探究BSIM4模型

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）

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

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。

审核编辑：刘清