用于集成电路仿真和设计的FinFET建模：基于BSIM-CMG标准

　　随着集成电路工艺特征尺寸进入28nm以下节点，传统的平面MOSFET结构已不再适用，新型的三维晶体管（FinFET）结构逐渐成为摩尔定律得以延续的重要保证。本书从三维结构的原理、物理效应入手，详细讨论了FinFET紧凑模型（BSIM-CMG）产生的背景、原理、参数以及实现方法；同时讨论了在模拟和射频集成电路设计中所采用的仿真模型。本书避开了繁杂的公式推导，而进行了更为直接的机理分析，力求使得读者从工艺、器件层面理解BSIM-CMG的特点和使用方法。 本书可以作为微电子学与固体电子学、电子信息工程等专业高年级本科生、研究生的专业教材和教师参考用书，也可以作为工程师进行集成电路仿真的FinFET模型手册。

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译者序
原书前言
第1章FinFET——从器件概念到
标准的紧凑模型1
1121世纪MOSFET短沟道效应产生
的原因1
12薄体MOSFET理论3
13FinFET和一条新的MOSFET缩放
路径3
14超薄体场效应晶体管4
15FinFET紧凑模型——FinFET工艺
与集成电路设计的桥梁5
16第一个标准紧凑模型BSIM
简史6
17核心模型和实际器件模型7
18符合工业界标准的FinFET
紧凑模型9
参考文献10
第2章基于模拟和射频应用的
紧凑模型11
21概述11
22重要的紧凑模型指标12
23模拟电路指标12
231静态工作点12
232几何尺寸缩放16
233变量模型17
234本征电压增益19
235速度：单位增益频率24
236噪声27
237线性度和对称性28
238对称性35
24射频电路指标36
241二端口参数36
242速度需求38
243非准静态模型46
244噪声47
245线性度53
25总结57
参考文献57
第3章FinFET核心模型59
31双栅FinFET的核心模型60
32统一的FinFET紧凑模型67
第3章附录详细的表面电动势
模型72
3A1连续启动函数73
3A2四次修正迭代：实现和
评估75
参考文献80
第4章沟道电流和实际器件
效应83
41概述83
42阈值电压滚降83
43亚阈值斜率退化89
44量子力学中的Vth校正90
45垂直场迁移率退化91
46漏极饱和电压Vdsat92
461非本征示例（RDSMOD=
1和2）92
462本征示例（RDSMOD=0）94
47速度饱和模型97
48量子效应98
481有效宽度模型99
482有效氧化层厚度/有效
电容101
483电荷质心累积计算101
49横向非均匀掺杂模型102
410体FinFET的体效应模型
（BULKMOD=1）102
411输出电阻模型102
4111沟道长度调制103
4112漏致势垒降低105
412沟道电流106
参考文献106
第5章泄漏电流108
51弱反型电流109
52栅致源极泄漏及栅致漏极
泄漏110
521BSIM-CMG中的栅致漏极泄
漏/栅致源极泄漏公式112
53栅极氧化层隧穿113
531BSIM-CMG中的栅极氧
化层隧穿公式113
532在耗尽区和反型区中的
栅极-体隧穿电流114
533积累中的栅极-体隧
穿电流115
534反型中的栅极-沟道隧
穿电流117
535栅极-源/漏极隧穿电流118
54碰撞电离119
参考文献120
第6章电荷、电容和非准静态
效应121
61终 端 电荷121
611栅极电荷121
612漏极电荷123
613源极电荷124
62跨容124
63非准静态效应模型126
631弛豫时间近似模型126
632沟道诱导栅极电阻
模型128
633电荷分段模型128
参考文献132
第7章寄生电阻和电容133
71FinFET器件结构和符号
定义134
72FinFET中与几何尺寸有关
的源/漏极电阻建模137
721接触电阻137
722扩散电阻139
723扩展电阻142
73寄生电阻模型验证143
731TCAD仿真设置144
732器件优化145
733源/漏极电阻提取146
734讨论150
74寄生电阻模型的应用考虑151
741物理参数152
742电阻分量152
75栅极电阻模型153
76FinFET 寄生电容模型153
761寄生电容分量之间的
联系153
762二维边缘电容的推导154
77三维结构中FinFET边缘电容
建模：CGEOMOD=2160
78寄生电容模型验证161
79总结165
参考文献166
第8章噪声168
81概述168
82热噪声168
83闪 烁 噪 声170
84其他噪声分量173
85总结174
参考文献174
第9章结二极管I-V和C-V
模型175
91结二极管电流模型176
911反偏附加泄漏模型179
92结二极管电荷/电容模型181
921反偏模型182
922正偏模型183
参考文献186
第10章紧凑模型的基准
测试187
101渐近正确性原理187
102基准测试188
1021弱反型区和强反型区的物理
行为验证188
1022对称性测试191
1023紧凑模型中电容的互易性
测试194
1024自热效应模型测试194
1025热噪声模型测试196
参考文献196
第11章BSIM-CMG模型参数
提取197
111参数提取背景197
112BSIM-CMG模型参数提取
策略198
113总结206
参考文献206
第12章温度特性208
121半导体特性208
1211带隙问题特性208
1212NC、Vbi和ΦB的温度
特性209
1213本征载流子浓度的温度
特性209
122阈值电压的温度特性209
1221漏致势垒降低的温度
特性210
1222体效应的温度特性210
1223亚阈值摆幅210
123迁移率的温度特性210
124速度饱和的温度特性211
1241非饱和效应的温度
特性211
125泄漏电流的温度特性212
1251栅极电流212
1252栅致漏/源极泄漏212
1253碰撞电离212
126寄生源/漏极电阻的温度
特性212
127源/漏极二极管的温度特性213
1271直接电流模型213
1272电容215
1273陷阱辅助隧穿电流215
128自热效应217
129验证范围218
1210测量数据的模型验证218
参考文献220
附录221
附录A参数列表221
A1模型控制器221
A2器件参数222
A3工艺参数223
A4基本模型参数224
A5几何相关寄生参数235
A6温度相关性和自热参数236
A7变量模型参数238