Bsım Mosfet Model Parametrelerinin Belirlenmesine Yönelik Algoritmalar

Abstract

Devre benzetimleri, devre tasarımlarının en önemli aşamalarından biridir. Benzetim sonuçlarının doğruluğu ise transistor modellerinin doğruluğuna bağlıdır. Günümüzde erişilen modern MOSFET teknolojisi ile gerçekleştirilen gelişmiş tümdevre üretiminde, kanal boyu değerleri 0.1µm seviyelerinin altına inmiştir. Yapıdaki karmaşıklık düzeyinin artışı, yeni fiziksel mekanizmalarla karşılaşılmasına neden olmuştur. Bu durum, tasarımcıları gelişmiş ortam ve algoritmalarla oluşturulan zorluk seviyeleri yüksek modellere yöneltmektedir. BSIM3v3, yüksek doğruluklu model gereksinimlerine yönelik geliştirilmiştir. Modelde kısa ve dar kanal etkileri gibi çok önemli olaylar iyi biçimde tanımlanmış, oluşturulan algoritmalar geniş boyutlandırma aralığında doğru sonuç verecek şekilde tasarlanmıştır. BSIM, MOSFET modellemesinin tarihi gelişiminde bir kilometre taşı olmuştur. Bu tez çalışmasında, BSIM3v3 MOSFET model eşitliklerinden parametrelerin çıkarımına yönelik algoritmalar oluşturulmuştur. Parametrelerin belirlenmesi için MATLAB kod yapısı altında model eşitliklerinin çözümüne yönelik programlar yazılmıştır. Oluşturulan programlar, yalnızca transistor karakteristiklerinden elde edilen değerlerin giriş verisi olarak kullanılmasıyla sonuç alınacak biçimde tasarlamıştır. Bu algoritmalar kullanılarak MOSFET BSIM model parametreleri belirlenmiştir. Çıkarımı gerçekleştirilen parametre değerleri kullanılarak SPICE programı ile transistor karakteristiklerinin elde edilmesine yönelik benzetimler yapılmıştır. Son aşamada, benzetim sonuçları ile gerçek karakteristiklere ilişkin sonuçlar karşılaştırılarak yöntemin başarımı belirlenmiştir.

Circuit simulations are one of the essential parts of designing integrated circuits. The accuracy of circuit simulations depends on accuracy of the model of the transistors. Today, in the development of modern MOS technology, many new processing techniques have been introduced. The channel length of MOSFETs has been scaled down to the 0.1µm range by developing integrated circuit fabrication. The increasing level of complexity of the device structure caused of new physical mechanisms. This leads to designers to more sophisticated models. BSIM3v3 has been developed for need of device model with high accuracy. In this model, crucial mechanisms; such as short and narrow channel effects are modeled with high accuracy in wide range of device geometries. BSIM is a historic milestone in device modeling. In this thesis, parameter extraction algorithms are designed from the BSIM3v3 MOSFET model equations. The solution codes for the equations are written by MATLAB. The algorithms are designed to give results from only devices characteristics data. BSIM MOSFET model parameters are extracted by these algorithms. The SPICE simulations are performed using extracted parameters. Simulation results have been compared with experimental data. Hence, the work is finalized by determining the model performance and its accuracy.