器件与模型

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基本元件及其模型

mA
毫安电流表
μA
微安电流表
电流表及其分流电阻（分流器）
A
V
电压表
开关元件
船形开关板键开关
波段开关
钮子开关
负载元件举例
二极管元件D
灯泡 B
扬声器（喇叭）SPK
集成电路、功率器件及散热元件举例
功率器件
集成电路器件散热元件
电容1
电解电容器CD 有极性电容器
电容2
无极性电容器
交流电容器
电容3
基本元件及其模型
电池、电源E
+
+
-
-
电阻器R模型1
电阻器
电阻器
片式电阻
电阻阵列
电阻器模型2
电位器滑变电阻器推拉式带开关电位器
非线性电阻
t
可调电阻RW
热敏电阻
特种电阻,假负载
锰铜片电阻（负温度特性）
工作时电阻值保持不变，常用作模拟电阻（假负载）
分流电阻（分流器）
假负载
电流表、电压表
自复保险丝
电感器模型
铜心电感器螺线管线圈L 铁心线圈铁氧体电感器
可调电感器
中周变压器
可调电感器
半可调电感器
非线性电感器
变压器Tr
空心变压器
铁心变压器
铜心变压器
三相电力变压器
纸质电容器CZ 陶瓷电容器CC 交流电容器电解电容器CD
钽电容器CA
云母电容器CY
可变电容器1
以陶瓷为介质,动片与定片镀银层,转动动片,改变相对位置,改变电容量
可调电容器
可变电容器CW
圆弧表示动片
半可调电容器 (微调)源自可变电容器2差动电容器双联电容器

纳米集成电路finfet器件物理与模型pdf

纳米集成电路finfet器件物理与模型pdf纳米集成电路是近年来电子信息领域的一个热点研究方向，其中finfet器件作为其中一种重要的纳米器件，备受关注。

随着各种智能设备的不断发展，纳米集成电路的应用也不断延伸，越来越受到人们的关注。

本文将围绕“纳米集成电路finfet器件物理与模型pdf”展开阐述。

第一步，我们需要了解finfet器件的物理性质。

finfet器件是以硅材料为主体的一种三维封装MOSFET器件。

与传统的MOSFET器件相比，finfet器件具有更好的电路性能，更小的体积和更低的功耗。

finfet器件采用了三维结构，可以使得MOSFET的控制电压更高，从而能够提高器件的开关速度。

此外，finfet器件还具有更好的电流控制和噪声特性，能够实现更高的信噪比。

第二步，我们需要了解finfet器件的模型。

finfet器件的模型是建立在器件物理的基础上的，通过对器件物理进行建模，可以有效地预测finfet器件的电学性能和工艺变化对器件性能的影响。

finfet 器件的建模分为两个方面，一是器件物理模型，二是电学模型。

在器件物理模型方面，需要对器件的材料结构、尺寸和工艺参数进行建模，其中最重要的是器件材料的特性。

在电学模型方面，需要根据器件物理模型推导出电学参数，并建立相应的电学模型。

在finfet器件的电学模型中，最重要的参数包括迁移电导和电容等，这些参数的建模可以完全描述器件的电学性能。

第三步，我们需要探讨finfet器件的应用前景。

在未来，随着5G、智能化、物联网等领域的不断发展，finfet器件将会得到广泛的应用。

具体来说，finfet器件可以广泛应用于高性能智能手机、计算机、云计算、人工智能等领域，未来的数字世界将离不开这些finfet 器件的支持。

综上所述，“纳米集成电路finfet器件物理与模型pdf”这一问题所涉及的内容非常广泛，需要我们对finfet器件的物理性质、相关模型和应用前景有一定的了解。

理想元件与电路模型分析

理想元件与电路模型分析电的应用十分广泛，实际电路的形式也是多种多样，用途各异，为了方便实际电路的分析研究设计，需要首先建立实际电路的模型。

学习的电路基本理论都是针对理想元件构成了实际电路的电路模型进行。

所以首先要了解什么是理想的元件及其电路模型的建立方法和原则。

然后进一步理解电路的特性。

理想元件电路模型。

在我们的工作，学习和日常生活中，实际电路的应用随处可见，例如我们每天都离不开手的手机（图1）。

它的电路主要是由各种电子元器件和一些集成芯片图1手机电路图2照明电路图3电路模型构成。

还有我们常用的照明电（图2）。

它是由交流电源照明灯开关还有导线所构成。

无论是手机电路还是照明电路，这些实际的电路都是由元器件或设备，为实现某种应用的目的，按照一定的方式连接而成的。

任何一个实际电路在通电后，它的内幕将会呈现各种各样的现象，表现出来的特征也都比较复杂。

电路中最常见的电阻、电容和电感元件（图4）。

它们的电磁关系也并不简单。

先以电阻为例，当电流通过电阻时，它会发热消耗电能。

在物理课中，它只具有单一的电阻特性。

但是实际上，当它通过的电流发生变化的时候，在他周围的电磁场也会发现微弱的变化。

实际特性相当，一个电阻，一个小电感的串联。

电容元件，给电容两端加上电压时候，它除了存储电场能量，也会发生热消耗电能，实际特性相当于一个电容与一个小电阻的串联。

电感元件通过电流时，除了储存磁场能量外，他也会发热消耗电能，实际特性相当，一个电感与一个小电阻串联。

实际电路的构成往往比较复杂。

为了便于对实际电路进行分析和数学描述。

人们常图4常讲实际的元器件理想化，即在一定条件下只考虑其主要呈现的电磁特性，而忽略其次要的特性，把它们近似的看做一个单一的理想元件，或者有若干理想化元件所组成的电路。

例如电阻器，在通常情况下，只可考虑其消耗电能的特性而忽略其存储磁场的性能。

可以把它近似的看成为理想化的电阻元件，并且用精确的数学关系加以定义。

理想的电阻元件可以用R 表示。

第5章集成电路元器件及其SPICE模型ppt课件

任何电容仅在低于f0的频率上才会起电容作用。经验准则是让电容工作在f0/3以下。
金属叉指结构电容
优点：不需要额外的工艺。
特征尺寸急剧降低，金属线条的宽度和厚度之比大大减小，叉指的侧面电容占主导地位。
PN结电容
❖ 利用PN结电容的优点也是不需要额外的工艺，但所实现的电容有一个极性问题。
❖耗尽区
❖反型区
G
Co 沟道 Cdep
Vss
G ++++++
沟道耗尽层 P型衬底
Vss
（a）物理结构
tox d
Cgb Co 积累区
耗尽区
1.0
反型区
（b）电容与Vgs的函数关系 0.2
0
Vgs
三、集成电感
在集成电路开始出现以后很长一段时间内，人们一直认为电感是不能集成在芯片上的。因为那时集成电路工作的最高频率在兆赫量级，芯片上金属线的电感效应非常小。现在的情况就不同了，首先，近二十年来集成电路的速度越来越高，射频集成电路（RFIC）已经有了很大的发展，芯片上金属结构的电感效应变得越来越明显。芯片电感的实现成为可能。
在设计电路的时候需要非常准确地预测出电路的性能。为了做到这一点，需要对电路尽可能地进行精确的性能分析（Analysis）。因为集成电路元器件无法用实物构建，必须首先建立器件模型，然后对用这些元器件模型所设计的集成电路进行以分析计算为基础的电路仿真（Simulation）。
在集成电路的晶体管级仿真方面， SPICE是主要的电路仿真程序，并已成为工业标准。因此，集成电路设计工程师，特别是模拟和数字混合信号集成电路设计工程师必须掌握SPICE的应用。

理想电路元件和电路模型

理想电路元件和电路模型
【理想电路元件】又称集中参数电路元件，只呈现单一电磁现象，不占空间位置，其电压、电流关系可用严格的数学表达描述。

实际电器件工作时，通常存在三种基本的电磁现象，即：消耗电能、建立电场、建立磁场，为了描述这三种基本的电磁现象，引入与之相对应的三个理想化电路元件，简称电路元件，分别为电阻元件、电感元件和电容元件。

【电阻元件】只消耗电能，将电能变成其他形式的能量，且不能逆转为电能。

线性时不变电阻元件的电路符号如下：
【电感元件】只建立磁场，将电能转化为磁场能量并存储在其中，在一定的外部条件下磁场能量可以逆转为电能。

线性时不变电容元件的电路符号如下：
【电容元件】只建立磁场，将电能转化为电场能量并存储在其中，在一定的外部条件下电场能量可以逆转为电能。

线性时不变电感元件的电路符号如下。

【实际电气器件的电路模型】集中参数电路中，实际电器件虽然存在多种电磁现象，但在特定的条件下，某一电磁现
象起主导作用，其他电磁现象可以忽略不计，可用理想电路元件来近似描述实际电器件。

例如：白炽灯可用电阻元件来描述，低频下工作的螺线管线圈用电阻和电感元件串联模型来描述。

【实际电路的电路模型】电路中每一个实际电气器件均用其理想电路元件表示后得到实际电路的电路模型。

【电路理论研究的对象】电路理论研究实际电路的电路模型，分析计算电路模型中各电路元件的电压u、电流i、电功率p等物理量。

第一章+半导体器件与模型 114页PPT文档

空穴很容易俘获电子，使杂质原子成为负离子。三价杂质称为受主杂质
+
+
4
4
+
+
4
3
武汉大学电子信息学院
N型半导体
在本征半导体中掺入五价杂质元素，例如磷，可形成 N型半导体（电子型半导体）。
在N型半导体中自由电子是多子,它主要由杂质原子提供；空穴是少子, 由热激发形成。
提供自由电子的五价杂质原子因自由电子脱离而带正电荷成为正离子，五价杂质原子被称为施主杂质
硅PN结稳定性较锗结好
武汉大学电子信息学院
1.2.4 PN结的电容特性
PN结的总电容： Cj CTCD
1、势垒电容CT：PN结上的反偏电压变化时，空
间电荷区相应变化，结区中的正负离子数量也发生改变，即存在电荷的增减，这相当于电容的充放电， PN结显出电容效应，称为势垒电容。
2、扩散电容CD：正偏时，多数载流子的扩散运动
武汉大学电子信息学院
小结
1. 半导体中两种载流子
带负电的自由电子带正电的空穴
2. 本征半导体中，自由电子和空穴总是成对出现，称为电子 - 空穴对。
3. 本征半导体中自由电子和空穴的浓度用 ni 和 pi 表示，显然 ni = pi 。
4. 由于物质的运动，自由电子和空穴不断的产生又
不断的复合。在一定的温度下，产生与复合运动
1、二极管的结构
触丝线
PN结
引线外壳线基片
P
N
点接触型二极管：PN结面积小，结电容小，A阳极
工作频率高，但不能承受较高反向电压和较
K阴极
大电流。
面接触型二极管：PN结面积大，允许通过较
符号

第七章Pspice与器件模型

第七章 Pspice与器件模型
3. 蒙特卡罗分析和最坏情况分析
蒙特卡罗分析是对电路所选择的分析<直流、交流、瞬态> 进行了多次运行后,进行的统计分析. 第一次运行是用所有元器件的标称值进行运算的. 而以后的运行, 则是根据每个模型语句内对各个元器件模型参数的容差规定, 随机选取在其容差限度内偏离其标称值的不定值进行的运算. 将各次运行结果同第一次运行结果进行比较, 得出由于元器件的容差而引起输出结果偏离的统计情况.
第七章 Pspice与器件模型
Spice在计算中采用了精确半导体器件模型、稀疏矩阵等技术, 在数学和物理上的概念非常清晰并具有很高的精确度, 良好的通用性, 并能模拟不同类型的电路. 但目前Spice还存在以下一些不足:
<1> Spice用网表的文本方式输入电路的描述.要构造一个网表, 设计者首先要数出电路的所有节点, 然后建立文件去描述电路的连接和元件值. 为此, 用户首先要学会使用计算机的操作系统和文件编辑器, 还要掌握各种专用命令.所以开始阶段用户会感到不便.
<4> Every<值>: 产生每轮中的n次运行的输出; <5> Runs<值>: 仅产生所列出的运行次数的输出; <6> <值>在*Value中输入. 设置好后, 单击OK 按钮使该设置生效.
第七章 Pspice与器件模型
4. 瞬态分析
瞬态分析主要分析电路在接通电源后的一个短暂时间内的行为. 在Transient Analysis栏中填入打印步长、终止时间等. Detailed Bias Pt被选择时, 可以打印出偏置工作点的细节; Skip initial transient solution 被选择时, 则在瞬态分析之前不必计算偏置工作点.

集成电路中的器件及模型chap3-1

S (b ) NMOS D G
D PMOS S
S (c)
D
S (d )
D
MOS管阈值电压
Conditions – 阈值电压VT
S + VGS G D
n+
n+
n-channel p-substrate B
Depletion Region
NMOS晶体管VGS为正，显示耗尽区和感应的沟道 EE141
4
13
（二）窄沟效应（1 ）有效沟道宽度： 1. 鸟嘴 2. 场注（2 ）沟宽方向上的边缘场使耗尽电荷增加
14
（三）迁移率变化（1 ）影响迁移率的因素 1. 2. 3. 4. 载流子的类型随掺杂浓度增加而减小随温度增加而减小随沟道纵向、横向电场增加而减小
（2 ）迁移率的纵向电场退化（3 ）迁移率的横向电场退化
VGS - V T
VDS
20
ID与VGS 的关系
21
漏极电流和电压关系
饱和电流和VGS关系，长沟道器件中是平方关系短沟道降低VGS不会像长沟晶体管那样显著
6 5 4 ID (A) 3 2 1 0 0 x 10
-4
VGS= 2.5 V
x 10 2.5
-4
VGS= 2.5 V
2
Resistive Saturation VDS = VGS - VT
1 VDD / 2
VDD / 2
VDD

V 3 VDD 7 dV (1 VDD ) I DSAT (1 V ) 4 I DSAT 9
Mos管等效电阻与电源电压VDD关系
7 x 10
5
6 5
1.电阻反比于器件的 (W/L)。晶体管的宽度加倍则使电阻减半（因 IDSAT与W/L成正比）

集成电路器件及SPICE模型

修正模型参数
根据对比结果，对SPICE模型的参数进行修正，减小误差。
验证模型准确性
通过多次修正和验证，确保SPICE模型能够准确模拟集成电路的性能。
04
CATALOGUE
SPICE模型在集成电路设计中的应用
基于SPICE模型的电路仿真
模拟电路行为
SPICE模型能够描述电路中各个元件的电气特性，通过仿真可以预测电路在不同条件下的工作状态和性能。
基于SPICE模型的集成电路可靠性分析
预测可靠性
基于SPICE模型的可靠性分析可以预测集成电路在不同环境和工作条件下的性能退化和失效情况。
可靠性设计和优化
根据可靠性分析结果，设计师可以对集成电路进行针对性的可靠性设计和优化，提高产品的可靠性和寿命。
失效分析
在集成电路失效分析中，SPICE模型可以辅助定位失效部位和原因，为失效机理研究和改进设计提供依据。
根据集成电路的实际参数，如电阻阻值、电容容量、电感感量、二极管和晶体管的电气特性等，设定SPICE模型的参数值。
建立电路图
使用SPICE电路图编辑器，根据集成电路的电路图，绘制对应的SPICE电路图。
集成电路器件的SPICE模型参数提取
01
测量电路性能
通过实际测量集成电路的输入输出电压、电流等性能指标，验证 SPICE模型的准确性。
05
CATALOGUE
SPICE模型在集成电路制造中的应用
基于SPICE模型的制造工艺仿真
模拟电路行为
优化设计参数
在设计阶段，SPICE模型可用于优化电路元件的参数，提高电路性能和稳定性。
通过SPICE模型，可以模拟集成电路在不同工作条件下的行为，预测其性能和功能。

集成电路器件模型课件

通过器件模型可以对集成电路进行可靠性分析，预测其在不同环境和工作条件下的稳定性。
器件模型的参数与特性
参数
器件模型的参数反映了器件的电气特性，如电流、电压、电容、电阻等。
特性
器件模型的特性包括静态特性和动态特性，静态特性指器件在工作点附近的电气特性，动态特性指器件在输入信号变化时的响应特性。
版图验证
生成的版图需要进行验证，以确保其与器件模型的一致性和正确性。这一过程通常需要使用仿真软件进行模拟和分析。
优化设计
在版图设计过程中，可以利用器件模型进行优化设计。例如，可以优化版图的布局、布线和参数，以提高电路的性能和可靠性。
05
集成电路器件模型的发展趋
势与挑战
新型器件材料的模型研究
高性能计算在器件模型中的应用
数值模拟
高性能计算为集成电路器件模型的数值模拟提供了强大的计算能力。通过数值模拟，可以更精确地预测器件性能，优化设计参数，缩短研发周期。
VS
并行计算
为了提高计算效率和精度，并行计算在高性能计算中扮演着重要角色。通过并行计算，可以实现大规模集成电路器件模型的快速求解，提高计算结果的可靠性。
集成电路器件模型课件
• 集成电路器件模型概述 • 常用集成电路器件模型 • 集成电路器件模型的建立与验证 • 集成电路器件模型的仿真与应用
目录
• 集成电路器件模型的发展趋势与挑战
• 集成电路器件模型案例分析
目录
01
集成电路器件模型概述
定义与分类
定义
集成电路器件模型是描述集成电路中各种器件电气特性的数学模型，用于模拟和预测器件在实际工作条件下的行为和性能。
分类
根据器件类型和应用领域，集成电路器件模型可分为二极管模型、晶体管模型、电阻器模型、电容器模型等。

第七章集成电路器件及SPICE模型

MOS结构电容
a a + + + + + + + + + 1.0 Co 沟道 Cdep 沟道耗尽层 p型衬底 Vss Vss （a）（b） Vgs d tox Cgb Co 0.2 积累区耗尽区反型区
MOS电容 (a)物理结构 (b)电容与Vgs的函数关系
MOS结构电容
Cox Cox Í µ µ Æ

l ' / 4
集总元件

由于尺寸的小型化，几乎所有集成电路的有源元件都可认为是集总元件。前面讨论的无源元件也可作为集总元件来处理；随着工作频率的增加，使得一些诸如互连线的IC元件的尺寸可以与传输信号的波长相比；这时，集总元件模型就不能有效地描述那些大尺寸元件的性能，应该定义为分布元件。

2

MIM电容
电容模型等效电路：
固有的自频率：
f0
1 2 LC
金属叉指结构电容
MOS结构电容
平板电容和PN结电容都不相同，MOS核心部分，即金属-氧化物-半导体层结构的电容具有独特的性质。
它的电容-电压特性取决于半导体表面的状态。
随着栅极电压的变化，表面可处于：积累区耗尽区反型区
有源电阻
I D + V S I IDS I O G S + V D (b) VGS V VTP
G
O
I IDS
VTN V (a)
VGS
MOS有源电阻及其I-V曲线
2t ox L V V 直流电阻： Ron︱VGS=V ＝ I n ox W (V VTN ) 2
交流电阻：

PMOSFET器件NBTI效应的机制与模型研究

PMOSFET器件NBTI效应的机制与模型研究PMOSFET器件NBTI效应的机制与模型研究摘要：在现代微电子器件中，MOSFET是最为常见和重要的一类器件之一。

然而，随着不断推进器件尺寸和性能的发展，器件可靠性问题逐渐浮现。

其中一个重要的器件可靠性问题是PMOSFET器件的负压热辞退效应(Negative Bias Temperature Instability, NBTI)。

本文将从机制和模型两个角度对PMOSFET器件的NBTI效应进行研究。

一、NBTI效应的机制NBTI效应是指PMOSFET器件在长时间的负偏压和高温环境下，导致漏电流增加和门电压阈值的变化的现象。

这种效应主要是由硅基材料中氮杂质的迁移和捕捉引起的。

在负偏压作用下，氮杂质会迁移到硅基体表面，并捕获硅中的碳和硼等元素，形成缺陷态。

这些缺陷态会导致硅基体的能隙变窄，从而影响门电压阈值的位置。

二、NBTI效应的模型为了更好地理解和预测NBTI效应，研究人员开发了多种模型。

其中最为常用的是Meyer-Neldel (MN)补偿结构模型和Granier模型。

1. MN补偿结构模型MN模型基于二级动力学理论，认为负偏压作用下的NBTI效应可以通过引入MN能隙的变化来描述。

MN能隙是一种与硅基体杂质数目相关的能隙模型。

该模型通过测量不同硅基体杂质数目和相关补偿结构的杂质浓度，从而得到一个MN因子，用于描述硅基体杂质对NBTI效应的影响。

然而，MN模型的精确性受到材料和结构差异的限制。

2. Granier模型Granier模型采用了基于杂质带边缘动力学模型的一维扩散方程组。

该模型考虑了NBTI效应中氮和碳杂质的迁移和捕获，以及硅基体中载流子的漂移和复合效应。

Granier模型可以更准确地预测不同温度、电压和时间条件下的NBTI效应。

三、研究进展和应用随着对NBTI效应的机制和模型的深入研究，人们不断改进和优化PMOSFET器件的设计和制造过程，以提高器件的可靠性和寿命。

集成电路器件及SPICE模型通用课件

晶体管SPICE模型包括基极、集电极和发射极的电流电压关系，以及不同工作区的特性，用于模拟晶体管在电路中的行为。
场效应管的SPICE模型
场效应管SPICE模型是模拟场效应管特性的数学模型。
场效应管SPICE模型包括沟道电流、阈值电压等参数，用于模拟场效应管在电路中的行为。
集成电路器件SPICE模型的参数提取与优化
异构集成与三维集成中的SPICE模型挑战
随着集成电路技术的发展，异构集成和三维集成已经成为趋势。在异构集成和三维集成中，不同材料和器件之间的相互作用和耦合效应更加复杂，因此需要更加精细的SPICE模型来模拟。
现有的SPICE模型主要是针对单一器件或单一材料的仿真而设计的，因此在异构集成和三维集成中需要进行改进和扩展。这需要研究新的建模方法和参数提取技术，以适应不同材料和器件之间的耦合效应。
电阻器
电阻器是限流元件，用于调节电路中的电流和电压，分为线绕、薄膜和厚膜电阻器等类型。
电容器
电容器是储能元件，用于隔直、滤波和旁路等作用，分为陶瓷、
薄膜和电解电容器等类型。
集成电路器件的工作原理
双极型晶体管工作原理
双极型晶体管利用载流子的扩散与漂移运动控制电流，具有电流放大作用。
二极管工作原理
优化设计
基于SPICE模型的仿真结果，可以对电路设计进行优化，改进电路的性能指标，降低功耗和提高稳定性。
元件匹配与版图布局
元件匹配
SPICE模型可以模拟元件之间的匹配情况，帮助设计者找到元件的最佳配置，以确保电路性能的稳定。
版图布局
利用SPICE模型进行版图布局的模拟，可以预测元件之间的耦合效应和信号干扰，从而优化版图设计。
VS
效率