金氧半場效電晶體參數之提取與分析

Abstract

本文對於金氧半場效電晶體的各種提取方法及其法則，互補式金氧半場效電晶體巨型 時序模型參數的提取，與製程變動導致元件參數的變化，以及元件特性和電路性能間 的關係加以研究。 首先，為了滿足積體電路的需求，對於SPICE 金氧半場效電晶體模型的參數提取方法 加以研究和改進。此外，一種能直接從測量資料中決定一個微型金氧半場效電晶體飽 和電壓的中新方法被提出並加以研究。因為此種方法所根據的是一般性的元件理論， 實際上它和任何元件模型無關，而能運用在；所有金氧半場效電晶體上。再加上此法 不需用到任何元件參數，也不需經反覆運算而得。因此，此法可廣汎用於金氧半場效 電晶體元件參數的提取及模型的建立。 為了減少模擬大型數位積體電路的困難，而發展出一種新型互補式金氧半反相器的通 用時序模型。為了提取巨型時序模型的參數，根據；所發展的時序模型以及所測量的 時序參數，一種通用型實驗參數提取法被提出而予以研究。由所提取的參數，可增進 及驗證所發展巨型時序模型的準確性。此種準確性的改進和實驗上的驗證，有助於發 展超大型數位積體電路的巨型時序模型 在此提出一個新的法則並加以研究以增進互補式金氧半電晶體參數提取的效率及準確 性。決定最佳化參數的基本途徑在於僅準確的符合在有興趣時段中一個互補式金氧半 邏輯閘中元件實際的電流。這些電流部份顯示在傳統元件電流一電壓圖上，其他部份 顯示在另兩個新圖上。同時，有用的策略被發展來符合電流的軌跡。運用所提出的方 法，一個最佳化程式被發展用以提取參數。在時序模擬中，由這些提取參數可得到較 準確的模擬結果。同時，參數的提取也變得較為容易而不至增加最佳化程式過多的負 擔。這些特色顯示所提出的方法相當有助於超大型數位積體電路中微型元件參數之提 取。 最後，統計方法被用來分析所提取的SPICE 金氧半場效電晶體參數的變化。那些參數 間的關連係數被計算以找出參數之間的變化關係。此外，６１級環形振盪器輸出波形 的週期也加入其中分析，以研究元件參數和電路特性的關連，並決定製程中最佳及最 差參數。因子分析法被用來減少資料的數量，以及找出幾個獨立的參數據以代表大多 數參數的變化。結果發現PMOSLD和VTO， 及NMOSTOX和CJ 四個參數和大多數的模型參 數的模型參數有極大的關連性，可用作獨立參數據以推導出其他參數的變化。並且可 藉著統計的結果，對於元件的特性及電路的性能加以改進。