Charakterisierung von CMOS-Bauelementen und Extraktion von Parametern für die Schaltungssimulation
Studienarbeit
Bearbeitungsstatus:
abgeschlossen
Bearbeiter:
Karsten Linzmeier
Betreuer:
- Dr.-Ing. Michael Jank
- Kühnhold, Ralf
Abschlussjahr:
1999
Beschreibung
Die vorliegende Arbeit beschäftigt sich mit der Modellierung von CMOS-Bauelementen. Es werden zwei verschiedene Modelle zur Beschreibung des Verhaltens von MOS-Transistoren vorgestellt. Auf der Grundlage eines physikalisch motivierten Modells werden Methoden zur Bestimmung von Transistorparametern erklärt. Diese Methoden wurden zur Untersuchung einer Siliciumscheibe angewandt, die am Lehrstuhl für Elektronische Bauelemente der Universität Erlangen-Nürnberg mit einem von einem deutschen Elektronikunternehmen übernommenen CMOS-Prozeß hergestellt wurde.
Weiterhin werden die Ergebnisse der an mehreren gleichmäßig über die betrachtete Scheibe verteilten Positionen durchgeführten Messungen auf ihre Homogenität in ihrer räumlichen Verteilung und auf ihre Konsistenz mit den Meßwerten, die an einer von dem genannten Unternehmen selbst prozessierten Scheibe gewonnen wurden, sowie mit den vorgegebenen Spezifikationen überprüft.
In den Fällen, in denen Inhomogenitäten oder außerhalb der Spezifikation liegende Meßergebnisse festgestellt wurden, wird nach möglichen Fehlerquellen gesucht. Es wird gezeigt, daß eine Nachbildung der Eigenschaften des Industrieprozesses in den meisten, jedoch noch nicht in allen Bereichen vollständig gelungen ist. Abschließend werden die Ergebnisse von Simulationen vorgestellt, die mit dem Schaltungssimulationsprogramm Spice auf der Basis der ermittelten Transistorparameter unter Verwendung des Spice - Level 3 - Modells durchgeführt wurden, und mit an realen Transistoren und Invertern gemessenen Kennlinien verglichen. Hierbei wird gezeigt, daß eine gute Übereinstimmung zwischen Simulation und Messung zwar nicht mit dem rein physikalisch motivierten Modell, wohl aber mit dem verwendeten Spice-Modell erreichbar ist.