PSPICE MOSFET 파라미터(Parameter)와 모델(model) 그리고 기생 커패시턴스(Capacitance) 성분까지

PSPICE model 과 parameter에 대해 적어놓았다.

전자회로 교재 진도에 맞게 초기 부분에는 공정상수와 사이즈를 중점으로 적으며, 그 이후에는 기생커패시턴스까지 고려하는 것으로 진행된다.

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본문을 읽기에 앞서 (MOSFET 물리를 학습했다면 넘어가주세요)

 

MOSFET에 잘 모르신다면 해당 글을 읽고 오셔도 좋습니다.

2021.09.28 - [회로 관련 전공/회로 과정 통합 글] - MOSFET 물리를 통해 동작을 알아보자

MOSFET 물리를 통해 동작을 알아보자

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PSPICE에서 MOSFET 모델은 아래와 같은 모델을 사용한다

모델명 : MbreakN (nmos), MbreakP (pmos)

그림 1. MOS 모델

 

그림 1과 같이 4단자 모델을 사용하며 각 단자에 대해 유의하라 여기서 MOSFET는 대칭 소자이기 때문에 드레인과 소스는 서로 반대로 연결해도 상관이 없다.

 

그러면 이제 MOSFET의 각 파라미터 값은 아래와 같은 절차로 추가할 수 있다.

 

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MOSFET의 W/L (Width/Length) 설정

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먼저 MOS 심볼을 우클릭을 눌러서 "Edit Properies"를 들어간다. (사진 2 참고)

 

그림 2. w/l 절차 1

 

그 다음 아래 그림 3과 같이 L 과 W의 값을 기입한다. 대개 L=1U로 설정한다.

 

그림 3. W/L 절자 2

 

 

그림 3과 같이 MOSFET의 W/L 값을 넣을 수 있다.

 

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MOSFET의 공정 상수 파라미터 기입

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mosfet의 μ_n or μ_p, Cox, Vth 를 기입하기 위해서는 아래와 같은 절차를 따른다

먼저 mos 심볼을 우클릭 하여 "Edit Pspice Model" 클릭을 한다

 

 

그림 4. 공정상수 파라미터를 넣기 위한 절차

 

클릭 후 들어가게 되면 아래와 같은 초기 화면이 나오는 것을 알 수 있다.

 

그림 5. 초기 화면

 

 

그럼 아래와 같은 값을 넣어 파라미터 값을 기입할 수 있는데 해당 파라미터의 의미는 다음과 같다.

 

VTO : 문턱전압

KP : 공정 상수 (KP=μ*Cox)

LAMBDA : 채널길이 변조 계수 

또는 L과 W의 값도  "Edit Pspice Model"에서 기입이 가능함을 유의하자.

 

그 외에도 AD, AS, PD, PS가 있다.

 

정리하자면 (영어 표현이 괜찮은건 원문 그대로 남겼다)

 

VTO : 문턱전압
KP : 공정 상수 (KP=μ*Cox)
W : Width 채널 폭 [m]
L : Length 채널 길이 [m]

2차 효과로는 

LAMBDA : 채널길이 변조 계수
GAMMA : bulk threshold parameter
PHI : surface potential
PB : bulk p-n bottom potential

 

 

따라서 해당 값을 아래와 같이 기입할 수 있다.

 

그림 5. 값을 넣은 후

 

PMOS인 경우 문턱전압을 VTO=-0.7로 기입해야 한다. 값을 넣고 플로피 디스크모양을 눌러야 값이 저장이 되니 필히 눌러야 한다.

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Capacitance 값을 고려한 파라미터 기입

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2021.10.22 - [회로 관련 전공/회로 과정 통합 글] - MOSFET의 커패시턴스 성분을 알아보자

MOSFET의 커패시턴스 성분을 알아보자

 

주파수 해석을 할 때 아래와 같은 파라미터들을 mosfet 모델에 기입한다.

 

AD  : Drain Diffusion의 면적 [m^2]
AS : Source Diffusion의 면적 [m^2]
PD : Drain Diffusion의 둘레 [m]
PS : Source Diffusion의 둘레 [m]
TOX : oxide thickness
CGSO :게이트-드레인 오버랩 커패시턴스/채널 farad/meter
CGDO : 게이트-드레인 오버랩 커패시턴스/채널 farad/meter

그 외에도 CJ, CJSW 도 사용한다.

CJ : bulk p-n zero-bias bottom capacitance/area farad/meter
CJSW : bulk p-n zero-bias sidewall capacitance/length farad/meter
MJ : bulk p-n bottom grading coefficient
MJSW : bulk p-n sidewall grading coefficient

 

왜 적냐면 스파이스가 연관된 커패시턴스를 계산할 수 있게 채널의 너비 및 길이 s/d(소스/드레인)의 크기를 제공해야 하기 때문이다.

 

AS=AD, PD=PS 임을 기억하자

 

AS, AD, PD, PS에 대해서는 "Edit Properies"에서 기입 할 수 있다.

 

그림 6. AD, AS, PD, PS 기입

 

그리고 CGSO, CGDO, CJ, CJSW 같은 파라미터는  "Edit Pspice Model"에서 기입할 수 있다.

예시는 아래 박스를 보면 된다.

 

예시
VTO=0.7  KP=200U LAMBDA=0.05 TOX=9N CGSO=400P CGDO=400P  

 

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감사의 글

 
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2022.09.30 - [Tools(시뮬레이션, 코딩, 프로그램들)/PSPICE] - PSPICE 사용 길라잡이

PSPICE 사용 길라잡이

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