2022年，集成電路半導體行業最熱的頭條是“EDA被全面封鎖”。如何突破EDA封鎖，成為行業發展的關鍵詞，也是群體焦慮。在全球市場，有人比喻EDA是“芯片之母”，如果沒有了芯片，工業發展和社會進步將處處受制，EDA的重要性也上升到了戰略性高度。盡管國際封鎖形勢嚴峻，但睿智的中國科技人擅于把危機化為機會，從《加快自主研發應用，讓工業軟件不再卡脖子》，到《破解科技卡脖子要打好三張牌》，即一要打好“基礎牌”，提升基礎創新能力；二要打好“應用牌”，加強對高精尖國貨的應用；三是要打好“人才牌”，讓人才留得住、用得上、有發展……，各種政策、舉措和實際行動，處處彰顯了我們中國科技的發展韌性。

我們EDA探索頻道，今天迎來了第18期的內容——BSIM4模型，下面就跟著小編一起來開啟今天的探索之旅吧~

在BSIM3的基礎上，UC Berkley的BSIM小組緊接著又推出了BSIM4模型。

BSIM4模型是在BSIM3模型的基礎上發展而來的，主要針對深亞微米到納米的工藝進行了改進和擴展。與BSIM3模型相比，BSIM4模型有以下幾個區別：

BSIM4模型增加了對多晶硅柵極極化效應、柵極漏電流、柵極隧穿電流、柵極直接隧穿電流等現象的建模。通過對GIDL現象建模，使得在負柵壓下仍可準確預測體電流。工藝發展到90nm節點后，由于柵氧層過薄而引起的柵極隧穿電流不再可忽略，BSIM4建立了詳細的隧穿模型來描述柵極電流。

圖：BSIM4中增加了對GIDL現象的模型（實線），而BSIM3模型則不能描述（虛線）[2]

BSIM4模型改進了對短溝道效應、窄溝道效應、溝道長度調制效應、溝道電荷分布效應等現象的建模。BSIM4增添了pocket／retrograde新工藝對閾值電壓的影響，并改進短溝系數以消除閾值電壓roll—up現象。

圖：Pocket Implant引入后仿真的IdVg曲線[2]

BSIM4模型引入了對射頻電路設計相關的參數和效應的建模，如輸出導納、輸出電阻、輸出電容等。BSIM4改進了器件的輸出電阻模型、NQS模型和1/f噪聲模型，并增加了柵電阻、熱噪聲及噪聲分配方案和襯底電阻網絡的描述。

BSIM4模型提供了更多的可選參數和功能，如溫度依賴性、工藝變異性、器件匹配性、噪聲分析等。BSIM4還分析了版圖設計(多finger布圖、串并聯等)對器件寄生參數的影響。

總之BSIM4是對BSIM3的全面提升，一般認為BSM3主要適用于微米、亞微米器件，而BSIM4主要適用于亞微米到納米級平面器件（130nm-20nm）。繼BSIM3之后，BSIM4也被Compact Model Council采納為標準模型。

重點來啦！ 下圖是一個BSIM4模型的例子，可與上期的BSIM3模型相對比（http://bwrcs.eecs.berkeley.edu/Classes/icdesign/ee241_s13/Assignments/45nm_LP.pm）。

參考文獻

[1] 伍青青等，《MoSFET集約模型的發展》，固體電子學研究與進展，2010

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