EDA技术探索之BSIM3模型

2022年，集成电路半导体行业最热的头条是“EDA被全面封锁”。如何突破EDA封锁，成为行业发展的关键词，也是群体焦虑。在全球市场，有人比喻EDA是“芯片之母”，如果没有了芯片，工业发展和社会进步将处处受制，EDA的重要性也上升到了战略性高度。尽管国际封锁形势严峻，但睿智的中国科技人擅于把危机化为机会，从《加快自主研发应用，让工业软件不再卡脖子》，到《破解科技卡脖子要打好三张牌》，即一要打好“基础牌”，提升基础创新能力；二要打好“应用牌”，加强对高精尖国货的应用；三是要打好“人才牌”，让人才留得住、用得上、有发展……，各种政策、举措和实际行动，处处彰显了我们中国科技的发展韧性。

我们EDA探索频道，今天迎来了第17期的内容——BSIM3模型，下面就跟着小编一起来开启今天的探索之旅吧~

上一期中我们谈到了Compact Model，第一个被 Compact Model Council采纳为标准的模型为BSIM3模型。

BSIM3模型的特点是它能够考虑许多重要的物理效应，如沟道长度调制、漏极诱导势垒降低、沟道电荷分布、寄生电阻和电容、多晶硅栅极耗尽、非平衡载流子输运、次阈值电流、噪声、温度效应等。BSIM3模型能够处理不同的器件结构和工艺变化，如沟道长度和宽度、栅氧厚度、掺杂浓度、LDD结构等。BSIM3模型还能够支持不同的操作模式和仿真选项，如直流、交流、瞬态、小信号、大信号、噪声等。

BSIM3模型的核心是它的I-V模型，即电流-电压特性模型，它描述了MOSFET器件在不同的偏置条件下的电流响应。I-V模型可以分为四个区域：弱反型区（或次阈值区）、线性区、饱和区和击穿区。每个区域都有相应的数学公式来计算器件的电流，并且考虑了各种物理效应对电流的影响。I-V模型还包括了一个阈值电压模型，它描述了MOSFET器件从弱反型到强反型的转变点，并且考虑了沟道长度效应、沟道宽度效应、栅极偏压效应、体偏压效应等。

除了I-V模型之外，BSIM3模型还包括了其他几个子模型，如C-V模型（电容-电压特性模型）、噪声模型、寄生电阻和电容模型、温度效应模型和非准静态（NQS）模型。这些子模型都是为了提高BSIM3模型的准确性和完整性，以适应不同的仿真需求和场景。

图：BSIM3的交流小信号模型示意图。来自Design of analog circuits through symbolic analysis（2012）

BSIM3模型有很多个参数，这些参数都有各自的物理意义和数学表达式。参数的值可以通过实验测量或者理论计算得到，也可以通过参数提取软件或者优化算法得到。参数的值会影响BSIM3模型对器件特性的描述和预测，因此需要根据实际情况进行调整和优化。

重点来啦！    

下面是一个在互联网上公开的BSIM3模型实例（bwrcs.eecs.berkeley.edu/Classes/icdesign/ee241_s02/Assignments/t18h_lo_epi-params-mod.txt）在这里（Z:sim3sim3v33_manualTEXTCOVER.PDF (sourceforge.io)）可以找到BSIM3v3模型的完整文档。

编辑：黄飞