RF CMOS設(shè)計(jì)中的PSP模型解析

賓夕法尼亞州飛利浦（PSP）晶體管模型被公認(rèn)為是RFIC設(shè)計(jì)的傳統(tǒng)BSIM模型的絕佳替代品，因此RF設(shè)計(jì)人員需要意識(shí)到PSP模型與實(shí)際器件性能之間的關(guān)系。PSP模型確實(shí)需要模型開(kāi)發(fā)人員進(jìn)行一些判斷。同樣重要的是要了解在RF工藝設(shè)計(jì)套件（PDK）中使用這些模型的方式。將簡(jiǎn)單的PSP模型包含在PDK中并不能保證設(shè)計(jì)人員獲得改進(jìn)的建模技術(shù)所帶來(lái)的所有仿真精度和效率方面的優(yōu)勢(shì)。

PSP模型與BSIM

PSP模型屬于為解決RF設(shè)計(jì)挑戰(zhàn)而開(kāi)發(fā)的新型晶體管模型。具體來(lái)說(shuō)，RF晶體管必須在廣泛的偏置條件下工作-從功率放大器飽和區(qū)域中的大信號(hào)到無(wú)源混頻器亞閾值區(qū)域中的弱信號(hào)。此外，RF晶體管模型必須正確表示信號(hào)特性，例如諧波和線性。

如本文所示，PSP模型通過(guò)計(jì)算晶體管的硅/二氧化硅界面的柵極區(qū)域中的表面電勢(shì)來(lái)滿足這些要求。盡管表面電勢(shì)技術(shù)自1960年代就已為人所知，但最近才通過(guò)Phillips MOS Model 11和賓夕法尼亞州立大學(xué)的SP模型實(shí)現(xiàn)了將必要的方程式綜合起來(lái)并將其實(shí)現(xiàn)為緊湊模型的方法。

PSP模型理論概述

與其他建模方法相比，PSP模型所基于的表面電勢(shì)方法使用的分析更加緊密地描述了晶體管的器件物理特性。因此，這些模型可以準(zhǔn)確預(yù)測(cè)齲齒的物理現(xiàn)象，包括庫(kù)侖散射，量子力學(xué)效應(yīng)，噪聲源，逆行通道輪廓和陰影溝槽隔離（STI）引起的應(yīng)力。

要了解表面電勢(shì)方法是如何工作的，請(qǐng)考慮使晶體管的柵電極與覆蓋器件硅表面的二氧化硅區(qū)域接觸（圖1）。改變晶體管柵極的偏置電壓會(huì)影響硅表面的電勢(shì)?？梢詫⑦@種表面電勢(shì)關(guān)系公式化為一個(gè)方程，該方程涉及各種工藝參數(shù)，包括器件主體因子和散裝載流子濃度。該方程式是泊松方程式的一種形式，被稱為表面勢(shì)方程式（SPE）。

電壓方程式中表面電位的定義

當(dāng)包含在完善的PDK中時(shí)，PSP模型可作為RF設(shè)計(jì)人員的絕佳工具。該模型的表面電勢(shì)基礎(chǔ)使其能夠預(yù)測(cè)BSIM模型無(wú)法提供的性能。因此，當(dāng)今的RF設(shè)計(jì)人員可以使用完整的PDK將PSP模型添加到BSIM模型，其他模型和經(jīng)過(guò)驗(yàn)證的數(shù)據(jù)文件的現(xiàn)有軟件包中。這個(gè)完整的PDK與RF設(shè)計(jì)流程緊密集成，使RF設(shè)計(jì)人員可以專注于電路設(shè)計(jì)問(wèn)題，而不是工具的準(zhǔn)確性和使用情況。

此外，用于深亞微米技術(shù)的良好RF PDK應(yīng)該提供有效的統(tǒng)計(jì)和電感工具。這些工具既節(jié)省了時(shí)間，又使設(shè)計(jì)人員有信心從硅技術(shù)中獲得最佳性能和效率。借助先進(jìn)的模型和工具，設(shè)計(jì)人員可以滿足功耗和噪聲方面的嚴(yán)格限制，同時(shí)最大程度地縮短產(chǎn)品上市時(shí)間并改善設(shè)備的可制造性。

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