BSIMMG

用于Nano-FET的高级物理紧凑模型

伯克利共多栅极晶体管（BSIMMG）模型是为了满足当今和未来电路设计师对使用先进nano场效应晶体管（nano-FET）的需求而开发的，例如，对于FinFET，需要具有应用于亚25纳米的领域的技术能力。BSIMMG 模型提供了最强大的多功能性，应用于多栅极器件尺寸、新型材料，以及制造技术，且同样保留了前几代BISM紧凑模型的易用性和高仿真效率等特点。

模型特点

• 基于表面电势的模型，终端栅极能进行额外静电控制
• 可选的简化的表面电势解决方案，可进一步提高计算效率
• 量子力学效应
• 临界条件引起的有效宽度缩减
• 短沟道效应，包括阈值电压滚降、DIBL、亚阈值斜率效应和沟道长度调制
• 多晶硅栅极耗尽效应
• 迁移率降低
• 混合表面取向迁移
• 速度饱和
• 带有源端速率限制的速度过冲
• 内部和外部的偏压相关串联电阻模型
• 栅极隧穿电流
• 栅极诱导的漏极和源极漏电流（GIDL、GISL）
• 碰撞电离
• 非准静态效应
• 寄生电容
• 结电容和结电流
• 温度效应和自热效应
• 热/闪烁/散粒噪声
• 多尺寸和分类合并模型参数

使用BSIMMG的优点

• 可选择在体硅或SOI技术中实现的双栅极、三栅极、四栅极或圆柱形多栅极FET结构
  
• 基于物理表面电势的构成，BSIMMG模型所得到的大范围的器件参数都是连续的、对称的、可扩充的，可预测的。
  
• BSIMMG模型可捕捉nano-FET的几乎所有重要物理现象
  
• 非硅沟道器件参数和高k-多晶硅栅结构参数
  
• 可调节非本征RC网络和表面电势解决方案的复杂性，使其符合所需的模型仿真精度和效率
  可在BSIM模型与基于沟道迁移率的PSP模型之间切换

BSIMMG结构中的各种多栅结构

BSIMMG中可选择SOI或体硅多栅技术

BSIMMG中的表面电势与3-D仿真的比较

BSIMMG模型（线所示）和TCAD（图案所示）的常规电容

图为在Gummel对称测试中的BSIMMG漏源电流的第三衍生物

17级环形振荡器测试案例的瞬态响应

SILVACO的实现

• BSIMMG模型是作为Silvaco的SPICE紧凑模型库ModelLib中的一款，可在SmartSpice中通过选择LEVEL=51或LEVEL=52来分别调用4-端口体硅或3-端口SOI模型
• Silvaco的实现与BSIMMG模型103.0版本的原伯克利Verilog-A代码完全相一致
• 节点断裂方案由模型指定的BSIMMG控制参数和实例器件指令共同选定
• 在仿真中或仿真后，打印、绘图、保存或测量最重要器件内部变量
• Silvaco的实现与VZERO和BYPASS以及平行结构算法相兼容， 以达到更快的速度性能，并与DCGMIN兼容，以求更好地收敛性

相关参考

1. M. V. Dunga, C.-H. Lin, M. Niknejad, and C. Hu, “BSIMMG: A Compact Model for Multi-Gate Transistors” in Planar Double-Gate Transistor, A. Amara, O. Rozeau, eds., Springer, 2009.
2. M. V. Dunga, Ph.D. Dissertation: Nanoscale CMOS Modeling. UC Berkeley, 2007.
3. B. Yu, H. Lu, M. Liu, and Y. Taur, “Explicit continuous models for double-gate and surrounding-gate Mosfets,” IEEE Transaction on Electron Devices, vol. 54, no. 10, pp. 2715–2722, October 2007.