МОП-транзистор n-типа (SPICE-модель)#

block — Внешний вид блока в REPEAT VISION#

Блок МОП-транзистор n-типа (SPICE-модель) представляет собой SPICE-модель МОП-транзистора с электронной проводимостью (n-типа), которая реализует один вариант модели (уровень 1). Блок реализует следующую схему замещения :

Тепловое напряжение рассчитывается по формуле (1) :

(1)#\[VT = \frac{k \cdot T}{q}\]

где:

\(k\) – постоянная Больцмана, \(k=1.38 \cdot 10^{-23}\) [Дж/К];

\(T\) - температура диода, [К];

\(q\) – элементарный электрический заряд электрона, \(q=1.602 \cdot 10^{-19}\) [Кл].

Ниже приведены уравнения модели МОП-транзистора первого уровня прямой полярности напряжения сток-исток.

При расчете емкостей затвора используются уравнения (2):

(2)#\[\begin{split}Leff=L-2 \cdot DL\\COX=\frac{3.45 \cdot 10^{-14}}{TOX}\\Cox=COX \cdot W \cdot Leff \\ Ldiff=AD/W\\ PS=2 \cdot (W + Ldiff)\\PD=PS\\V_{th}=VTO+GAMMA \cdot (\sqrt{PHI-V_{BS}}-\sqrt{PHI})\end{split}\]

Емкости затвора рассчитываются по формулам:

область накопления (\(V_{gs}\) < \(V_{th}\) – \(PHI\)) (3):

(3)#\[\begin{split}C_{gb}=Cox+CGBO \cdot Leff\\C_{gs}=CGSO \cdot W\\C_{gd}=CGDO \cdot W\end{split}\]

область обеднения (\(V_{on}\) – \(PHI\) < \(V_{gs}\) < \(V_{th}\)) (4):

(4)#\[\begin{split}C_{gb}=\frac{Cox \cdot (V_{th}-V_{gs})}{PHI}+CGBO \cdot Leff\\C_{gs}=\frac{2}{3} \cdot Cox \cdot (\frac{V_{th}-V_{gs}}{PHI}+1)+CGSO \cdot W\\C_{gd}=CGDO \cdot W\end{split}\]

область насыщения (\(V_{th}\) < \(V_{gs}\) < \(V_{th}\)+\(V_{ds}\)) (5):

(5)#\[\begin{split}C_{gb}=CGBO \cdot Leff\\C_{gs}=\frac{2}{3}\cdot Cox + CGSO \cdot W\\ C_{gd}=CGDO \cdot W\end{split}\]

линейная область (\(V_{gs}\) > \(V_{th}\)+\(V_{ds}\)) (6):

(6)#\[\begin{split}C_{gb}=CGBO \cdot Leff\\C_{gs}=Cox \cdot (1- \frac{V_{gs}-V_{ds}-V_{th}}{(2\cdot(V_{gs}-V_{th})-V_{ds})^2})+CGDO \cdot W\\C_{gd}=Cox \cdot (1- \frac{V_{gs}-V_{th}}{(2\cdot(V_{gs}-V_{th})-V_{ds})^2})+CGDO \cdot W\end{split}\]

При расчете переходных областей используются уравнения (7):

(7)#\[\begin{split}G_{BS}=\frac{dI_{BS}}{dV_{BS}}\\G_{BD}=\frac{dI_{BD}}{dV_{BD}}\\F_{1.VBS} =\begin{cases}\frac{1}{(1-\frac{V_{BS}}{PB})^{MJ}} , & \ V_{BS} \leq FC \cdot PB\\\frac{1-FC \cdot (1 + MJ) + MJ \cdot (\frac{V_{BS}}{PB})}{(1 - FC)^{1+MJ}}, & \ V_{BS}> FC \cdot PB \end{cases}\\F_{2.VBS} =\begin{cases}\frac{1}{(1-\frac{V_{BS}}{PBSW})^{MJSW}} , & \ V_{BS} \leq FC \cdot PBSW\\\frac{1-FC \cdot (1 + MJSW) + MJSW \cdot (\frac{V_{BS}}{PBSW})}{(1 - FC)^{1+MJSW}}, & \ V_{BS}> FC \cdot PBSW \end{cases}\\F_{1.VBD} =\begin{cases}\frac{1}{(1-\frac{V_{BD}}{PB})^{MJ}} , & \ V_{BD} \leq FC \cdot PB\\\frac{1-FC \cdot (1 + MJ) + MJ \cdot (\frac{V_{BD}}{PB})}{(1 - FC)^{1+MJ}}, & \ V_{BD}> FC \cdot PB \end{cases}\\F_{2.VBD} =\begin{cases}\frac{1}{(1-\frac{V_{BD}}{PBSW})^{MJSW}} , & \ V_{BD} \leq FC \cdot PBSW\\\frac{1-FC \cdot (1 + MJSW) + MJSW \cdot (\frac{V_{BD}}{PBSW})}{(1 - FC)^{1+MJSW}}, & \ V_{BD}> FC \cdot PBSW \end{cases}\end{split}\]

Переходные емкости рассчитываются по формулам:

при \(CBS\)=0 и \(CBD\)=0 (8):

(8)#\[\begin{split}C_{bs}=CJ \cdot AS \cdot F_{1.VBS} + CJSW \cdot PS \cdot F_{2.VBS} + TT \cdot G_{BS} \\ C_{bd}=CJ \cdot AS \cdot F_{1.VBD} + CJSW \cdot PD \cdot F_{2.VBD} +TT \cdot G_{BD}\end{split}\]

при \(CBS\)>0 и \(CBD\)>0 (9):

(9)#\[\begin{split}C_{bs}=CBS \cdot F_{1.VBS} + CJSW \cdot PS \cdot F_{2.VBS} + TT \cdot G_{BS} \\ C_{bd}=CBD \cdot F_{1.VBD} + CJSW \cdot PD \cdot F_{2.VBD} +TT \cdot G_{BD}\end{split}\]

При расчете основного тока транзистора используется уравнение (10):

(10)#\[K=\frac{KP \cdot W}{L - 2 \cdot LD}\]

Основной ток транзистора рассчитывается по формулам:

область отсечки (11):

(11)#\[I_d=0\]

линейная область (12):

(12)#\[I_d=K \cdot (V_{gs} - V_{th} - \frac{V_{ds}}{2}) \cdot V_{ds} \cdot (1 + LAMBDA \cdot V_{ds})\]

область насыщения (13):

(13)#\[I_d=0.5 \cdot K \cdot (V_{gs} - V_{th})^2 \cdot (1 + LAMBDA \cdot V_{ds})\]

1. Свойства#

Свойство	Значение по умолчанию	Описание	Единицы измерения
L – длина канала	1E-4	–	м
W – ширина канала	1E-4	–	м
AD – площадь стока	0.0	–	м\(^2\)
AS – площадь истока	0.0	–	м\(^2\)
RDS – паразитное параллельное сопротивление сток-исток	1E6	–	Ом
RD – омическое сопротивление стока	0.0	–	Ом
RS – омическое сопротивление истока	0.0	–	Ом
RG – омическое сопротивление затвора	0.0	–	Ом
RB – омическое сопротивление подложки	0.0	–	Ом
CGDO – емкость перекрытия затвор-сток	0.0	–	Ф/м
CGSO – емкость перекрытия затвор-исток	0.0	–	Ф/м
CGBO – емкость перекрытия затвор-подложка	0.0	–	Ф/м
CBD – емкость p-n-перехода подложка-сток при нулевом смещением	0.0	–	Ф
CBS – емкость p-n-перехода подложка-исток при нулевом смещением	0.0	–	Ф
CJ – удельная емкость перехода сток-исток при нулевом смещении точечный	0.0	–	Ф/м\(^2\)
CJSW – удельная емкость боковой поверхности перехода сток (исток)-подложка при нулевом смещении	0.0	–	Ф/м
MJ – коэффициент, учитывающий плавность перехода сток(исток)-подложка	0.5	–	–
MJSW – коэффициент, учитывающий плавность боковой поверхности перехода сток(исток)-подложка	0.33	–	–
TT – время переноса заряда	0.0	–	с
IS – ток насыщения	1E-14	–	–
PB – напряжение инверсии приповерхностного слоя подложки	0.8	–	В
PBSW – напряжение инверсии бокового слоя подложки	0.8	–	В
FC – коэффициент нелинейности барьерной емкости прямосмещенного перехода	0.5	–	–
LD – длина области боковой диффузии	0.0	–	м
KP – удельная крутизна	2E-5	–	A/B\(^2\)
VTO – пороговое напряжение затвора при нулевом смещении	0.0	–	В
GAMMA – коэффициент телесного эффекта	0.0	–	В\(^{0.5}\)
PHI – потенциал поверхностии	0.6	–	В
LAMBDA – коэффициент модуляции длины канала	0.0	–	В\(^-1\)
TOX – толщина оксида затвора	1E-7	–	м
T – температура транзистора	300	–	К

2. Входы и выходы#

Параметры	Вход/Выход	Описание	Единицы измерения	Тип порта
Сток	Вход	-	-	Электроника
Затвор	Вход	-	-	Электроника
Исток	Выход	-	-	Электроника
Подложка	Выход	-	-	Электроника

Для того, чтобы посмотреть возможности подключения блока необходимо перейти на страницу Описание портов блоков