title: Προσδιορισμός παραμέτρων συμπαγούς μοντέλου MOSFET για σχεδίαση αναλογικών ολοκληρωμένων κυκλωμάτων CMOS ανοικτής πρόσβασης

title: Compact MOSFET model parameter determination for open-source low-power analog CMOS Integrated Circuit (IC) design

Creators: name: Βιτσιος Γεωργιος
Publisher: name: Technical University of Crete
Year: 2024

description: Η εξέλιξη των ψηφιακών τεχνολογιών είναι ραγδαία τα τελευταία χρόνια. ΄Εχει ενδι-
αφέρον ότι παρατηρείται η εμφάνιση χρήσης λογισμικών ανοικτής πρόσβασης (open-
source software) αλλά ιδιαίτερα και υλικού («open-source silicon»). H παρούσα
διπλωματική εργασία εντάσσεται στα πλαίσια ανάπτυξης εργαλείων computer-aided
design (CAD tools) ανοικτής πρόσβασης, με στόχο την υποβοήθεια σχεδίασης αναλο-
γικών ολοκληρωμένων κυκλωμάτων (integrated circuits, ICs) τεχνολογίας CMOS.
Ως βάση χρησιμοποιείται το μοντέλο φορτίων του τρανζίστορ MOS τύπου sEKV.
Το εν λόγω μοντέλο καλύπτει όλο το φάσμα από ασθενή έως μέτρια και ισχυρή
αναστροφή, με ιδιαίτερη μέριμνα για το φαινόμενο του κορεσμού ταχύτητας (ve-
locity saturation), με σκοπό να εξυπηρετήσει τις ανάγκες σχεδίασης αναλογικών
κυκλωμάτων χαμηλής κατανάλωσης. Τα πειραματικά δεδομένα αντλούνται από απο-
θετήριο ανοικτής πρόσβασης της IHP, τεχνολογίας τύπου BiCMOS 130nm. Στόχος
είναι η ανάπτυξη μοντέλων ρεύματος DC και διαγωγιμοτήτων AC, καλύπτοντας όλα
τα μήκη καναλιού και όλο το εύρος θερμοκρασίας από -40 °C έως 125 °C (233 Κ
έως 398 Κ). Ιδιαίτερη έμφαση δίνεται στο ρεύμα, την διαγωγιμότητα, και τον λόγο
διαγωγιμότητας προς ρεύμα, με έμφαση στον δείκτη αναστροφής (inversion coeffi-
cient). Αναπτύσσονται πλήρως τα μοντέλα τόσο για τρανζίστορ τύπου NMOS όσο
και PMOS σε όλο το φάσμα του μήκους καναλιού (length scaling) και θερμοκρασίας
(temperature scaling). Αποτέλεσμα είναι το μοντέλο να μπορέσει να καλύψει αποτε-
λεσματικά και με ελάχιστες παραμέτρους, όλο το φάσμα λειτουργίας των τρανζίστορ
MOS, όπως απαιτείται για την σχεδίαση αναλογικών ολοκληρωμένων κυκλωμάτων.
description: The evolution of digital technologies has been rapid in recent years. Interestingly, the appearance of the use of open-source software but also hardware (“open-source silicon”) is being observed. This thesis is part of the development of open access computer-aided design (CAD) tools, with the aim of assisting the design of analog integrated circuits (ICs) in digital CMOS technology. The charge-based MOS transistor model, named sEKV, is used as a basis. This model covers the entire spectrum from weak to moderate and strong inversion, with special care for the velocity saturation phenomenon, in order to serve the needs of designing low-power analog circuits. The experimental data is drawn from an open access repository of IHP, an 130nm BiCMOS technology. The objective is to develop models of DC current and AC transconductances, covering all channel lengths and the entire temperature range from -40 ⁰C to 125 ⁰C. Particular emphasis is placed on current, transconductance, and the transconductance-to-current ratio, with an emphasis on the inversion coefficient. The models for both NMOS- and PMOS-type transistors are fully developed over the entire range of channel length and temperature. As a result, the model can cover efficiently and with a minimal parameter set the entire operating range of MOS transistors, as required for the design of analog integrated circuits.