金氧半電晶體閘極電容的測量以及模式的建立

Abstract

在電路模擬的程式中，金氧半電晶體電容的模式扮演著很重要的角色，而由於當元件 縮小化時，電容值也隨之變小，使得其電容值難以加以測量，本論文介紹一片晶片上 直接測量法測量金氧半電晶體閘極電容，從實驗結果中可看出這是一個用來了解電容 對電壓特性非常有效的方法，此方法可以測量到１０fF大小的電容值。實驗中利用到 一台Keithley５９０電容--電壓計以及兩台直流電壓源供應器，探針及接線採用同軸 電纜線以減少雜訊的干擾，同時在實驗測量中不要再碰觸接線，以確保實驗的準確性 。 在SPICE 原有的Meyer 所提出的電容對電壓模式中，存有電荷不守□的問題，這在模 擬與電荷較敏感的電路如動態隨機讀取記憶體（DRAM）時，會造成很大的誤差，另外 在做交流小訊號以及暫態分析時，電容對電壓模式會影響到整個模擬結果，所以必須 更準確的建立一電容對電壓模式。在本論文中提出一個以電荷為基礎可解析電容對電 壓特性的模式，同時包括了一些在元件縮小化時必然會碰到的一些短通道效應（ short channel effect），如飽和速度效應（velocity saturation effect），移動 率衰減效應（mobility degradation effect） 及串聯電阻效應（series resistance ） 等，使得此模式在短通道（short channel） 時也可適用。 此電容對電壓模式具先利用積分法求出各個端點的總電荷，再利用電容與電荷的關係 式求出在各偏壓的情況下之電容值，在理論推導的過程中，利用金氧半電晶體元件物 理的特性，將元件的操作分為三個區域，這樣可以簡化此模式，如此可以很快的就計 算出在各偏壓情況下的電容值，使得此模式可適用於電腦輔助設計（CAD） 程式之中 。