R11p R22p
C22p C11p
R11f L11f L22f R22f
L12f R12f
C12p R12p
48
RF CMOS モデリング
49
BSIM3 / 4
によるマルチフィンガーMOSFET
のモデリング• RF
モデリングで重要なポイント–
直流特性での着目点–
ゲート抵抗– NQS (Non-Quasi-Static)
効果– Extrinsic
容量–
基板ネットワーク–
寄生インダクタンス– RFノイズ
• RF
アプリケーションでのデバイスモデリングフロー• S
パラメータによる効果的な解析•
マルチフィンガーMOSFET
のスケーラブルモデル• BSIM4
の主な新機能（BSIM3
からの改良内容）–
マルチフィンガー構造に対応–
改良型NQS(Non Quasi Static)モデル– IIR(Intrinsic Input Resistance)モデル
–
基板抵抗ネットワークモデル50
直流特性での着目点
コンダクタンス特性
•
伝達コンダクタンス（g m
）と出力コンダクタンス（
g ds
）を正確にモデリング• AC
のS
パラメータ特性を無理に測定データと 合わせようとすると，直流特性がずれてしま う？？？？？51
直流特性での着目点
ドレイン電流の高次微分特性
BSIM4
short
vg [E+0]
id.s [E-3]
0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0
0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 1.2
short
vg [E+0]
gm.s [E-3]
0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0
0.0 0.5 1.0 1.5 2.0
short
vg [E+0]
gm2.s [E-3]
0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0
-5 0 5 10 15
short
vg [E+0]
gm3.s [E-3]
0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0
-150 -100 -50 -0 50 100
short
vg [E+0]
gm4.s [E+0]
0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0
-2.0 -1.5 -1.0 -0.5 0.0 0.5 1.0
１次 ０次
２次
４次
３次
RF
少なくとも３次までアナログでは，連続が望ましい
52
直流特性での着目点
ドレイン電流の高次微分特性
BSIM6
vg [E+0]
id.s [E-6]
0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 0
50 100 150 200 250
vg [E+0]
gm.s [E-6]
0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 0
100 200 300 400
vg [E+0]
gm2.s [E-3]
0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 -0.5
0.0 0.5 1.0 1.5 2.0
vg [E+0]
gm3.s [E-3]
0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 -15
-10 -5 0 5 10 15
vg [E+0]
gm4.s [E-3]
0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 -300
-200 -100 -0 100 200
RF
アナログでは，少なくとも３次まで 連続が望ましい
０次 １次 ２次
３次 ４次
53
ゲート抵抗
L
W
f シングルフィンガー マルチフィンガーcont cont sh
f f
N R R
N L
RG W +
= ⋅
N
f:
フィンガー数R
sh:
シート抵抗R
cont:
コンタクト抵抗N
cont:
コンタクト数54
NQS(Non-Quasi-Static)
効果Elmore NQS
モデルQS
モデルQS(Quasi-Static)
モデルはトランジットタイム(τ)
を表現していない55
Extrinsic
容量フリンジング容量 オーバーラップ容量
(CGSO, CGDO)
オーバーラップ容量 接合容量
(CGBO)
Masanori Shimasue, Yasuo Kawahara, Takeshi Sano, and Hitoshi Aoki,
"An Accurate Measurement and Extraction Method of Gate to Substrate Overlap Capacitance,"
Proc. IEEE 2004 Int. Conference on Microelectronic Test Structures, pp. 293-296, March 2004.
56
基板ネットワーク
(a) (b) (c)
57
寄生インダクタンス
58
S D
G
Sub
ポート
1
ポート2
ゲート基準面
ゲートリング
シールドグランド シールドグランド
M1 M1
M2
ドレイン基準面寄生インダクタンス
RF
ノイズモデルCorrelation
Channel Noise Induced Gate Noise
59
RF
ノイズ特性Induced Gate Noise
特性Channel Noise
特性Noise Correlation
特性60
RFアプリケーションでのデバイスモデリングフロー
61
モデリング用 TEG設計
モデリング用 TEG測定、評価
DC, CV測定 モデリング
Sパラメータ測定 De-embedding
小信号 ACモデリング
大信号 測定、評価
NG
DC, CV, AC モデリング OK
終了
S
パラメータによる効果的な解析デバイス測定 De-embedding用
TEG測定
De-embedding 処理
デバイスのみの Sパラメータ
マトリクス 変換
•トランジスタ動作時の高周波容量
•順方向拡散容量
•トランジットタイム
•相互コンダクタンス
•入力インピーダンス
•出力インピーダンス
•寄生抵抗
•基板抵抗
•自己発熱効果など
62
( )
(
eff)
WRS bseff
S gsteff
DS