BSIM4模型与BSIM3模型的区别

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18期的内容——BSIM4模型，下面就跟着小编一起来开启今天的探索之旅吧~

在BSIM3的基础上，UC Berkley的BSIM小组紧接着又推出了BSIM4模型。

BSIM4模型是在BSIM3模型的基础上发展而来的，主要针对深亚微米到纳米的工艺进行了改进和扩展。与BSIM3模型相比，BSIM4模型有以下几个区别：

BSIM4模型增加了对多晶硅栅极极化效应、栅极漏电流、栅极隧穿电流、栅极直接隧穿电流等现象的建模。通过对GIDL现象建模，使得在负栅压下仍可准确预测体电流。工艺发展到90nm节点后，由于栅氧层过薄而引起的栅极隧穿电流不再可忽略，BSIM4建立了详细的隧穿模型来描述栅极电流。

图：BSIM4中增加了对GIDL现象的模型（实线），而BSIM3模型则不能描述（虚线）[2]

BSIM4模型改进了对短沟道效应、窄沟道效应、沟道长度调制效应、沟道电荷分布效应等现象的建模。BSIM4增添了pocket／retrograde新工艺对阈值电压的影响，并改进短沟系数以消除阈值电压roll—up现象。

图：Pocket Implant引入后仿真的IdVg曲线[2]

BSIM4模型引入了对射频电路设计相关的参数和效应的建模，如输出导纳、输出电阻、输出电容等。BSIM4改进了器件的输出电阻模型、NQS模型和1/f噪声模型，并增加了栅电阻、热噪声及噪声分配方案和衬底电阻网络的描述。

BSIM4模型提供了更多的可选参数和功能，如温度依赖性、工艺变异性、器件匹配性、噪声分析等。BSIM4还分析了版图设计(多finger布图、串并联等)对器件寄生参数的影响。

总之BSIM4是对BSIM3的全面提升，一般认为BSM3主要适用于微米、亚微米器件，而BSIM4主要适用于亚微米到纳米级平面器件（130nm-20nm）。继BSIM3之后，BSIM4也被Compact Model Council采纳为标准模型。

重点来啦！ 下图是一个BSIM4模型的例子，可与上期的BSIM3模型相对比（http://bwrcs.eecs.berkeley.edu/Classes/icdesign/ee241_s13/Assignments/45nm_LP.pm）。

参考文献

[1] 伍青青等，《MoSFET集约模型的发展》，固体电子学研究与进展，2010

[2] William Liu，MOSFET MODELS FOR SPICE SIMULATION, INCLUDING BSIM3v3 AND BSIM4, Wiely,2001