Compact Modeling: Principles, Techniques and Applications

مدل های فشرده عناصر مدار مدل هایی هستند که به اندازه کافی ساده هستند تا در شبیه سازهای مدار گنجانده شوند و به اندازه کافی دقیق هستند تا نتیجه شبیه سازها برای طراحان مدار مفید باشد. اهداف متناقض سادگی و دقت مدل، زمینه مدل سازی فشرده را به یک منطقه تحقیقاتی هیجان انگیز و چالش برانگیز برای فیزیکدانان دستگاه، مهندسان مدل سازی و طراحان مدار تبدیل می کند.

مدل های ترانزیستورهای MOS دستخوش انقلابی شدند. در چند سال گذشته تغییر کرده و اکنون بر اساس اصول جدیدی استوار شده است. مدل های اخیر دیودها، عناصر غیرفعال، منابع نویز و ترانزیستورهای دوقطبی در امتداد خطوط سنتی تر توسعه یافته اند. به دنبال این توسعه تکاملی، آنها بسیار پیچیده شدند و توانایی بیشتری برای انعکاس نیازهای روزافزون فناوری مدارهای مجتمع پیشرفته پیدا کردند. مورد دوم برای کوتاه کردن چرخه طراحی و حذف عناصر طراحی بیش از حد که اغلب در محیط رقابتی امروز نامطلوب است به مدل های فشرده بستگی دارد. در همان زمان، مدل‌سازی آماری دستگاه‌های نیمه‌رسانا به دنبال کاهش چشمگیر ابعاد دستگاه و ولتاژ منبع تغذیه اهمیت جدیدی دریافت کرد. در نهایت، علیرغم پیچیدگی فرآیند ساخت، ترانزیستورهای MOS چند دروازه اکنون به طور جدی به منظور کنترل اثرات هندسی کوچک در نظر گرفته شده اند.

بیشتر متون اخیر در مورد مدل سازی فشرده محدود به کلاس خاصی از دستگاه های نیمه هادی است و پوشش جامعی از میدان را ارائه نمی دهد. داشتن یک مرجع جامع واحد برای مدل های فشرده رایج ترین دستگاه های نیمه هادی (اعم از فعال و غیرفعال) یک مزیت قابل توجه برای خواننده است. در واقع، انواع مختلفی از دستگاه های نیمه هادی به طور معمول در یک طراحی IC یا در یک گروه پشتیبانی مدل سازی واحد مواجه می شوند. مدلسازی فشرده عمدتاً شامل موادی می‌شود که پس از چندین سال استفاده از طراحی IC، هم از نظر تئوری صحیح و هم از نظر عملی قابل توجه است. اختصاص دادن فصل‌های جداگانه به گروه‌های مسئول کار قطعی در مورد موضوع، بالاترین میزان تخصص ممکن را در مورد هر یک از مدل‌های تحت پوشش تضمین می‌کند.

مدل‌سازی فشرده

EM> همچنین شامل فصول مربوط به تئوری نویز MOSFET، محک زدن مدل‌های فشرده ماسفت، مدل‌سازی ماسفت قدرتمند و مروری بر زمینه مدل‌سازی دوقطبی است. این مقاله با دو فصل به توصیف مدل‌سازی تغییرپذیری از جمله برخی از پیشرفت‌های اخیر در این زمینه پایان می‌دهد.

Compact Models of circuit elements are models that are sufficiently simple to be incorporated in circuit simulators and are sufficiently accurate to make the outcome of the simulators useful to circuit designers. The conflicting objectives of model simplicity and accuracy make the compact modeling field an exciting and challenging research area for device physicists, modeling engineers and circuit designers.

The models of MOS transistors underwent revolutionary change in the last few years and are now based on new principles. The recent models of diodes, passive elements, noise sources and bipolar transistors were developed along the more traditional lines. Following this evolutionary development they became highly sophisticated and much more capable to reflect the increased demands of the advanced integrated circuit technology. The latter depends on the compact models for the shortening of the design cycle and eliminating the elements of overdesign which is often undesirable in today’s competitive environment. At the same time, statistical modeling of semiconductor devices received new significance following the dramatic reduction of the device dimensions and of the power supply voltage. Finally, despite the complexity of the fabrication process, the multi-gate MOS transistors are now seriously considered for the purpose of controlling the small geometry effects.

Most of the recent texts on compact modeling are limited to a particular class of semiconductor devices and do not provide comprehensive coverage of the field. Having a single comprehensive reference for the compact models of most commonly used semiconductor devices (both active and passive) represents a significant advantage for the reader. Indeed, several kinds of semiconductor devices are routinely encountered in a single IC design or in a single modeling support group. Compact Modeling includes mostly the material that after several years of IC design applications has been found both theoretically sound and practically significant. Assigning the individual chapters to the groups responsible for the definitive work on the subject assures the highest possible degree of expertise on each of the covered models.

Compact Modeling also includes chapters on the MOSFET noise theory, benchmarking of MOSFET compact models, modeling of the power MOSFET, and an overview of the bipolar modeling field. It concludes with two chapters describing the variability modeling including some recent developments in the field.