，也是群體焦慮。在全球市場(chǎng)，有人比喻EDA是“芯片之母”，如果沒(méi)有了芯片，工業(yè)發(fā)展和社會(huì)進(jìn)步將處處受制，EDA的重要性也上升到了戰(zhàn)略性高度。盡管國(guó)際封鎖形勢(shì)嚴(yán)峻，但睿智的中國(guó)科技人擅于把危機(jī)化為機(jī)會(huì)，從《加快自主研發(fā)應(yīng)用，讓工業(yè)軟件不再卡脖子》，到《破解科技卡脖子要打好三張牌》，即一要打好“基礎(chǔ)牌”，提升基礎(chǔ)創(chuàng)新能力；二要打好“應(yīng)用牌”，加強(qiáng)對(duì)高精尖國(guó)貨的應(yīng)用；三是要打好“人才牌”，讓人才留得住、用得上、有發(fā)展……，各種政策、舉措和實(shí)際行動(dòng)，處處彰顯了我們中國(guó)科技的發(fā)展韌性。

我們EDA探索頻道，今天迎來(lái)了第18期的內(nèi)容——BSIM4模型，下面就跟著小編一起來(lái)開(kāi)啟今天的探索之旅吧~

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(lái)的，主要針對(duì)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(gè)區(qū)別：

BSIM4模型增加了對(duì)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(guò)對(duì)GIDL現(xiàn)象建模，使得在負(fù)柵壓下仍可準(zhǔn)確預(yù)測(cè)體電流。工藝發(fā)展到90nm節(jié)點(diǎn)后，由于柵氧層過(guò)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(lái)描述柵極電流。

圖：BSIM4中增加了對(duì)GIDL現(xiàn)象的模型（實(shí)線），而B(niǎo)SIM3模型則不能描述（虛線）[2]

BSIM4模型改進(jìn)了對(duì)短溝道效應(yīng)、窄溝道效應(yīng)、溝道長(zhǎng)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(duì)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[2]

BSIM4模型引入了對(duì)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(duì)器件寄生參數(shù)的影響。

總之BSIM4是對(duì)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B(niǎo)SIM4主要適用于亞微米到納米級(jí)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。

重點(diǎn)來(lái)啦！ 下圖是一個(gè)BSIM4模型的例子，可與上期的BSIM3模型相對(duì)比（http://bwrcs.eecs.berkeley.edu/Classes/icdesign/ee241_s13/Assignments/45nm_LP.pm）。

參考文獻(xiàn)

[1] 伍青青等，《MoSFET集約模型的發(fā)展》，固體電子學(xué)研究與進(jìn)展，2010

[2] William Liu，MOSFET MODELS FOR SPICE SIMULATION, INCLUDING BSIM3v3 AND BSIM4, Wiely,2001