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目录1

第一章 概述1

1.1 MOS电路设计3

1.2 MOSFET模型5

1.3 模型参数提取9

1.4 互联模型10

1.5 各章内容简介11

参考文献12

第二章 半导体和pn结基础理论回顾16

2.1 能带模型16

2.2 本征半导体18

2.2.1 费米能级20

2.3 非本征或掺杂半导体22

2.3.1 产生－复合26

2.3.2 准费米能级28

2.4 电导29

2.4.1 载流子迁移率29

2.4.2 电阻率和薄层电阻35

2.4.3 输运方程37

2.4.4 连续性方程39

2.4.5 泊松方程39

2.5 平衡态时的pn结40

2.5.1 内建电势44

2.5.2 耗尽区宽度45

2.6 二极管的电流－电压特性47

2.6.1 二极管电流模型的局限性49

2.6.2 体电阻52

2.6.3 pn结击穿电压53

2.7 二极管的动态特性54

2.7.1 结电容55

2.7.2 扩散电容58

2.7.3 小信号电导59

2.8 实际的pn结59

2.9 二极管电流模型63

2.10二极管模型参数的温度关系66

2.10.1 Is的温度关系66

2.10.2 φbi的温度关系68

2.10.3 Cj0的温度关系68

参考文献70

3.1 MOSFET结构72

第三章 MOS晶体管的结构和工作原理72

3.2 MOSFET的特性76

3.2.1 穿通83

3.2.2 MOSFET电容86

3.2.3 小信号特性87

3.2.4 器件速度90

3.3 MOSFET的等比例缩小91

3.4 热载流子效应94

3.5 VLSI器件结构98

3.5.1 栅材料98

3.5.2 非均匀掺杂沟道99

3.5.3 源－漏结构100

3.5.4 器件隔离103

3.5.5 CMOS工艺104

3.6 MOSFET中的寄生元件107

3.6.1 源－漏电阻108

3.6.2 源－漏结电容114

3.6.3 栅覆盖电容115

3.7 MOSFET沟道长度和宽度的定义119

3.7.1 有效或电学沟道长度119

3.7.2 有效或电学沟道宽度120

3.8 MOSFET的等效电路模型122

参考文献124

第四章 MOS电容129

4.1 没有外加电压时的MOS电容129

4.1.1 功函数131

4.1.2 氧化层电荷135

4.1.3 平带电压139

4.2 施加偏压时的MOS电容141

4.2.1 积累143

4.2.2 耗尽143

4.2.3 反型146

4.3 MOS结构的电容156

4.3.1 低频C-V曲线162

4.3.2 高频C-V曲线163

4.3.3 深耗尽C-V曲线164

4.4 实际C-V曲线的偏差165

4.5 异常C-V曲线（多晶硅耗尽效应）168

4.6 MOS电容的应用170

4.7 非均匀掺杂衬底的平带电压171

4.7.1 Vfb的温度依赖关系173

参考文献174

5.1 衬底均匀掺杂的MOSFET177

第五章 阈值电压177

5.2 非均匀掺杂MOSFET187

5.2.1 增强型器件189

5.2.2 耗尽型器件201

5.3 阈值电压与沟道长度和沟道宽度的关系205

5.3.1 短沟效应206

5.3.2 窄沟效应217

5.3.3 漏致势垒降低（DIBL）效应222

5.3.4 小尺寸效应231

5.4 阀值电压的温度特性234

参考文献238

第六章 MOSFET直流（DC）模型246

6.1 漏电流的计算246

6.2 Pao-Sah模型251

6.3 薄层电荷模型255

6.4 增强型器件的分段漏电流模型259

6.4.1 一级近似模型260

6.4.2 体电荷模型268

6.4.3 平方根近似271

6.4.4 平方根近似漏电流方程275

6.4.5 亚阈值区模型277

6.4.6 模型的限制285

6.5 耗尽型器件的漏电流模型288

6.6 有效迁移率294

6.6.1 栅压引起的迁移率退化296

6.6.2 漏压引起的迁移率退化303

6.7 小尺寸模型307

6.7.1 线性区模型308

6.7.2 饱和电压311

6.7.3 饱和区的沟道长度调制效应315

6.7.4 亚阈值模型325

6.7.5 连续模型328

6.8 源－漏电阻对漏电流的影响332

6.9 漏电流与温度的关系334

6.9.1 迁移率与温度的关系335

参考文献339

第七章 动态模型350

7.1 本征电荷和电容350

7.1.1 Meyer模型353

7.1.2 Meyer模型存在的问题357

7.2 基于电荷的电容模型361

7.3 长沟道电荷模型365

7.3.1 电容373

7.4 短沟电荷模型379

7.4.1 电容382

7.5 准静态模型的局限性386

7.6 小信号模型参数387

参考文献391

第八章 热载流子效应模型395

8.1 衬底电流模型395

8.2 栅电流模型404

8.3 栅电流和衬底电流之间的关系412

8.4 MOSFET的退化机制413

8.5 器件寿命——器件退化特性的测量419

8.6 器件退化对电路性能的影响425

8.7 器件退化与温度的关系427

参考文献429

第九章 数据获取与模型参数提取435

9.1 数据获取435

9.1.1 直流模型数据442

9.1.2 交流模型数据447

9.1.3 MOS电容的C-V测量450

9.2 栅氧化层电容测量454

9.2.1 光学方法——椭偏仪455

9.2.2 电学方法456

9.3 硅中杂质分布的测量461

9.3.1 电容－电压法462

9.3.2 直流方法469

9.4 阈值电压的确定472

9.5 体因子y的测定477

9.6 平带电压479

9.7 漏致势垒降低（DIBL）参数479

9.8 亚阈值斜率的确定480

9.9 反型层载流子迁移率的测量482

9.9.1 分离C-V法487

9.10 有效沟道长度和宽度的确定490

9.10.1 利用漏电流法确定△L491

9.10.2 利用电容法确定△L501

9.10.3 确定△W的方法505

9.11 饱和电压的确定507

9.12 MOSFET本征电容的测量513

9.12.1 在片法513

9.12.2 离片法517

9.13 栅过覆盖电容的测量520

9.14 MOSFET中源－漏二极管参数的测量525

9.14.1 二极管的饱和或反向泄漏电流Is525

9.14.2 结电容529

参考文献530

第十章 模型参数提取与优化方法540

10.1 模型参数提取540

10.2 优化法的基本定义543

10.3 优化法549

10.3.1 约束优化法554

10.3.2 多重响应优化法558

10.4 利用优化技术提取参数的几点说明561

10.5 评价模型参数的置信界限562

10.5.1 冗余参数的实例567

10.6 利用优化程序进行参数提取572

10.6.1 漏电流模型参数提取573

10.6.2 MOSFETAC模型参数提取575

参考文献575

第十一章 SPICE中的二极管和MOSFET模型及参数578

11.1 二极管模型578

11.2 MOSFETLEVEL=1级模型584

11.2.1 直流模型584

11.2.2 电容模型585

11.3 MOSFETLEVEL=2级模型590

11.3.1 直流模型591

11.3.2 电容模型596

11.4.1 直流模型597

11.4 MOSFETLEVEL=3级模型597

11.5 MOSFETLEVEL=4级模型600

11.5.1 直流模型600

11.5.2 电容模型603

11.6 四种MOSFET模型的比较604

参考文献605

第十二章 统计模型和最差情况设计参数607

12.1 确定最差情况模型参数的方法608

12.2 模型参数敏感度610

12.2.1 主要因子方法612

12.3 具有参数修正的统计分析613

12.3.1 基本分向量分析615

12.4 因子分析616

12.4.2 回归模型618

12.4.1 旋转因子618

12.5 优化方法619

参考文献622

附录625

附录A 硅、二氧化硅和氮化硅在300K时的重要性质625

附录B 300K时的一些重要物理常数625

附录C 单位换算系数626

附录D 数量级前缀626

附录E 根据隐含方程（6.2 3）或（6.3 0）计算φs的方法626

附录F MOSFET中基于电荷的本征电容628

附录G 线性回归法631

附录H 概率与统计的基本理论632

附录Ⅰ 常用的统计软件包643

汉英名词对照645