■体裁:A4版402ページ
■発刊:2003/03/28
■ISBNコード:4-89808-040-5

【執筆者】
三浦道子　広島大学
名野隆夫　三洋電機(株)
盛　健次　サイペック(株)

※所属、肩書き等は本書発刊当時のものです。

【序文】
回路シミュレーションやモデリングの解説本は散見されますが、 本当に必要で十分な解説を行った参考書は数少ない。本書ではさらに一歩踏み込み、 両者の融合を図ることで、 回路設計者が本当に必要とした情報を掲載することを目標としました。また、 日本の独自のシミュレータとしての新しい展開や解説なども掲載しております。執筆者には経験豊富な、 第一線の技術者・研究者にお集まりいただくことができました。この分野における必要な基礎理解として、 多くの技術者、 研究者に向けた参考書を作成しようという試みです。一度ご覧いただき、 多くのご意見をお寄せいただきたいと思います。

【目次】
1.回路シミュレータについて
回路シミュレータの利用目的と機能
回路シュミレータ開発の歴史
回路シミュレータの問題点

2.回路シミュレーションの基礎技術
2.1　回路シミュレータの処理フロー
　入力処理
　エラーチェック処理
　セットアップ処理
　解析処理
　出力処理
2.2　回路の定式化
　カットセット解析(CA)法
　ループ解析(LA)法
　節点解析(NA)法
　電圧源を持つ節点解析法
　修正節点解析(MNA)法
　ハイブリッド解析(HA)法
　修正タブロー解析(MTA)法
　スパースタブロー解析(STA)法
2.3　数値解析手法
　連立1次方程式の解法
　再順序付け
　スパース行列処理技法
　非線形解析法
　数値積分法
2.4　取り扱える素子の修正節点法による定式化
　抵抗(R)
　コンデンサ(C)
　インダクタ(L)
　相互インダクタ(K)
　電圧制御電流源(G)
　電圧制御電圧源(E)
　電流制御電流源(F)
　電流制御電圧源(H)
　独立電圧源(V)
　独立電流源(I)
　ダイオード(D)
　BJT(Q)
　JFET(J)
　MOSFET(M)
　伝送線路(無損失伝送線路(T)
　有損失伝送線路(O,　U))
　サブサーキット(呼び出し(X)
　定義(.SUBCKT))
　任意電源(B)
　電圧制御スイッチ(S)
　電流制御スイッチ(W)
　MESFET(Z)

3.取り扱える解析の種類
3.1　温度解析
3.2　DC解析
　DC動作点
　DC伝達特性
　DC入出力抵抗
　DC感度
3.3　過渡解析
　時間領域解析
　フーリエ解析
3.4　AC解析
　線形AC解析
　ノイズ解析
　歪解析

4.MOSFETモデル
4.1　理想的なMOSFETの動作理論
　半導体の基礎
　MOS構造の表面電位と電荷の生成
　MOS構造の電荷式
　MOSFETにおける弱反転電流式
　強反転電流式の生成
　飽和電流
　Appendix
4.2　LEVEL1
　LEVEL1の特徴
　強反転領域におけるチャネル反転電荷とドレイン電流
　電流式のまとめ
4.3　LEVEL2
　LEVEL2の特徴
　強反転領域におけるチャネル反転電荷
　縦方向電界による移動度の減衰効果
　電流式の誘導
　飽和電圧
　ソース/ドレイン抵抗
　チャネル長変調効果
　サブレッショルド電流
4.4　LEVEL3
　LEVEL3の特徴
　強反転領域における反転電荷
　電流式の誘導
　飽和電圧
　チャネル長変調効果
　垂直電界による移動度の減衰効果
　速度飽和効果による移動度の減衰効果
4.5　ゲート容量モデル(Meyerモデル)
　Meyerモデルの特徴
　ゲートの電荷
　線形領域のゲート容量
　飽和領域のゲート容量
　カットオフ領域のゲート容量
　Appendix
4.6　BSIM1
　BSIM1の特徴
　強反転領域におけるチャネル電荷密度
　強反転領域の電流式
　縦方向電界による移動度の減衰
　速度飽和効果
　ソース抵抗
　飽和電圧
　弱反転電流
　電流式のまとめ
　Appendix
4.7　BSIM2
　BSIM2の特徴
　しきい値電圧
　速度飽和効果
　ドレイン電流式
　飽和電圧/チャネル長変調効果
　ホット・エレクトロン効果
　弱反転領域電流
　弱反転領域と強反転領域間の遷移領域のスムーズ化
　Appendix
4.8　BSIM1,BSIM2の電荷モデル
　電荷モデルとは
　電荷モデルの基本式
　電荷を求める式
　電荷式の解法
　チャネル電荷Qcのソース電荷Qsとドレイン電荷Qdへの分配
　Appendix
4.9　BSIM3v2
　BSIM3v2の特徴
　しきい値電圧
　縦方向電界による移動度の減衰
　キャリア・ドリフト速度
　強反転領域のドレイン電流
　スケーリング効果
　弱反転領域のドレイン電流
　遷移領域のドレイン電流
　出力抵抗の物理モデル
　出力抵抗の半経験モデル
　LDD構造MOSFETの出力抵抗モデル
　モデル・パラメータ
　温度効果
　Appendix
4.10　BSIM3v3
　BSIM3v3の特徴
　しきい値電圧
　実効基板電圧
　移動度
　キャリアの速度飽和効果
　基板電荷効果
　ソース/ドレイン寄生抵抗
　ポリシリコン・ゲートの空乏効果
　BSIM3v3における単一式への展開
　飽和電圧
　線形,　飽和領域における単一のドレイン電流式
　単一のドレイン電流式
　基板電流
　単一の全領域電流式
　モデル・パラメータ
　電流式のまとめ
4.11　BSIM3v3の電荷モデル
　電荷モデルにおけるチャネル長,チャネル幅の定義
　各実効電圧の定義
　単一式
　MOS外部容量
4.12　MODEL9
　MODEL9の特徴
　実効ゲート電圧の定義
　実効ドレイン電圧の定義
　しきい値電圧
　ショート・チャネル効果(DIBL)と帰還電界効果(static　feedba
ck　effect)
　ドレイン電圧による基板空乏層効果
　垂直電界と水平電界による移動度の減衰
　速度飽和効果
　ソース,ドレイン抵抗の効果
　飽和電圧
　チャネル長変調
　サブスレショルド飽和とチヤネル長変調
　全電流式
　Appendix
4.13　MODEL9の電荷モデル
　MODEL9の電荷モデルの特徴/電荷モデルの特徴の基本
4.14　高耐圧MOSのモデリング

5.表面ポテンシャルモデル:HiSIM(Hiroshima-university　STARC　IGFET　Model)
5.0　はじめに
5.1　電荷に基づく(Charge-Based)モデルの基本概念
5.2　表面ポテンシャルモデルの基本概念
5.3　基本式の導出
　電荷記述式
　表面ポテンシャルの計算
　ドレイン電流式
　ドリフト-拡散モデルとドリフトモデル
5.4　微細MOSFET特性のモデル化
　しきい値電圧
　　短チャネル効果
　　逆短チャネル効果
　量子効果とゲート・ポリシリコンの空乏化
　　量子効果
　　ゲート・ポリシリコンの空乏化
　チャネル長変調効果
　移動度
　　低電場における移動度
　　高電場における移動度
　狭チャネル幅効果
　　しきい値電圧のチャネル幅依存性
　　オン電流領域
　　STIによるIdsのリーク電流
　温度依存性
　　バンドギャップ
　　移動度
　キャパシタンス
　　内部キャパシタンス
　　外部キャパシタンス
　寄生効果
　　基板電流:Isub
　　ゲート電流:Igate
　　GIDL(Gate-Induced-Drainbarrier　Loweri
ng)
　　電流:IGIDL/MOS-ダイオードモデル)
　その他のモデル
　　1/f　Noise
5.5　HiSIMモデルパラメタ・リスト
5.6　HiSIMの応用と拡張
　応用
　拡張

6.SPICEのモデルパラメータ抽出方法
6.0　はじめに
6.1　抵抗素子,容量素子の初期モデルパラメータ抽出
　コンタクト抵抗Rconと拡散シート抵抗RSHの求め方
　接合容量の底面積成分と側面長成分の分離
　容量測定の原理
6.2　初期モデルパラメータ抽出方法
　初期モデルパラメータ抽出の基本原理
　MOSFETモデル抽出の前提
　WDの抽出方法
　RD,RS,LDの抽出方法
　VTO,ETAの抽出方法
　PHI,DELTA,GAMMA,XJの抽出方法
　NFSの抽出方法
　UOの抽出方法
　THETAの抽出方法
　VMAXの抽出方法
　KAPPA(k)の抽出方法
6.3　最適化アルゴリズム
　付　録
　A.SPICE2G6とSPICE3F5の比較
　B.オプション文の説明
　C.エラーチェックの種類
　D.エラーメッセージ