Модель переходных процессов для современных микроэлектронных устройств, применимая в ЭКВ модели p-МОП-структуры

М. Б. Эль Машад; А. А. Монем

doi:10.20535/S0021347021020023

Автор(и)

М. Б. Эль Машад Университет аль-Азхар, Каир, Індія https://orcid.org/0000-0002-1852-3286
А. А. Монем Высший технологический институт, 10-й город Рамадан, Індія

DOI:

https://doi.org/10.20535/S0021347021020023

Ключові слова:

метод сплайн-коллокации, квазистатический подход, симметричная телескопическая модификация, нормализованные плотности канального заряда, ЭКВ модель p-канального МОП-транзистора

Анотація

Большой прогресс в технологии производства микроэлектронных устройств с экспоненциальным ростом сложности и быстродействия необходим для обеспечения непрерывного развития новых технологий, структур, устройств, схем и систем. В статье предложена новая модель переходных процессов p-МОП-структуры, предназначенная для современных микроэлектронных устройств, которые обеспечивают быструю динамическую реакцию. Предлагаемая модель обеспечивает получение зависимостей переходных нагрузочных токов как полиномиальных функций нормализованных плотностей канального заряда на границах канала с помощью модифицированной версии метода коллокации с кубическими сплайнами в симметричном телескопическом виде. Кроме того, исследовано оптимальное количество сегментов, которое необходимо для новой версии алгоритма коллокации с кубическими сплайнами. Также моделируется нормализованная плотность заряда канала в точках коллокации с помощью ее значений на границах канала, при использовании квазистатического подхода. Путем введения обратной функции для нормализованного канального напряжения перегрузки, переходные нагрузочные токи представлены в виде функции напряжений на выводах МОП-структуры. По сравнению с обычным методом коллокации кубическими сплайнами, новая модель имеет более высокую точность применительно к ЭКВ модели. Разработанная модель использована для стандартной 0,15 мкм технологии и проверена с помощью MATLAB R2014a. Полученные результаты показали, что модель обеспечивает высокую относительную точность (в среднем 99%) для всего времени, и абсолютную ошибку менее 5% от максимального значения в худшем случае.

Посилання

S.-Y. Oh, D. E. Ward, R. W. Dutton, “Transient analysis of MOS transistors,” IEEE J. Solid-State Circuits, vol. 15, no. 4, pp. 636–643, 1980, doi: https://doi.org/10.1109/JSSC.1980.1051448.
A. S. Roy, J. M. Vasi, M. B. Patil, “A new approach to model nonquasi-static (NQS) effects for mosfets-part I: large-signal analysis,” IEEE Trans. Electron Devices, vol. 50, no. 12, pp. 2393–2400, 2003, doi: https://doi.org/10.1109/TED.2003.819053.
C. C. Enz, E. A. Vittoz, Charge-Based MOS Transistor Modeling. Chichester, UK: John Wiley & Sons, Ltd, 2006, doi: https://doi.org/10.1002/0470855460.
A. J. Scholten, L. F. Tiemeijer, P. W. H. De Vreede, D. B. M. Klaassen, “A large signal non-quasi-static MOS model for RF circuit simulation,” in International Electron Devices Meeting 1999. Technical Digest (Cat. No.99CH36318), 1999, pp. 163–166, doi: https://doi.org/10.1109/IEDM.1999.823870.
H. Wang, T.-L. Chen, G. Gildenblat, “Quasi-static and nonquasi-static compact mosfet models based on symmetric linearization of the bulk and inversion charges,” IEEE Trans. Electron Devices, vol. 50, no. 11, pp. 2262–2272, 2003, doi: https://doi.org/10.1109/TED.2003.818596.
M. B. El Mashade, A. A. M. Afifi, T. Dabbous, “A new design methodology for enhancing the transient loading of low drop-out regulators (LDRs),” Int. J. Electron. Telecommun., vol. 65, no. 2, pp. 325–333, 2019, uri: http://ijet.pl/index.php/ijet/article/view/10.24425-ijet.2019.126317.
CADANCE, Virtuoso UltraSim Simulator User Guide, Product Version 7.2, May 2010. CADANCE, 2010, uri: http://picture.iczhiku.com/resource/eetop/WYiGePwqkEhquBcc.pdf.
R. J. Milliken, J. Silva-Martinez, E. Sanchez-Sinencio, “Full on-chip CMOS low-dropout voltage regulator,” IEEE Trans. Circuits Syst. I Regul. Pap., vol. 54, no. 9, pp. 1879–1890, 2007, doi: https://doi.org/10.1109/TCSI.2007.902615.
C. Hu, C. Enz, “EKV MOSFET Model.” https://www.epfl.ch/labs/iclab/ekv/.
A. A. Afifi, M. B. El Mashade, T. E. Dabbous, “Cubic sp-line collocation enhancement for modeling of MOS transient,” Int. J. Recent Technol. Eng., vol. 8, no. 1, pp. 920–926, 2019, uri: https://www.ijrte.org/wp-content/uploads/papers/v8i1/F2340037619.pdf.