JP4122720B2 - Simulation method and design method - Google Patents

Simulation method and design method Download PDF

Info

Publication number
JP4122720B2
JP4122720B2 JP2001106282A JP2001106282A JP4122720B2 JP 4122720 B2 JP4122720 B2 JP 4122720B2 JP 2001106282 A JP2001106282 A JP 2001106282A JP 2001106282 A JP2001106282 A JP 2001106282A JP 4122720 B2 JP4122720 B2 JP 4122720B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
transistor
model
simulation method
internal node
sub
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Fee Related
Application number
JP2001106282A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP2002009300A (en
Inventor
睦 木村
バビッジ ネイサン
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Seiko Epson Corp
Original Assignee
Seiko Epson Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Seiko Epson Corp filed Critical Seiko Epson Corp
Publication of JP2002009300A publication Critical patent/JP2002009300A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP4122720B2 publication Critical patent/JP4122720B2/en
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Fee Related legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • GPHYSICS
    • G06COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06FELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F30/00Computer-aided design [CAD]
    • G06F30/30Circuit design
    • G06F30/36Circuit design at the analogue level
    • G06F30/367Design verification, e.g. using simulation, simulation program with integrated circuit emphasis [SPICE], direct methods or relaxation methods

Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、回路シミュレータ用トランジスタモデル、特に、薄膜トランジスタ回路シミュレータに用いられ、実用的かつ正確な、回路シミュレータ用トランジスタモデルに関する。
【0002】
【従来の技術】
トランジスタのプロセス・デバイス・回路の研究開発において、回路シミュレータは重要なツールである。その目的は、開発効率向上・最適設計実現・研究指針提示でなどある。トランジスタ回路シミュレータには、実用的かつ正確なトランジスタモデルが、必要とされる。
【0003】
一方、トランジスタの一種として挙げられる薄膜トランジスタは、表示装置やセンサーなどに広汎かつ多数用いられており、今後さらに利用範囲は拡大してゆくことが予想される。特に、多結晶シリコン薄膜トランジスタによれば、画素だけでなく駆動回路も構成できる。駆動回路の設計には、前述の回路シミュレータが必須となってくる。
【0004】
薄膜トランジスタのための回路シミュレータ用トランジスタモデルとして、現在最も優れていると考えられるのは、マルチトランジスタモデルと実効コンダクタンスモデルを併用したモデルである(マルチトランジスタ実効コンダクタンスモデル)。マルチトランジスタモデルについては、M. J. Quinn, IDRC '94, 402 (1994)、M. J. Quinn, AMLCD '94, 160 (1994)、M. J. Quinn, EuroDisplay '96 WORKSHOP, 49 (1996)などを参照されたい。薄膜トランジスタの特徴は、オン状態においてもなお比較的高いチャネル抵抗と、チャネル長が長いことに起因する大きなゲート絶縁膜容量である。このため、トランジスタを、伝送線路として扱わなければならなくなってくる。回路シミュレータにおいて、この伝送線路の効果をモデル化したものが、マルチトランジスタモデルである。図1に、マルチトランジスタモデルを示す。マルチトランジスタモデルでは、ひとつのトランジスタを、複数のサブトランジスタ18が直列に接続され、各々のサブトランジスタ18にゲート絶縁膜容量19が接続された構造で表す。ここでは、サブトランジスタ18の個数を5個にしているが、2個以上であれば何個でも、以下の議論に変わりはない。マルチトランジスタモデルにより、薄膜トランジスタのゲート絶縁膜容量の電圧依存性・周波数依存性を、正確に再現することができる。特に、長チャネルの薄膜トランジスタでは、チャネル抵抗が比較的高く、ゲート絶縁膜容量が比較的大きいので、電圧依存性・周波数依存性が大きくなり、マルチトランジスタモデルを用いる意義が大きい。
【0005】
実効コンダクタンスモデルについては、M. J. Izzard, Jpn. J. Appl. Phys. 30, L170 (1991)、M. J. Quinn, IDRC '94, 402 (1994)、M. J. Quinn, AMLCD '94, 160 (1994)、M. J. Quinn, EuroDisplay '96 WORKSHOP, 49 (1996), M. Kimura, AMLCD 98, 181-184 (1998)などを参照されたい。薄膜トランジスタについては、デバイス構造・製造プロセスも多種多様存在し、それぞれのデバイス構造・製造プロセスにより、特性が大きく異なる。さらに、薄膜トランジスタに用いられる非晶質シリコン・多結晶シリコン中でのキャリア伝導には、現在不明点が多い。そのため、現状では、特性を表す統一的な基礎方程式・物理方程式が存在しない。そこで、実用的なモデルのひとつとして挙げられるのが、実効コンダクタンスモデルである。実効コンダクタンスモデルは、実際のトランジスタ特性をそのまま用いるので、如何なる特性も正しく表現することができる。実用的なモデルであるといえる。
【0006】
図2に、長チャネルトランジスタに対する、マルチトランジスタ実効コンダクタンスモデルの動作を示す。グラフは各Vgsに対応し、横軸はVds、縦軸はIdsを表す。まず、トランジスタ特性が準備される。サブトランジスタでは、チャネル幅(W)は元のトランジスタと同じであるが、チャネル長(L)は元のトランジスタの1/5となる。故に、このグラフに示すサブトランジスタの特性は、元のトランジスタの特性の5倍となっている。k番目のサブトランジスタの特性は、次式で表される関数である。
Ik=Ids(Vgs, Vk)-Ids(Vgs, Vk-1)
ここで、Vgsは元のトランジスタのゲート・ソース間電圧、Vkはk番目の内部ノードの電位であり、V0は元のトランジスタのソース電位に等しく、V5は元のトランジスタのドレイン電位に等しい。これを、図2を用いて説明すると、次のようになる。まず、Vgsに該当するIds-Vdsグラフを選び出す。そして、内部ノード電圧Vkに対応する電流値Ids(Vgs, Vk)と、内部ノード電圧Vk-1に対応する電流値Ids(Vgs, Vk-1)を読み取る。これらの差が、Ikとなる。定常状態においては、I1=I2=I3=I4=I5となる。この条件を与えるV1, V2, V3, V4, V5が、定常状態における内部ノード電位となる。
【0007】
図3に、長チャネルトランジスタに対する、内部ノード電位を示す。図2と図3とは、鏡映関係にある。この内部ノード電位の分布は、デバイスシミュレーション(Silvaco International社Atlasなど)や解析的考察(サブミクロンデバイス2, 田中 昭二, 丸善株式会社 など)により得られるチャネル電位と、よく似ている。
【0008】
図4に、マルチトランジスタ実効コンダクタンスモデルによる、ゲート絶縁膜容量の電圧依存性・周波数依存性の一例を示す。なお、図4では、Vds=10Vで、Coxは幾何的に計算したゲート絶縁膜容量である。この結果は、実測値とよく一致するものである。
【0009】
【発明が解決しようとする課題】
マルチトランジスタモデルは、短チャネルトランジスタに対して、正しく動作しない。ここで、短チャネルトランジスタとは、キンク効果が存在するトランジスタを指す。また、キンク効果とは、本来の飽和領域においてもIdsが飽和せず、Vdsの増加にしたがって、Idsが急激に増加して行く現象を指す。図5に、短チャネルトランジスタに対する、マルチトランジスタ実効コンダクタンスモデルの動作を示す。図6に、短チャネルトランジスタに対する、内部ノード電位を示す。この内部ノード電位の分布は、前述の正常なトランジスタに対する内部ノード電位を求めた場合と同様の考察により、求められている。前述のデバイスシミュレーションや解析的考察によれば、短チャネルトランジスタに対しても、チャネル電位は、長チャネルトランジスタと似たような分布となるはずである。短チャネルトランジスタに対する、マルチトランジスタ実効コンダクタンスモデルによる内部ノード電位は、デバイスシミュレーションや解析的考察によるチャネル電位と、全く異なり、正しくないものである。
【0010】
このように、内部ノード電位の分布が正しくないことにより、トランジスタを動作させるのに必要とされる、ゲート電極への充放電電荷が、正しくシミュレーションできなくなる。よって、過渡解析における評価結果(リングオシレータ発振周波数、シフトレジスタ最高動作周波数など)が、正しくなくなる。特に、短チャネルの薄膜トランジスタほど、キンク効果が比較的大きくなるので、マルチトランジスタモデルの正当性は失われやすい。
【0011】
図7に、リングオシレータの発振周波数の、マルチトランジスタ実効コンダクタンスモデルによるシミュレーション結果と実測値の比較を示す。マルチトランジスタモデルでは、前述の充放電電荷が正しくシミュレーションできなくなっていることにより、リングオシレータの発振周波数が、実測値よりも高くなってしまっている。
【0012】
そこで本発明の目的は、回路シミュレータ用トランジスタモデルにおいて、長チャネルトランジスタに現れるようなゲート絶縁膜容量の電圧依存性・周波数依存性を正確に再現し、同時に、短チャネルトランジスタで現れるような内部ノード電位の分布を正しくシミュレートすることにより、過渡解析においても正しいシミュレーション結果を得ることを目的とする。
【0013】
【課題を解決するための手段】
本発明に係るシミュレーション方法の一態様は、第1トランジスタと、第2トランジスタとを含む回路のシミュレーション方法であって、前記第1トランジスタのチャネル長より前記第2トランジスタのチャネル長が短く、前記第1トランジスタはキンク効果が発生せず、前記第2トランジスタはキンク効果が発生するものであり、前記第1トランジスタにマルチトランジスタモデルを用いて前記第1トランジスタのゲート絶縁膜容量の電圧依存性・周波依存性を再現する工程と、前記第2トランジスタにモノトランジスタモデルを用いて前記第2トランジスタの内部ノード電位の分布を再現する工程と、を含む、ことを特徴とする。
上記シミュレーション方法において、前記マルチトランジスタモデルが、ひとつのトランジスタを複数のサブトランジスタが直列に接続されたものと見立て、前記複数のサブトランジスタの各々の内部ノード電位を読み取り、前記各々の内部ノード電位の分布を利用するものである、ことが好ましい。
上記シミュレーション方法において、前記第1トランジスタは画素部分に形成され、前記第2トランジスタはドライバ部分に形成される、ことが好ましい。
上記シミュレーション方法において、前記第1トランジスタのチャネル長は4μ以上である、ことが好ましい。
上記シミュレーション方法において、前記第2トランジスタのチャネル長は4μ以下である、ことが好ましい。
本発明に係る設計方法の一態様は、上記シミュレーション方法を用いて前記第1トランジスタと前記第2トランジスタとを含む回路を設計することを特徴とする。
【0014】
本発明に係る回路シミュレータ用トランジスタモデルの一態様は、ひとつのトランジスタを、そのままひとつのトランジスタで表すモデルを、モノトランジスタモデルと定義し、ひとつのトランジスタを、複数のサブトランジスタが直列に接続され、各々のサブトランジスタにゲート絶縁膜容量が接続された構造で表すモデルを、マルチトランジスタモデルと定義したとき、各々のトランジスタに対して、モノトランジスタモデルと、マルチトランジスタモデルとを、選択して用いることを特徴とする、回路シミュレータ用トランジスタモデルである。
本構成によれば、モノトランジスタモデルにより正しくシミュレートできるトランジスタに対してはモノトランジスタモデルを用い、マルチトランジスタモデルにより正しくシミュレートできるトランジスタに対してはマルチトランジスタモデルを用いることで、全てのトランジスタを正しくシミュレートすることが、可能となる。
【0015】
上記回路シミュレータ用トランジスタモデルにおいて、モノトランジスタモデルでは、ゲート絶縁膜容量がゲート電極とソース電極との間に接続されていることを特徴とする、ことが好ましい。
【0016】
本構成によれば、モノトランジスタモデルにおいて、ゲート絶縁膜容量が過小評価されることがなくなり、安全側の設計となる。
【0017】
上記回路シミュレータ用トランジスタモデルにおいて、キンク効果が存在するトランジスタに対しては、モノトランジスタモデルを用い、キンク効果が存在しないトランジスタに対しては、マルチトランジスタモデルを用いることを特徴とすることが好ましい。
【0018】
本構成によれば、モノトランジスタモデルにより正しくシミュレートできるキンク効果が存在するトランジスタに対してはモノトランジスタモデルを用い、マルチトランジスタモデルにより正しくシミュレートできるキンク効果が存在しないトランジスタに対してはマルチトランジスタモデルを用いることで、全てのトランジスタを正しくシミュレートすることが、可能となる。
【0019】
上記回路シミュレータ用トランジスタモデルにおいて、短チャネルトランジスタに対しては、モノトランジスタモデルを用い、長チャネルトランジスタに対しては、マルチトランジスタモデルを用いることが好ましい。
【0020】
ここで、短チャネルトランジスタとは、使用される動作条件において、ドレイン端の電界が高く、衝突イオン化が発生するトランジスタと定義され、キンク効果が発生しやすい。一方、長チャネルトランジスタとは、使用される動作条件において、ドレイン端の電界が低く、衝突イオン化が発生しないトランジスタと定義され、キンク効果が発生しにくい。
【0021】
本構成によれば、モノトランジスタモデルにより正しくシミュレートできる短チャネルトランジスタに対してはモノトランジスタモデルを用い、マルチトランジスタモデルにより正しくシミュレートできる長チャネルトランジスタに対してはマルチトランジスタモデルを用いることで、全てのトランジスタを正しくシミュレートすることが、可能となる。
【0022】
上記回路シミュレータ用トランジスタモデルを薄膜トランジスタに適用することが好ましい。
【0023】
本構成によれば、モノトランジスタモデルにより正しくシミュレートできるトランジスタと、マルチトランジスタモデルにより正しくシミュレートできるトランジスタとが混在する場合の多い薄膜トランジスタに対して、全てのトランジスタを正しくシミュレートすることが、可能となる。
【0024】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の好ましい実施例を説明する。本実施例は、薄膜トランジスタを想定しているが、バルクトランジスタ、SOI(Silicon On Insulator)トランジスタなどに対しても、本発明の思想は有効である。
【0025】
図8に、本実施例における回路シミュレーションを行う回路を示す。この回路は、ドライバ内蔵のディスプレイに関するもので、ドライバ部分と画素部分との回路シミュレーションを同時に行う場合を、想定している。シフトレジスタ21、バッファ22、アナログスイッチ23は、表示部分周辺に配置される内蔵ドライバである。画素トランジスタ24は、表示部分内部の各画素に配置される。
【0026】
シフトレジスタ21、バッファ22、アナログスイッチ23などの内蔵ドライバに存在する薄膜トランジスタに関しては、オン電流が大きいことが重視されるため、比較的短チャネル(4ミクロン程度以下)の薄膜トランジスタが用いられることが多い。この場合、キンク効果が存在するので、モノトランジスタモデルを用いる必要がある。ゲート絶縁膜容量の電圧依存性・周波数依存性は大きくないので、マルチトランジスタモデルを用いる必要はない。そこで、モノトランジスタモデルを用いる。図9に、モノトランジスタモデルを示す。ゲート絶縁膜容量はゲート電極とソース電極との間に接続されている。これらの回路において、ソース電極の電位は固定あるいは変化量は少ない一方、ドレイン電極の電位はゲート電極の電位に追従して変動する。故に、同じゲート絶縁膜容量が接続されるとき、ゲート電極とソース電極への充放電電荷の方が、ゲート電極とドレイン電極との間の充放電電荷よりも大きい。よって、本実施例のように、ゲート絶縁膜容量がゲート電極とソース電極との間に接続されていることにより、充放電電流が過小評価されることが無くなり、安全側の設計となる。なお、ゲート絶縁膜容量がゲート電極とソース電極との間に接続されず、ゲート電極とドレイン電極との間に接続されている場合、または、ゲート電極とソース電極との間およびゲート電極とドレイン電極との間に1/2ずつ接続されている場合も、本発明の思想の一部は有効である。
【0027】
画素トランジスタ24に関しては、オフ電流が小さいことが重視されるため、比較的長チャネル(4ミクロン程度以上)の薄膜トランジスタが用いられることが多い。この場合、ゲート絶縁膜容量の電圧依存性・周波数依存性が大きくなるので、マルチトランジスタモデルを用いる必要がある。キンク効果は存在しないので、モノトランジスタモデルを用いる必要はない。そこで、マルチトランジスタモデルを用いる。マルチトランジスタモデルについては、前述のとおりである(図1)。
【0028】
図10に、リングオシレータの発振周波数の、モノトランジスタ実効コンダクタンスモデルによるシミュレーション結果と実測値の比較を示す。この回路は、図8に示す回路とは異なるが、モノトランジスタモデルを用いる効果を説明するには十分である。モノトランジスタモデルでは、リングオシレータの発振周波数やシフトレジスタの動作限界周波数が、実測値よりも低くなっている。完全に正しいシミュレーションとは言えないものの、モノトランジスタモデルにより設計を行うことで、安全側の設計を行うことが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】マルチトランジスタモデルを示す図。
【図2】長チャネルトランジスタに対する、マルチトランジスタ実効コンダクタンスモデルの動作を示す図。
【図3】長チャネルトランジスタに対する、内部ノード電位を示す図。
【図4】マルチトランジスタ実効コンダクタンスモデルによる、ゲート絶縁膜容量の電圧依存性・周波数依存性の一例を示す図。
【図5】短チャネルトランジスタに対する、マルチトランジスタ実効コンダクタンスモデルの動作を示す図。
【図6】短チャネルトランジスタに対する、内部ノード電位を示す図。
【図7】リングオシレータの発振周波数の、マルチトランジスタ実効コンダクタンスモデルによるシミュレーション結果と実測値の比較。
【図8】回路シミュレーションを行う回路を示す図。
【図9】モノトランジスタモデルを示す図。
【図10】リングオシレータの発振周波数の、モノトランジスタ実効コンダクタンスモデルによるシミュレーション結果と実測値の比較。
【符号の説明】
11 ゲート電極
12 ゲート絶縁膜
13 ソース電極
14 ソース領域
15 ドレイン電極
16 ドレイン領域
17 チャネル領域
18 サブトランジスタ
19 ゲート絶縁膜容量
T1 第1サブトランジスタ
T2 第2サブトランジスタ
T3 第3サブトランジスタ
T4 第4サブトランジスタ
T5 第5サブトランジスタ
V0 第0内部ノード電位
V1 第1内部ノード電位
V2 第2内部ノード電位
V3 第3内部ノード電位
V4 第4内部ノード電位
V5 第5内部ノード電位
I1 第1サブトランジスタ電流
I2 第2サブトランジスタ電流
I3 第3サブトランジスタ電流
I4 第4サブトランジスタ電流
I5 第5サブトランジスタ電流
21 シフトレジスタ
22 バッファ
23 アナログスイッチ
24 画素トランジスタ
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a transistor model for a circuit simulator, and more particularly to a practical and accurate transistor model for a circuit simulator used for a thin film transistor circuit simulator.
[0002]
[Prior art]
A circuit simulator is an important tool in the research and development of transistor processes, devices, and circuits. Its purpose is to improve development efficiency, realize optimal design, and present research guidelines. The transistor circuit simulator requires a practical and accurate transistor model.
[0003]
On the other hand, thin film transistors, which are listed as a kind of transistor, are widely used in display devices and sensors, and the range of use is expected to expand further in the future. In particular, according to the polycrystalline silicon thin film transistor, not only a pixel but also a drive circuit can be configured. The circuit simulator described above is indispensable for designing the drive circuit.
[0004]
As a transistor model for a circuit simulator for a thin film transistor, a model that is considered to be the best at present is a model that combines a multi-transistor model and an effective conductance model (multi-transistor effective conductance model). For the multi-transistor model, see MJ Quinn, IDRC '94, 402 (1994), MJ Quinn, AMLCD '94, 160 (1994), MJ Quinn, EuroDisplay '96 WORKSHOP, 49 (1996). Thin film transistors are characterized by a relatively high channel resistance even in the on state and a large gate insulating film capacitance due to a long channel length. For this reason, it becomes necessary to treat the transistor as a transmission line. In the circuit simulator, a model of the effect of this transmission line is a multi-transistor model. FIG. 1 shows a multi-transistor model. In the multi-transistor model, one transistor is represented by a structure in which a plurality of sub-transistors 18 are connected in series, and a gate insulating film capacitor 19 is connected to each sub-transistor 18. Here, the number of sub-transistors 18 is five, but the number of sub-transistors 18 is not limited as long as it is two or more. With the multi-transistor model, the voltage dependency and frequency dependency of the gate insulating film capacitance of the thin film transistor can be accurately reproduced. In particular, a long-channel thin film transistor has a relatively high channel resistance and a relatively large gate insulating film capacitance, so that voltage dependency and frequency dependency are increased, and it is significant to use a multi-transistor model.
[0005]
For effective conductance models, see MJ Izzard, Jpn. J. Appl. Phys. 30, L170 (1991), MJ Quinn, IDRC '94, 402 (1994), MJ Quinn, AMLCD '94, 160 (1994), MJ Quinn , EuroDisplay '96 WORKSHOP, 49 (1996), M. Kimura, AMLCD 98, 181-184 (1998). There are a wide variety of device structures and manufacturing processes for thin film transistors, and the characteristics differ greatly depending on the device structure and manufacturing process. Furthermore, there are currently many unclear points regarding carrier conduction in amorphous silicon / polycrystalline silicon used in thin film transistors. Therefore, at present, there is no unified basic equation / physical equation that represents the characteristics. Therefore, one of practical models is the effective conductance model. Since the effective conductance model uses actual transistor characteristics as they are, any characteristics can be expressed correctly. It can be said that it is a practical model.
[0006]
FIG. 2 shows the operation of the multi-transistor effective conductance model for the long channel transistor. The graph corresponds to each Vgs, the horizontal axis represents Vds, and the vertical axis represents Ids. First, transistor characteristics are prepared. In the sub-transistor, the channel width (W) is the same as that of the original transistor, but the channel length (L) is 1/5 of that of the original transistor. Therefore, the characteristics of the sub-transistor shown in this graph are five times that of the original transistor. The characteristic of the kth sub-transistor is a function expressed by the following equation.
Ik = Ids (Vgs, Vk) -Ids (Vgs, Vk-1)
Here, Vgs is the gate-source voltage of the original transistor, Vk is the potential of the kth internal node, V0 is equal to the source potential of the original transistor, and V5 is equal to the drain potential of the original transistor. This will be described with reference to FIG. First, select the Ids-Vds graph corresponding to Vgs. Then, the current value Ids (Vgs, Vk) corresponding to the internal node voltage Vk and the current value Ids (Vgs, Vk-1) corresponding to the internal node voltage Vk-1 are read. These differences are Ik. In the steady state, I1 = I2 = I3 = I4 = I5. V1, V2, V3, V4, and V5 giving this condition are internal node potentials in the steady state.
[0007]
FIG. 3 shows the internal node potential for the long channel transistor. FIG. 2 and FIG. 3 are in a mirror relationship. This internal node potential distribution is very similar to the channel potential obtained by device simulation (such as Silvaco International's Atlas) and analytical considerations (submicron device 2, Shoji Tanaka, Maruzen, etc.).
[0008]
FIG. 4 shows an example of the voltage dependency and frequency dependency of the gate insulating film capacitance based on the multi-transistor effective conductance model. In FIG. 4, Vds = 10V and Cox is a gate insulating film capacitance calculated geometrically. This result agrees well with the actual measurement value.
[0009]
[Problems to be solved by the invention]
The multi-transistor model does not work correctly for short channel transistors. Here, the short channel transistor refers to a transistor having a kink effect. The kink effect refers to a phenomenon in which Ids does not saturate even in the original saturation region, and Ids rapidly increases as Vds increases. FIG. 5 shows the operation of the multi-transistor effective conductance model for the short channel transistor. FIG. 6 shows the internal node potential for the short channel transistor. The distribution of the internal node potential is obtained by the same consideration as the case of obtaining the internal node potential for the normal transistor described above. According to the above-described device simulation and analytical considerations, the channel potential should have a distribution similar to that of the long channel transistor even for the short channel transistor. The internal node potential based on the multi-transistor effective conductance model for a short channel transistor is completely different from the channel potential based on device simulation and analytical considerations, and is incorrect.
[0010]
As described above, since the distribution of the internal node potential is not correct, the charge / discharge charge to the gate electrode required for operating the transistor cannot be simulated correctly. Therefore, the evaluation results in the transient analysis (ring oscillator oscillation frequency, maximum shift register operating frequency, etc.) become incorrect. In particular, the short channel thin film transistor has a relatively large kink effect, so that the validity of the multi-transistor model is easily lost.
[0011]
FIG. 7 shows a comparison between the simulation result of the oscillation frequency of the ring oscillator and the actual measurement value based on the multi-transistor effective conductance model. In the multi-transistor model, the charge / discharge charge cannot be correctly simulated, and the oscillation frequency of the ring oscillator is higher than the actual measurement value.
[0012]
Therefore, the object of the present invention is to accurately reproduce the voltage dependence and frequency dependence of the gate insulating film capacitance as it appears in a long channel transistor in a transistor model for a circuit simulator, and at the same time, an internal node that appears as a short channel transistor. The object is to obtain a correct simulation result even in transient analysis by correctly simulating the distribution of potential.
[0013]
[Means for Solving the Problems]
One aspect of the simulation method according to the present invention is a circuit simulation method including a first transistor and a second transistor, wherein the channel length of the second transistor is shorter than the channel length of the first transistor. One transistor has no kink effect, and the second transistor has a kink effect. The multi-transistor model is used for the first transistor, and the voltage dependency and frequency of the gate insulating film capacitance of the first transistor are used. And regenerating the distribution of the internal node potential of the second transistor using a monotransistor model for the second transistor.
In the simulation method, the multi-transistor model assumes that one transistor is a plurality of sub-transistors connected in series, reads the internal node potential of each of the plurality of sub-transistors, It is preferable to use a distribution.
In the simulation method, it is preferable that the first transistor is formed in a pixel portion and the second transistor is formed in a driver portion.
In the simulation method, the channel length of the first transistor is preferably 4 μm or more.
In the simulation method, the channel length of the second transistor is preferably 4 μm or less.
One aspect of the design method according to the present invention is to design a circuit including the first transistor and the second transistor using the simulation method.
[0014]
One aspect of the transistor model for a circuit simulator according to the present invention is a monotransistor model in which a single transistor is represented by a single transistor as it is, and a single transistor is connected to a plurality of sub-transistors in series. When a model represented by a structure in which a gate insulating film capacitance is connected to each sub-transistor is defined as a multi-transistor model, a mono-transistor model and a multi-transistor model are selectively used for each transistor. A transistor model for a circuit simulator, characterized in that
According to this configuration, the monotransistor model is used for transistors that can be correctly simulated by the monotransistor model, and the multitransistor model is used for transistors that can be correctly simulated by the multitransistor model. It is possible to simulate correctly.
[0015]
In the transistor model for circuit simulator, in the monotransistor model, it is preferable that the gate insulating film capacitance is connected between the gate electrode and the source electrode.
[0016]
According to this configuration, in the monotransistor model, the gate insulating film capacitance is not underestimated, and the design is on the safe side.
[0017]
In the transistor model for the circuit simulator, it is preferable that a monotransistor model is used for a transistor having a kink effect, and a multi-transistor model is used for a transistor having no kink effect.
[0018]
According to this configuration, the monotransistor model is used for a transistor having a kink effect that can be correctly simulated by the monotransistor model, and the multitransistor is used for a transistor having no kink effect that can be correctly simulated by the multitransistor model. By using the model, it is possible to correctly simulate all the transistors.
[0019]
In the transistor model for the circuit simulator, it is preferable to use a monotransistor model for a short channel transistor and a multi-transistor model for a long channel transistor.
[0020]
Here, the short channel transistor is defined as a transistor in which the electric field at the drain end is high and impact ionization occurs under the operating conditions used, and the kink effect is likely to occur. On the other hand, a long channel transistor is defined as a transistor in which the electric field at the drain end is low and collision ionization does not occur under the operating conditions used, and the kink effect is unlikely to occur.
[0021]
According to this configuration, by using a monotransistor model for a short channel transistor that can be correctly simulated by a monotransistor model, and using a multitransistor model for a long channel transistor that can be correctly simulated by a multitransistor model, It is possible to correctly simulate all transistors.
[0022]
It is preferable to apply the transistor model for circuit simulator to a thin film transistor.
[0023]
According to this configuration, it is possible to correctly simulate all transistors for thin-film transistors, which often include transistors that can be correctly simulated by the monotransistor model and transistors that can be correctly simulated by the multi-transistor model. It becomes.
[0024]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described. This embodiment assumes a thin film transistor, but the idea of the present invention is also effective for a bulk transistor, an SOI (Silicon On Insulator) transistor, and the like.
[0025]
FIG. 8 shows a circuit for performing circuit simulation in this embodiment. This circuit relates to a display with a built-in driver, and assumes a case where circuit simulation of the driver portion and the pixel portion is performed simultaneously. The shift register 21, the buffer 22, and the analog switch 23 are built-in drivers arranged around the display portion. The pixel transistor 24 is disposed in each pixel inside the display portion.
[0026]
As for the thin film transistors existing in the built-in drivers such as the shift register 21, the buffer 22, and the analog switch 23, since a high on-state current is important, a thin film transistor having a relatively short channel (about 4 microns or less) is often used. . In this case, since a kink effect exists, it is necessary to use a monotransistor model. Since the voltage dependency and frequency dependency of the gate insulating film capacitance are not large, it is not necessary to use a multi-transistor model. Therefore, a monotransistor model is used. FIG. 9 shows a monotransistor model. The gate insulating film capacitor is connected between the gate electrode and the source electrode. In these circuits, the potential of the source electrode is fixed or little changed, while the potential of the drain electrode varies following the potential of the gate electrode. Therefore, when the same gate insulating film capacitance is connected, the charge / discharge charge to the gate electrode and the source electrode is larger than the charge / discharge charge between the gate electrode and the drain electrode. Therefore, as in the present embodiment, the gate insulating film capacitance is connected between the gate electrode and the source electrode, so that the charge / discharge current is not underestimated and the design is on the safe side. Note that the gate insulating film capacitor is not connected between the gate electrode and the source electrode, but is connected between the gate electrode and the drain electrode, or between the gate electrode and the source electrode and between the gate electrode and the drain electrode. A part of the idea of the present invention is also effective in the case where a half is connected between the electrodes.
[0027]
Regarding the pixel transistor 24, since it is important to have a small off-state current, a thin film transistor having a relatively long channel (about 4 microns or more) is often used. In this case, since the voltage dependency and frequency dependency of the gate insulating film capacitance are increased, it is necessary to use a multi-transistor model. Since there is no kink effect, there is no need to use a monotransistor model. Therefore, a multi-transistor model is used. The multi-transistor model is as described above (FIG. 1).
[0028]
FIG. 10 shows a comparison between the simulation result of the oscillation frequency of the ring oscillator and the actual measurement value based on the monotransistor effective conductance model. This circuit is different from the circuit shown in FIG. 8, but is sufficient to explain the effect of using the monotransistor model. In the monotransistor model, the oscillation frequency of the ring oscillator and the operation limit frequency of the shift register are lower than the actually measured values. Although it cannot be said that the simulation is completely correct, it is possible to design on the safe side by designing with a monotransistor model.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 shows a multi-transistor model.
FIG. 2 is a diagram showing the operation of a multi-transistor effective conductance model for a long channel transistor.
FIG. 3 is a diagram showing an internal node potential for a long channel transistor.
FIG. 4 is a diagram illustrating an example of voltage dependency and frequency dependency of a gate insulating film capacitance according to a multi-transistor effective conductance model.
FIG. 5 is a diagram showing the operation of a multi-transistor effective conductance model for a short channel transistor.
FIG. 6 is a diagram showing an internal node potential for a short channel transistor.
FIG. 7 shows a comparison between a simulation result of a multi-transistor effective conductance model and an actual measurement value of the oscillation frequency of the ring oscillator.
FIG. 8 is a diagram illustrating a circuit that performs circuit simulation.
FIG. 9 shows a monotransistor model.
FIG. 10 shows a comparison between a simulation result of a monotransistor effective conductance model and an actual measurement value of the oscillation frequency of the ring oscillator.
[Explanation of symbols]
11 Gate electrode 12 Gate insulating film 13 Source electrode 14 Source region 15 Drain electrode 16 Drain region 17 Channel region 18 Subtransistor 19 Gate insulating film capacitance
T1 1st sub-transistor
T2 Second sub-transistor
T3 3rd sub-transistor
T4 4th sub-transistor
T5 5th sub-transistor
V0 0th internal node potential
V1 First internal node potential
V2 Second internal node potential
V3 Third internal node potential
V4 Fourth internal node potential
V5 5th internal node potential
I1 1st sub-transistor current
I2 Second sub-transistor current
I3 3rd sub-transistor current
I4 4th sub-transistor current
I5 5th sub-transistor current 21 Shift register 22 Buffer 23 Analog switch 24 Pixel transistor

Claims (6)

第1トランジスタと、第2トランジスタとを含む回路のシミュレーション方法であって、A simulation method of a circuit including a first transistor and a second transistor,
前記第1トランジスタのチャネル長より前記第2トランジスタのチャネル長が短く、前記第1トランジスタはキンク効果が発生せず、前記第2トランジスタはキンク効果が発生するものであり、  The channel length of the second transistor is shorter than the channel length of the first transistor, the first transistor does not generate a kink effect, and the second transistor generates a kink effect,
前記第1トランジスタにマルチトランジスタモデルを用いて前記第1トランジスタのゲート絶縁膜容量の電圧依存性・周波依存性を再現する工程と、  Reproducing the voltage dependence and frequency dependence of the gate insulating film capacitance of the first transistor using a multi-transistor model for the first transistor;
前記第2トランジスタにモノトランジスタモデルを用いて前記第2トランジスタの内部ノード電位の分布を再現する工程と、を含む、  Reproducing the internal node potential distribution of the second transistor using a monotransistor model for the second transistor,
ことを特徴とするシミュレーション方法。  A simulation method characterized by that.
請求項1に記載のシミュレーション方法において、The simulation method according to claim 1,
前記マルチトランジスタモデルが、ひとつのトランジスタを複数のサブトランジスタが直列に接続されたものと見立て、前記複数のサブトランジスタの各々の内部ノード電位を読み取り、前記各々の内部ノード電位の分布を利用するものである、  The multi-transistor model assumes that one transistor is a plurality of sub-transistors connected in series, reads the internal node potential of each of the plurality of sub-transistors, and uses the distribution of each internal node potential Is,
ことを特徴とするシミュレーション方法。  A simulation method characterized by that.
請求項1または2に記載のシミュレーション方法において、In the simulation method according to claim 1 or 2,
前記第1トランジスタは画素部分に形成され、前記第2トランジスタはドライバ部分に形成される、  The first transistor is formed in a pixel portion, and the second transistor is formed in a driver portion;
ことを特徴とするシミュレーション方法。  A simulation method characterized by that.
請求項1ないし3のいずれか一項に記載のシミュレーション方法において、In the simulation method according to any one of claims 1 to 3,
前記第1トランジスタのチャネル長は4μ以上である、  The channel length of the first transistor is 4 μm or more.
ことを特徴とするシミュレーション方法。  A simulation method characterized by that.
請求項1ないし4のいずれか一項に記載のシミュレーション方法において、In the simulation method according to any one of claims 1 to 4,
前記第2トランジスタのチャネル長は4μ以下である、  The channel length of the second transistor is 4 μm or less.
ことを特徴とするシミュレーション方法。  A simulation method characterized by that.
請求項1ないし5のいずれか一項に記載のシミュレーション方法を用いて前記第1トランジスタと前記第2トランジスタとを含む回路を設計する、A circuit including the first transistor and the second transistor is designed using the simulation method according to any one of claims 1 to 5.
ことを特徴とする設計方法。  A design method characterized by that.
JP2001106282A 2000-04-04 2001-04-04 Simulation method and design method Expired - Fee Related JP4122720B2 (en)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
GB0008284A GB2361077B (en) 2000-04-04 2000-04-04 Transistor model for circuit simulator
GB0008284.2 2000-04-04

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2002009300A JP2002009300A (en) 2002-01-11
JP4122720B2 true JP4122720B2 (en) 2008-07-23

Family

ID=9889189

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2001106282A Expired - Fee Related JP4122720B2 (en) 2000-04-04 2001-04-04 Simulation method and design method

Country Status (2)

Country Link
JP (1) JP4122720B2 (en)
GB (1) GB2361077B (en)

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100688525B1 (en) 2005-01-26 2007-03-02 삼성전자주식회사 Evevt driven switch level simulation method and simulator
US7675372B2 (en) * 2006-08-09 2010-03-09 Qualcomm Incorporated Circuit simulator parameter extraction using a configurable ring oscillator

Also Published As

Publication number Publication date
GB0008284D0 (en) 2000-05-24
GB2361077B (en) 2004-08-11
JP2002009300A (en) 2002-01-11
GB2361077A (en) 2001-10-10

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US7627840B2 (en) Method for soft error modeling with double current pulse
US20050278677A1 (en) Novel test structure for automatic dynamic negative-bias temperature instability testing
KR100529615B1 (en) Test circuit for measuring degradation of transistors
CN101135716A (en) Method and apparatus for measuring leakage current
Workman et al. Physical modeling of temperature dependences of SOI CMOS devices and circuits including self-heating
WO2000075816A1 (en) Test generation for analog circuits using partitioning and inverted system simulation
JP4122720B2 (en) Simulation method and design method
WO2012126236A1 (en) Body-tied structure soi field-effect transistor equivalent electrical model and modeling method
Biegel et al. Applied bias slewing in transient Wigner function simulation of resonant tunneling diodes
Safaltin et al. Realization of four-terminal switching lattices: Technology development and circuit modeling
JP4312527B2 (en) Transistor simulator, parameter extraction apparatus, simulation method, parameter extraction method, program thereof, and recording medium
Jardel et al. A new nonlinear HEMT model for AlGaN/GaN switch applications
US7708460B1 (en) Method and apparatus for measuring temperature on a silicon device
JP4357161B2 (en) Method for simulating electrostatic discharge protection circuit
JP2008053617A (en) Current model generating method and electronic circuit
Zhou et al. Latency Insertion Method for FinFET DC Operating Point Simulation Based on BSIM-CMG
Reuter et al. Quick compact model development through slow transient simulation: An alternative approach to table models for emerging nanodevices
Ikeda Surface potential-based polycrystalline silicon thin-film transistor model
Tuinenga et al. Circuit modeling of single-event transient pulse stretching in digital CMOS
Roymohapatra et al. Enhanced look-up table approach for modeling of floating body SOI MOSFET
Hu Compact modeling for the changing transistor
Kawaguchi et al. Subcircuit SPICE modeling of a lateral IGBT for high voltage power IC design
US8893064B1 (en) System and method for determining merged resistance values for same-type terminals in a complex semiconductor structure
JP3746699B2 (en) Semiconductor integrated circuit analysis system
Quinn et al. High-field effects in polysilicon thin-film transistors

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20040527

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20070215

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20070424

A521 Written amendment

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20070621

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20080408

A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20080421

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20110516

Year of fee payment: 3

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20120516

Year of fee payment: 4

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20120516

Year of fee payment: 4

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20130516

Year of fee payment: 5

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20140516

Year of fee payment: 6

LAPS Cancellation because of no payment of annual fees