www.zak24.pl
INTERNETOWA KSIĘGARNIA NAUKOWO - AKADEMICKA

Time- and Frequency-Domain Quasi-2D Small-Signal MOSFET Models

25,00 

ISBN/ISSN: 978-83-7348-773-4

Wydanie: 1

Rok publikacji: 2019

Stron: 122

oprawa miękka

Opis

Time- and Frequency-Domain Quasi-2D Small-Signal MOSFET Models

autorzy: Kordalski WiesławStefański TomaszTrofimowicz Damian

Wydawnictwo Politechniki Gdańskiej

 

W książce przedstawiono nowe podejście do modelowania małosygnałowej pracy tranzystora MOS. Jego rezultatem są opracowania dwóch quasi-dwuwymiarowych, nie-quasi-statycznych, czterokońcówkowych modeli małosygnałowych MOSFET-a w dziedzinie czasu i częstotliwości. Opracowany quasi-dwuwymiarowy model w dziedzinie czasu stanowi podstawę matematyczno-fizyczną do wyprowadzenia quasi-dwuwymiarowego, nie-quasi-statycznego, czterokońcówkowego modelu małosygnałowego MOSFET-a w dziedzinie częstotliwości, uwzględniającego efekt DIBL (Drain-Induced Barrier Lowering).

Z przeprowadzonej analizy wynika, że dwa typy fal mogą propagować się w kanale tranzystora MOS: podłużna fala zaburzeń koncentracji nośników i poprzeczna fala zaburzeń grubości kanału. Wykazano, że moduły zespolonych transadmitancji bramki i podłoża są malejącymi funkcjami częstotliwości. Nowy małosygnałowy model MOSFET-a w dziedzinie częstotliwości został pozytywnie zweryfikowany eksperymentalnie aż do częstotliwości 30 GHz. Parametry modelu przyjmują realistyczne wartości. Małosygnałowy model częstotliwościowy może być stosowany od zera Hz do częstotliwości kilkakrotnie większej od fT. Każdy parametr modelu opisuje jakieś zjawisko fizyczne. Obydwa nowe modele małosygnałowe mogą być użyte do analizy scalonych układów mikroelektronicznych o dowolnej topologii, a także mogą być zaimplementowane w komercyjnych symulatorach układów elektronicznych. Jesteśmy przekonani, że zaproponowane nowe modele pozwalają głębiej wniknąć w zasadę działania tranzystora MOS.

 

Słowa kluczowe: validation of the frequency-domain model, quasi-2D representation of the MOSFET, frequency-domain model, time-domain model

 

CONTENTS

Selected list of symbols and acronyms ……………………………………………………………….. 5

1.Introduction (W. Ko r d a l s k i) …………………………………………………………………………… 9

2. Quasi-2D representation of the MOSFET (W. Ko r d a l s k i) ………………………………. 16

2.1. Introduction ………………………………………………………………………………………….. 16

2.2. 2D–into–quasi-2D transformation of the MOSFET ………………………………….. 16

2.2.1. Quasi-2D representation of the channel …………………………………………… 16

2.2.2. Modified 2D dc MOSFET representation ……………………………………….. 26

2.2.3. Quasi-2D dc MOSFET representation …………………………………………….. 32

2.3. Conclusion ……………………………………………………………………………………………. 33

3. Time-domain model (W. Ko r d a l s k i) ………………………………………………………………. 35

3.1. Introduction ………………………………………………………………………………………….. 35

3.2. MOSFET under small excitation …………………………………………………………….. 35

3.3. Quasi-2D continuity equation …………………………………………………………………. 38

3.3.1. Basic equations …………………………………………………………………………….. 38

3.3.2. Some simplifications …………………………………………………………………….. 41

3.4. Quasi-2D Poisson’s equations …………………………………………………………………. 44

3.4.1. Equations for steady-state (dc) and small-signal conditions ……………….. 44

3.4.2. Simplified equations ……………………………………………………………………… 46

3.5. Transport equation ………………………………………………………………………………… 47

3.6. Terminal currents ………………………………………………………………………………….. 49

3.6.1. Capacitive currents ……………………………………………………………………….. 49

3.6.2. Drain- and source-terminal non-capacitive currents …………………………. 51

3.7. Gate-to-body capacitance Cgb………………………………………………………………….. 53

3.7.1. Preliminary remarks ……………………………………………………………………… 53

3.7.2. Quasi-static gate-to-channel capacitance Cgc ……………………………………. 55

3.7.3. Quasi-static body-to-channel capacitance Cbc …………………………………… 57

3.7.4. Gate-to-body capacitance Cgb …………………………………………………………. 59

3.8. Supplementary equations and rules …………………………………………………………. 61

3.9. Conclusion ……………………………………………………………………………………………. 63

4. Frequency-domain model (W. Ko r d a l s k i) ………………………………… 65

4.1. Introduction ………………………………………………………………………………………….. 65

4.2. Formulation of time-domain equations ……………………………………………………. 65

4.2.1. Continuity equation ………………………………………………………………………. 66

4.2.2. Transport equation ……………………………………………………………………….. 66

4.2.3. Poisson’s equation ………………………………………………………………………… 68

4.3. Quasi-2D frequency-domain analysis ……………………………………………………… 70

4.3.1. Frequency-domain equations …………………………………………………………. 70

4.3.2. Solution for p1(ξ, jω) ……………………………………………………………………… 71

4.3.3. Wave phenomena in the channel …………………………………………………….. 72

4.3.4. The electric fieldE1(ξ, jω) ……………………………………………………………… 73

4.4. DIBL-included model ……………………………………………………………………………. 73

4.4.1. Non-capacitive terminal currents ……………………………………………………. 73

4.4.2. Four-terminal equivalent circuit for an idealized MOSFET ………………. 87

4.4.3. Four-terminal equivalent circuit for the real MOSFET ……………………… 88

4.5. Long-channel MOSFET model ……………………………………………………………….. 89

4.6. Conclusion ……………………………………………………………………………………………. 89

5. Validation of the frequency-domain model (W. Kordalski, T. Stefański, D. Trofimowicz) … 91

5.1. Introduction ………………………………………………………………………………………….. 91

5.2. Layout of the measured MOSFETs ………………………………………………………….. 91

5.3. Small-signal model of the measured MOSFETs ………………………………………… 92

5.4. De-embedding procedure ………………………………………………………………………. 93

5.5. Results of the verification up to fT …………………………………………………………… 94

5.6. Results of the verification in the range of up to thirteen timesfT ………………… 102

5.7. Conclusion ……………………………………………………………………………………………. 106

Summary in English …………………………………………………………………………………………… 107

Summary in Polish …………………………………………………………………………………………….. 109

Appendix A. Derivation of quasi-2D continuity equation (W. Ko r d a l s k i) …………….. 111

Appendix B. Derivation of quasi-2D Poisson’s equation (W. Ko r d a l s k i) ……………….. 114

Appendix C. Quasi-static small-signal conductance gds (W. Ko r d a l s k i) ………………… 117

Appendix D. Finding the hole concentration p1(ξ, jω) (W. Ko r d a l s k i) …………………… 120

Appendix E. Finding the electric field E1(ξ, jω) (W. Ko r d a l s k i) ……………………………. 121

 

 

Opinie

Na razie nie ma opinii o produkcie.

Napisz pierwszą opinię o “Time- and Frequency-Domain Quasi-2D Small-Signal MOSFET Models”

Twój adres email nie zostanie opublikowany. Pola, których wypełnienie jest wymagane, są oznaczone symbolem *