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PSP被選定為CMOS電晶體模型的新標準

上網時間: 2006年03月24日     打印版  Bookmark and Share  字型大小:  

關鍵字:表面電勢,電晶體,標準,模型,閾值電壓,surface potential  transistor, standard, model, threshold-voltage, 

在歷經數月充斥火藥味的激烈爭論後,CMC委員會(Compact Model Council)已經選定了一種新的CMOS電晶體模型產業標準。該模型由美國賓州州立大學和飛利浦電子公司聯合開發,因而稱為PSP模型。現在,PSP模型接替數年來執行的BSIM3和BSIM4標準,成為最新的產業標準。

PSP模型是一種表面電勢(surface-potential)模型。與其它可選模型相較,人們認為表面電勢模型更接近電晶體實體行為,並能夠就IC性能做出更好的預測。它允許模型對閘極泄漏和量子力學效應(QME)加以考慮,隨著CMOS技術的日漸精微,這些因素變得益發重要。PSP模型的支持者稱,該模型基於CMOS電晶體工作的基礎實體特徵,能以較其它模型更少的參數進行工作。

CMC的主席Josef Watts介紹,雖然技術專家認為在90nm及其以下節點BSIM4會是一個非常不錯的模型,但是BSIM4本身的缺陷在某些類比應用中會引發問題,即便在180和130nm節點也不例外。Watts認為,BSIM3和BSIM4基於閾值電壓的概念是引發此類問題的原因。

作為一種表面電勢模型,PSP並沒有使用基於電壓模型所具有的特定假設。所以,從實體角度而言,PSP是一個更為正確的模型,特別是在源極和漏極圍繞零偏置進行作業,或者是閘極偏置電壓臨近閾值電壓的時候,情況更是如此,Watts表示。

兩大模型針鋒相對 PSP以準確性勝出

去年5月,CMC決定在PSP模型和HiSIM-RF表面電勢Spice模型(由日本廣島大學開發)之間進行標準化的最終選擇,因而引發了兩者之間的爭論。兩大陣營為了各自的模型針鋒相對,最終CMC的31位成員進行投票,PSP以17:14勝出。

熟悉CMC流程的人士透露,儘管辯論時常常產生激烈的爭吵,但Watts卻表示,當CMC決定在兩個或多個方案中進行唯一選擇時,這種事情很正常。“當一種模型在我們看來已經足夠成熟,可以成為一種標準的時候,有些人早已為其投入了大量的心血。”Watts說。大家為各自的模型苦爭不休,原因就在於獲勝一方可以獲取既得利益,他表示。

圍繞這一爭論出現了幾個問題,Watts介紹,其中包括這樣的事實,那就是日本和美國公司大多支援自己國家開發的模型。他說,最終的爭論則成為一種哲學問題:HiSIM模型基於互動式解決方案;而PSP模型則基於分析解決方案。“兩種模型都能產生很好的結果。”Watts表示,“但究竟選那個,便是哲學方面的原因。”

飛利浦研究所的元件建模部門主管Reinout Woltjer在一項聲明中表示:“因為CMOS在純數位晶片製造之外還負責了新角色,所以業界能夠擁有一種在所有電路條件下(包括RF和類比電路行為)都能正確預測電晶體性能的獨立模型至關重要。透過將PSP模型建立在電晶體工作的基本實體特徵之上,在從直流到超過50GHz頻率的整個工作頻段內,該模型都能提供非常準確的結果。”

結束PSP模型選擇之後,CMC接下來將就以C語言(BSIM一直採用C)或是以Verilog-A語言發佈新模型進行討論。最終,CMC選擇了Verilog-A,當然同樣有一些人對此不太滿意。

Silvaco曾資助並努力推動HiSIM模型成為標準,該公司行銷副總裁Kenneth Brock將採用Verilog-A語言發佈模型描述為:“在淌不知深淺的水。”

但是Watts和其他人卻對這些不以為然,他們強調,透過飛利浦的Simkit軟體環境可以得到PSP模型的C語言版本。“雖然將Verilog-A用於小型模型相對比較新鮮,但我們是在聽取多個CMC成員成功地將該方法用於多個模型之後,才做出了這個決定。”Watts表示。

在這場PSP與HiSIM的爭論中,供應商們(包括Silvaco在內)無論先前站在哪一邊,現在都及時調整自己的立場以便從PSP的勝出中獲益。Silvaco的CEO Ivan Pesic表示,雖然他認為HiSIM-RF更勝一籌,但是Silvaco在PSP技術方面領先了對手,並計劃馬上推出一款‘完美’的PSP模型。

就在Ivan表態的第二天,Xpedion設計系統公司也宣佈已經與賓州州立大學的Gennady Gildenblat教授(協助開發PSP模型)展開合作,為Xpedion的建模服務提供PSP參數擷取。Xpedion公司表示,其公司透過與Gildenblat的合作,已經開發出首款商用PSP參數擷取技術。

作者: 戴倫




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