JP5079278B2 - SIMULATION METHOD USING TRANSISTOR MODEL AND METHOD FOR CONTROLLING CIRCUIT OF FIELD EFFECT TRANSISTOR BASED ON SIMULATION METHOD USING TRANSISTOR MODEL - Google Patents

SIMULATION METHOD USING TRANSISTOR MODEL AND METHOD FOR CONTROLLING CIRCUIT OF FIELD EFFECT TRANSISTOR BASED ON SIMULATION METHOD USING TRANSISTOR MODEL Download PDF

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本発明は、電界効果型トランジスタのチャネル形成領域におけるポテンシャル分布の変化に起因する閾値電圧の変化を反映させて動作解析を行うためのトランジスタモデルを用いたシミュレーション方法、及び、トランジスタモデルを用いたシミュレーション方法に基づく、電界効果型トランジスタから成る回路の動作制御方法に関する。   The present invention relates to a simulation method using a transistor model for performing an operation analysis by reflecting a change in threshold voltage caused by a change in potential distribution in a channel formation region of a field effect transistor, and a simulation using the transistor model The present invention relates to an operation control method for a circuit composed of a field effect transistor based on the method.

電界効果型トランジスタ、特に、液晶デバイス等に用いられるポリシリコン薄膜トランジスタやアモルファスシリコン薄膜トランジスタは、動作条件によって閾値電圧が過渡的に変動することが知られている。従来より、トランジスタの閾値電圧が過渡的に変動する現象をトランジスタモデルを用いたシミュレーションに反映させて、電界効果型トランジスタの動作解析の精度を向上させる方法が提案されている。   It is known that a threshold voltage of a field effect transistor, in particular, a polysilicon thin film transistor or an amorphous silicon thin film transistor used for a liquid crystal device or the like, varies transiently depending on operating conditions. Conventionally, there has been proposed a method for improving the accuracy of operation analysis of a field effect transistor by reflecting a phenomenon in which a threshold voltage of a transistor fluctuates transiently in a simulation using a transistor model.

特開平10−326295号公報(特許文献1)には、アモルファスシリコン薄膜トランジスタの電気伝導について禁制帯(禁止帯)内の局在準位が密接に関与すること、及び、動作時のバイアス条件や履歴によって閾値電圧が変動することが開示されている。また、上記特許文献1には、互いに並列接続された抵抗モデルと静電容量モデルの対が直列に接続されて成る回路モデルにドレイン電流モデルが接続されて成る閾値電圧用モデルを用いることにより、トランジスタモデルに流れる電流の値に基づいて閾値電圧の値を補正する解析方法が開示されている。   Japanese Laid-Open Patent Publication No. 10-326295 (Patent Document 1) discloses that local levels in the forbidden band (forbidden band) are closely involved in the electrical conduction of amorphous silicon thin film transistors, and bias conditions and history during operation. , The threshold voltage varies. Further, in the above-mentioned Patent Document 1, by using a threshold voltage model in which a drain current model is connected to a circuit model in which a pair of a resistance model and a capacitance model connected in parallel is connected in series, An analysis method for correcting the value of the threshold voltage based on the value of the current flowing through the transistor model is disclosed.

特開平10−326295号公報(第2−4頁、図3)JP 10-326295 A (page 2-4, FIG. 3)

特開平10−326295号公報に開示された方法にあっては、トランジスタモデルのドレイン端子−ソース端子間に電流が流れないときには、閾値電圧の値は変化しない。しかし、実トランジスタにあっては、ドレイン電極−ソース電極間に電流が流れない場合でも閾値電圧が変化する。例えば、「前田茂伸著、低消費電力・高速MOSFET技術 多結晶シリコンTFT負荷型SRAMとSOIデバイス、サイペック、2002年6月、p.37−38、図2−17(1)等」に開示されているように、所謂バンド間トラップが存在する場合には、トランジスタのゲート電極に電圧が印加されること等によりチャネル形成領域におけるポテンシャル分布が変化すると、キャリアがトラップされ閾値電圧が変動する。例えば、図9に示すように、トランジスタのドレイン電極−ソース電極間を短絡しゲート電極に電圧を印加した場合、チャネル形成領域の局在準位に電子がトラップ(捕獲)され、トランジスタの閾値が変動する。上述した特開平10−326295号公報に開示された方法においては、トランジスタモデルのドレイン端子−ソース端子間に電流が流れない限り閾値電圧の値は変動しない。このように、上述した方法は実トランジスタにおける閾値変動のメカニズムを充分反映しているとはいえず、シミュレーションの精度が低下する。   In the method disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 10-326295, the threshold voltage value does not change when no current flows between the drain terminal and the source terminal of the transistor model. However, in an actual transistor, the threshold voltage changes even when no current flows between the drain electrode and the source electrode. For example, disclosed by “Shigenobu Maeda, Low Power Consumption / High-Speed MOSFET Technology, Polycrystalline Silicon TFT Load SRAM and SOI Device, Cypec, June 2002, p. 37-38, FIG. 2-17 (1)”. As shown, when a so-called band-to-band trap is present, carriers are trapped and the threshold voltage fluctuates when the potential distribution in the channel formation region is changed by applying a voltage to the gate electrode of the transistor. For example, as shown in FIG. 9, when a drain electrode and a source electrode of a transistor are short-circuited and a voltage is applied to the gate electrode, electrons are trapped (captured) at the localized level of the channel formation region, and the threshold value of the transistor is fluctuate. In the method disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 10-326295 described above, the value of the threshold voltage does not vary unless a current flows between the drain terminal and the source terminal of the transistor model. Thus, it cannot be said that the above-described method sufficiently reflects the mechanism of threshold fluctuation in an actual transistor, and the accuracy of simulation is lowered.

従って、本発明の第1の目的は、電界効果型トランジスタのチャネル形成領域におけるポテンシャル分布の変化に起因する閾値電圧の変化を反映させて動作解析を行うためのトランジスタモデルを用いたシミュレーション方法を提供することにある。また、本発明の第2の目的は、電界効果型トランジスタのチャネル形成領域におけるポテンシャル分布の変化に起因する閾値電圧の変化を反映させて動作解析を行うためのトランジスタモデルを用いたシミュレーション方法に基づく、電界効果型トランジスタから成る回路の動作制御方法を提供することにある。   Accordingly, a first object of the present invention is to provide a simulation method using a transistor model for performing an operation analysis by reflecting a change in threshold voltage caused by a change in potential distribution in a channel formation region of a field effect transistor. There is to do. A second object of the present invention is based on a simulation method using a transistor model for performing an operation analysis by reflecting a change in threshold voltage caused by a change in potential distribution in a channel formation region of a field effect transistor. Another object of the present invention is to provide a method for controlling the operation of a circuit comprising a field effect transistor.

上記の第1の目的を達成するための本発明のシミュレーション方法は、電界効果型トランジスタのチャネル形成領域におけるポテンシャル分布の変化に起因する閾値電圧の変化を反映させて動作解析を行うためのトランジスタモデルを用いたシミュレーション方法であって、
(1)チャネル形成領域におけるポテンシャル分布の変化とチャネル形成領域における局在準位によって捕獲/放出されるキャリアとの関係を反映するように規定された閾値電圧計算用モデルによって得られる値に基づいて閾値電圧変化量を計算し、
(2)該閾値電圧変化量に基づいて閾値電圧の値を補正し、
(3)該補正された閾値電圧の値に基づいてトランジスタモデルから成る回路モデルの動作を解析する、ことからなり、閾値電圧計算用モデルは、独立した1つの積分回路モデルあるいは相互に独立した複数の積分回路モデルによって構成され、トランジスタモデルのゲート端子とソース端子との間の電位差の値をV gs 、所定の電圧の値をV gslim (但し、V gslim >0)としたとき、V gs の絶対値がV gslim の値以下である場合には、積分回路モデルのそれぞれにV gs の値の電圧を印加し、V gs の絶対値がV gslim の値を超える場合には、積分回路モデルのそれぞれにV gslim 2 /V gs の値の電圧を印加する。
The simulation method of the present invention for achieving the first object described above is a transistor model for performing an operation analysis reflecting a change in threshold voltage caused by a change in potential distribution in a channel formation region of a field effect transistor. A simulation method using
(1) Based on the value obtained by the threshold voltage calculation model defined to reflect the relationship between the potential distribution change in the channel formation region and the carriers captured / released by the localized levels in the channel formation region. Calculate the threshold voltage change amount,
(2) Correcting the threshold voltage value based on the threshold voltage variation,
(3) Analyzing the operation of a circuit model composed of a transistor model based on the corrected threshold voltage value . The threshold voltage calculation model may be one independent integration circuit model or a plurality of mutually independent integration circuit models. of which is constituted by an integrating circuit model, the value of the potential difference between the gate terminal and the source terminal of the transistor model V gs, the value of the predetermined voltage V gslim (where, V gslim> 0) when the, the V gs When the absolute value is less than or equal to V gslim , a voltage having a value of V gs is applied to each of the integration circuit models, and when the absolute value of V gs exceeds the value of V gslim , the integration circuit model A voltage having a value of V gslim 2 / V gs is applied to each.

上記の第2の目的を達成するための電界効果型トランジスタから成る回路の動作制御方法は、電界効果型トランジスタのチャネル形成領域におけるポテンシャル分布の変化に起因する閾値電圧の変化を反映させて動作解析を行うためのトランジスタモデルを用いたシミュレーション方法に基づく、電界効果型トランジスタから成る回路の動作制御方法であって、
該シミュレーション方法によって、
(1)チャネル形成領域におけるポテンシャル分布の変化とチャネル形成領域における局在準位によって捕獲/放出されるキャリアとの関係を反映するように規定された閾値電圧計算用モデルによって得られる値に基づいて閾値電圧変化量を計算し、
(2)該閾値電圧変化量に基づいて閾値電圧の値を補正し、
(3)該補正された閾値電圧の値に基づいてトランジスタモデルから成る回路モデルの動作を解析し、
(4)該回路モデルの動作の解析結果に基づいて、電界効果型トランジスタから成る回路に入力される信号を補正する、ことからなり、閾値電圧計算用モデルは、独立した1つの積分回路モデルあるいは相互に独立した複数の積分回路モデルによって構成され、トランジスタモデルのゲート端子とソース端子との間の電位差の値をV gs 、所定の電圧の値をV gslim (但し、V gslim >0)としたとき、V gs の絶対値がV gslim の値以下である場合には、積分回路モデルのそれぞれにV gs の値の電圧を印加し、V gs の絶対値がV gslim の値を超える場合には、積分回路モデルのそれぞれにV gslim 2 /V gs の値の電圧を印加する。
An operation control method for a circuit comprising a field effect transistor to achieve the second object described above is an operation analysis reflecting a change in threshold voltage caused by a change in potential distribution in a channel formation region of the field effect transistor. A method for controlling the operation of a circuit composed of a field effect transistor based on a simulation method using a transistor model for performing
By the simulation method,
(1) Based on the value obtained by the threshold voltage calculation model defined to reflect the relationship between the potential distribution change in the channel formation region and the carriers captured / released by the localized levels in the channel formation region. Calculate the threshold voltage change amount,
(2) Correcting the threshold voltage value based on the threshold voltage variation,
(3) Analyzing the operation of the circuit model composed of the transistor model based on the corrected threshold voltage value;
(4) Based on the analysis result of the operation of the circuit model, the signal input to the circuit composed of the field effect transistor is corrected, and the threshold voltage calculation model is an independent integration circuit model or It is composed of a plurality of mutually independent integration circuit models, and the potential difference value between the gate terminal and the source terminal of the transistor model is V gs , and the predetermined voltage value is V gslim (where V gslim > 0). When the absolute value of V gs is less than or equal to the value of V gslim , a voltage having a value of V gs is applied to each integration circuit model, and when the absolute value of V gs exceeds the value of V gslim. A voltage having a value of V gslim 2 / V gs is applied to each of the integration circuit models .

本発明のシミュレーション方法、及び、本発明の電界効果型トランジスタから成る回路の動作制御方法に用いられるシミュレーション方法(以下、これらを総称して、単に、本発明のシミュレーション方法と呼ぶ場合がある)にあっては、電界効果型トランジスタ(以下、単に、FETと呼ぶ場合がある)のチャネル形成領域におけるポテンシャル分布の変化とチャネル形成領域における局在準位によって捕獲/放出されるキャリアとの関係を反映するように規定された、閾値電圧計算用モデルを用いる。尚、ここで「チャネル形成領域」とはチャネルが形成され得る領域を意味し、チャネルが形成されている領域のみを意味するものではない。例えば、薄膜トランジスタにおいて、ゲート電極に対向して位置する半導体層の部分は、「チャネル形成領域」に該当する。本発明によれば、トランジスタモデルのドレイン端子−ソース端子間に電流が流れない状態においても、実トランジスタと同様に閾値電圧の値が変動する。これにより、実トランジスタにおける閾値変動を模式的に反映することができる。閾値電圧計算用モデルによって得られる値に基づいて閾値電圧変化量を計算し、閾値電圧変化量に基づいて閾値電圧の値を補正し、補正された閾値電圧の値に基づいてトランジスタモデルから成る回路モデルの動作を解析することにより、精度のよいシミュレーション解析が可能となる。ディスクリート素子から成る回路を対象としてシミュレーション解析を行うこともできるし、LSIを構成する回路あるいはガラス基板やプラスチック基板等の上に形成された薄膜トランジスタ等から構成された回路等を対象としてシミュレーション解析を行うこともできる。本発明のシミュレーション方法にあっては、広く周知のトランジスタモデルを用いることができる。「トランジスタモデルから成る回路モデル」とは、トランジスタモデルを含む回路モデルを広く意味する。即ち、単数あるいは複数のトランジスタモデルのみから成る回路モデルであってもよいし、トランジスタモデルとトランジスタモデル以外の素子モデルとから成る回路モデルであってもよい。また、本発明の電界効果型トランジスタから成る回路の動作制御方法によれば、精度のよいシミュレーション解析結果に基づいて、電界効果型トランジスタから成る回路に入力される信号を補正することにより、電界効果型トランジスタから成る回路を良好に動作させることができる。例えば、回路モデルに基づくシミュレーションを実際の電界効果型トランジスタから成る回路の動作よりも先行するように行うことにより、回路の動作の遅延等による不具合を動的に把握することができる。そして、シミュレーションにより動作の不具合が確認されたとき、実際の電界効果型トランジスタから成る回路に入力される信号の位相等を補正することにより、適正なタイミングで実際の回路を動作させることができる。本発明のシミュレーション方法、及び、本発明の電界効果型トランジスタから成る回路の動作制御方法(以下、これらを総称して、単に、本発明と呼ぶ場合がある)に用いられるシミュレーション手段として、例えば、SPICE(Simulation Program with Integrated Circuit Emphasis)等、周知のソフトウェアによるシミュレータを広く用いることができる。記憶手段とCPUを備えるコンピュータで実行されるシミュレータによって、閾値電圧変化量、閾値電圧変化量に基づく閾値電圧の値の補正、補正された閾値電圧の値に基づくトランジスタモデルから成る回路モデルの動作を解析することができる。   The simulation method of the present invention and the simulation method used in the operation control method of a circuit comprising the field effect transistor of the present invention (hereinafter, these may be collectively referred to simply as the simulation method of the present invention). In this case, it reflects the relationship between the change in potential distribution in the channel formation region of a field effect transistor (hereinafter sometimes referred to simply as FET) and the carriers that are captured / released by the localized levels in the channel formation region. A model for calculating a threshold voltage is used. Here, the “channel formation region” means a region where a channel can be formed, and does not mean only a region where a channel is formed. For example, in a thin film transistor, a portion of a semiconductor layer located opposite to a gate electrode corresponds to a “channel formation region”. According to the present invention, even in a state where no current flows between the drain terminal and the source terminal of the transistor model, the value of the threshold voltage varies as in the case of the actual transistor. Thereby, the threshold fluctuation in the actual transistor can be schematically reflected. A circuit comprising a transistor model that calculates a threshold voltage change amount based on a value obtained by a threshold voltage calculation model, corrects the threshold voltage value based on the threshold voltage change amount, and based on the corrected threshold voltage value By analyzing the behavior of the model, it is possible to perform accurate simulation analysis. Simulation analysis can be performed on a circuit composed of discrete elements, or simulation analysis can be performed on a circuit comprising an LSI, or a thin film transistor formed on a glass substrate, a plastic substrate, or the like. You can also. In the simulation method of the present invention, a widely known transistor model can be used. “A circuit model including a transistor model” widely means a circuit model including a transistor model. That is, it may be a circuit model composed of only one or a plurality of transistor models, or a circuit model composed of a transistor model and an element model other than the transistor model. In addition, according to the operation control method for a circuit including a field effect transistor according to the present invention, the field effect is corrected by correcting a signal input to the circuit including the field effect transistor based on an accurate simulation analysis result. A circuit composed of a type transistor can be operated satisfactorily. For example, by performing a simulation based on a circuit model so as to precede the operation of a circuit composed of an actual field effect transistor, it is possible to dynamically grasp a malfunction due to a delay in the operation of the circuit. When a malfunction is confirmed by simulation, the actual circuit can be operated at an appropriate timing by correcting the phase and the like of the signal input to the circuit composed of the actual field effect transistor. As simulation means used in the simulation method of the present invention and the operation control method of a circuit comprising the field effect transistor of the present invention (hereinafter, these may be collectively referred to simply as the present invention), for example, Known simulators such as SPICE (Simulation Program with Integrated Circuit Emphasis) can be widely used. By a simulator executed by a computer having a storage means and a CPU, the threshold voltage change amount, the correction of the threshold voltage value based on the threshold voltage change amount, and the operation of the circuit model including the transistor model based on the corrected threshold voltage value are performed. Can be analyzed.

本発明のシミュレーション方法にあっては、閾値電圧計算用モデルは、独立した1つの積分回路モデルあるいは相互に独立した複数の積分回路モデルによって構成することができる。積分回路モデルの個数は、1以上であれば特に限定するものではないが、シミュレーションにおけるトランジスタモデルの駆動周波数に応じて適宜設定すればよい。目安として、トランジスタモデルの駆動周波数が10倍になる毎に、積分回路モデルの数を1つ増せばよい。積分回路モデルは、静電容量モデルと抵抗モデルとが直列接続されて成る構成とすることができる。後述するように、FETのチャネル形成領域においてある一定のポテンシャルレベルが時間t継続しているとき、チャネル形成領域における局在準位に捕獲される電荷量は、略ln(t)に比例する。ポテンシャルレベルが一定値低下し時間t継続しているときに、局在準位から放出される電荷量についても同様である。単体の積分回路モデルを構成する静電容量モデルに蓄積される電荷の値は指数関数的に変化するので対数関数的な変化を充分に表現できない場合がある。この場合には、時定数の異なる複数の積分回路モデルにおいて、各静電容量モデルに蓄積される電荷の和の値を考えることにより、対数関数的な変化を回路的に模擬することができる。以上説明したように、チャネル形成領域においてキャリアが捕獲/放出される様子を、積分回路モデルにおける電荷の蓄積・放電により模式的に表現することができる。   In the simulation method of the present invention, the threshold voltage calculation model can be constituted by one independent integration circuit model or a plurality of mutually independent integration circuit models. The number of integrating circuit models is not particularly limited as long as it is 1 or more, but may be appropriately set according to the driving frequency of the transistor model in the simulation. As a guideline, the number of integrating circuit models may be increased by one every time the driving frequency of the transistor model is increased 10 times. The integration circuit model can be configured by connecting a capacitance model and a resistance model in series. As will be described later, when a certain potential level continues for a time t in the channel formation region of the FET, the amount of charge trapped in the localized level in the channel formation region is approximately proportional to ln (t). The same applies to the amount of charge released from the localized level when the potential level decreases by a certain value and continues for time t. Since the value of the electric charge accumulated in the capacitance model constituting the single integration circuit model changes exponentially, there is a case where the logarithmic change cannot be expressed sufficiently. In this case, in a plurality of integration circuit models having different time constants, a logarithmic change can be simulated in a circuit by considering the value of the sum of charges accumulated in each capacitance model. As described above, the state where carriers are trapped / released in the channel formation region can be schematically represented by charge accumulation / discharge in the integration circuit model.

以上に説明した各種の好ましい形態、構成を含む本発明のシミュレーション方法において、積分回路モデルを構成する抵抗モデルにおける抵抗の値を、トランジスタモデルの動作に依存して変化させる構成とすることができる。例えば、ある一定値ROFFと、ある一定値RONが、ROFF>RONという関係であるとき、トランジスタモデルがオン状態においては抵抗モデルにおける抵抗の値をRONとし、トランジスタモデルがオフ状態においては抵抗モデルにおける抵抗の値をROFFとして、シミュレーションを行う構成とすることができる。尚、閾値電圧計算用モデルが複数の積分回路モデルによって構成されている場合には、上述した一定値ROFF,RONは、各積分回路モデル毎に個別に設定される。上述した構成にあっては、トランジスタモデルの動作状態に依存して、各積分回路モデルを構成する抵抗モデルにおける抵抗の値は異なる2値のいずれかの値となるが、これに限るものではない。例えば、シミュレーションにおいては、トランジスタモデルにおけるドレイン端子−ソース端子間の電流の値と電圧の値に基づいて、チャネル抵抗の値を仮想的に計算することができる。このようにして得られるチャネル抵抗の値に基づいて、積分回路モデルを構成する抵抗モデルにおける抵抗の値を変化させる構成とすることもできる。実トランジスタにおけるキャリアの捕獲/放出の程度は、トランジスタの動作状態に応じて変化する。積分回路モデルを構成する抵抗モデルにおける抵抗の値を、トランジスタモデルの動作状態に依存して変化させることにより、実トランジスタにおけるキャリアの捕獲/放出の程度の変化を模式的に反映することができる。 In the simulation method of the present invention including the various preferable modes and configurations described above, the resistance value in the resistance model constituting the integration circuit model can be changed depending on the operation of the transistor model. For example, a constant value R OFF in, a certain value R ON is when a relation R OFF> R ON, the value of resistance in the resistance model and R ON in the transistor model is turned on, the transistor model is turned off In FIG. 5, the resistance value in the resistance model is set as R OFF , and a simulation can be performed. When the threshold voltage calculation model is composed of a plurality of integration circuit models, the above-described constant values R OFF and R ON are individually set for each integration circuit model. In the configuration described above, depending on the operating state of the transistor model, the resistance value in the resistance model constituting each integrating circuit model is one of two different values, but is not limited thereto. . For example, in the simulation, the value of the channel resistance can be virtually calculated based on the current value and the voltage value between the drain terminal and the source terminal in the transistor model. Based on the channel resistance value obtained in this way, the resistance value in the resistance model constituting the integrating circuit model can be changed. The degree of carrier capture / release in an actual transistor varies depending on the operating state of the transistor. By changing the resistance value in the resistance model constituting the integration circuit model depending on the operating state of the transistor model, it is possible to schematically reflect the change in the degree of carrier capture / release in the actual transistor.

以上に説明した各種の好ましい形態、構成を含む本発明のシミュレーション方法において、積分回路モデルのそれぞれには、トランジスタモデルのゲート端子とソース端子との間の電位差の値に基づいた電圧が印加される構成とすることができる。この場合において、トランジスタモデルのゲート端子とソース端子との間の電位差の値をVgs、所定の電圧の値をVgslimとしたとき、Vgsの絶対値がVgslimの値以下である場合には、各積分回路モデルにはVgsの値の電圧を印加し、Vgsの絶対値がVgslimの値を超える場合には、各積分回路モデルにはVgslim 2/Vgsの値の電圧を印加する構成とすることができる。即ち、Vgsの絶対値がVgslimの値を超える場合には、Vgsの絶対値が大きくなればなる程各積分回路モデルには小さい値の電圧が印加される。一般に、FETにおいてチャネル形成領域におけるポテンシャル分布の変化の程度と、ゲート電極−ソース電極間の電圧は単純には比例しない。即ち、強反転後にはゲート電極−ソース電極間の電圧が変化してもポテンシャル分布は殆ど変化しなくなる。また、例えば、ポリシリコン薄膜トランジスタにあっては、ポリシリコン層の粒界部でのポテンシャルバリアの高さが、強反転後の反転電荷の影響により低下することが知られている(例えば、The electrical properties of polycrystalline silicon films, John Y.W.Seto, J. Appl. Phys. 46(12), December 1975, 5247-5254)。上述の構成によれば、Vgsの絶対値がVgslimの値を超える場合には、各積分回路モデルにはVgslim 2/Vgsの値の電圧を印加することにより、上述した強反転後におけるポテンシャル変化の傾向を模式的に反映することができる。 In the simulation method of the present invention including the various preferred modes and configurations described above, a voltage based on the value of the potential difference between the gate terminal and the source terminal of the transistor model is applied to each of the integration circuit models. It can be configured. In this case, when the value of the potential difference between the gate terminal and the source terminal of the transistor model is V gs and the value of the predetermined voltage is V gslim , the absolute value of V gs is less than the value of V gslim. Applies a voltage of V gs to each integrating circuit model, and when the absolute value of V gs exceeds the value of V gslim , the voltage of V gslim 2 / V gs is applied to each integrating circuit model. It can be set as the structure which applies. That is, when the absolute value of V gs exceeds the value of V gslim , a voltage having a smaller value is applied to each integrating circuit model as the absolute value of V gs increases. In general, in a FET, the degree of change in potential distribution in a channel formation region and the voltage between a gate electrode and a source electrode are not simply proportional. That is, after the strong inversion, the potential distribution hardly changes even if the voltage between the gate electrode and the source electrode changes. In addition, for example, in a polysilicon thin film transistor, it is known that the height of the potential barrier at the grain boundary portion of the polysilicon layer is lowered due to the influence of inversion charges after strong inversion (for example, The electrical properties of dense silicon films, John YWSeto, J. Appl. Phys. 46 (12), December 1975, 5247-5254). According to the above-described configuration, when the absolute value of V gs exceeds the value of V gslim , a voltage having a value of V gslim 2 / V gs is applied to each integrating circuit model, so that after the strong inversion described above. It is possible to reflect the tendency of potential change at.

以上に説明した各種の好ましい形態、構成を含む本発明のシミュレーション方法において、閾値電圧変化量を、各積分回路モデルを構成する静電容量モデルにおける電荷の値に基づいて計算する構成とすることができる。この場合において、(A)閾値電圧の基準値をVth_ref、(B)積分回路モデルの個数をN、第n番目(但し、n=1,2,…,N)の積分回路モデルを構成する静電容量モデルにおける電荷の値をQn、閾値電圧変化量をΔVthとしたとき、ΔVthを以下の式(1)に基づいて計算し、その後、Vth_refにΔVthを加えることにより閾値電圧の値を補正する構成とすることができる。

Figure 0005079278
但し、α、βは定数、COXはトランジスタモデルにおける単位面積あたりのゲート絶縁膜容量の値である。尚、上述した閾値電圧の基準値Vth_refは、実際のトランジスタにおいて直流電圧を印加したときの電流−電圧特性(Vgs−Ids特性)に基づいて決定することができる。基準値Vth_refは、実際のトランジスタにおいて充分にキャリアが局在準位に捕獲された状態における閾値電圧の値に対応する。 In the simulation method of the present invention including the various preferable modes and configurations described above, the threshold voltage change amount may be calculated based on the charge value in the capacitance model that constitutes each integration circuit model. it can. In this case, (A) the reference value of the threshold voltage is V th_ref , (B) the number of integration circuit models is N, and the n-th integration circuit model (where n = 1, 2,..., N) is configured. When the charge value in the capacitance model is Q n and the threshold voltage change amount is ΔV th , ΔV th is calculated based on the following formula (1), and then ΔV th is added to V th_ref to set the threshold value. The voltage value can be corrected.
Figure 0005079278
Here, α and β are constants, and C OX is the value of the gate insulating film capacitance per unit area in the transistor model. The threshold voltage reference value V th_ref described above can be determined based on current-voltage characteristics (V gs -I ds characteristics) when a DC voltage is applied to an actual transistor. The reference value V th_ref corresponds to the value of the threshold voltage in a state where carriers are sufficiently trapped in the localized level in an actual transistor.

この場合において、(A)第n番目の積分回路モデルを構成する静電容量モデルにおける静電容量の値をCn、(B)ある時刻tにおける、第n番目の積分回路モデルに印加されている電圧の値をVn(t)、第n番目の積分回路モデルを構成する静電容量モデルにおける電荷の値をQn(t)、第n番目の積分回路モデルを構成する抵抗モデルにおける抵抗の値をRn(t)としたとき、時刻tから時間Δtが経過したときの第n番目の積分回路モデルを構成する静電容量モデルにおける電荷の値Qn(t+Δt)を、以下の式(2)に基づいて計算し、更に、閾値電圧変化量ΔVthを、以下の式(1)’に基づき計算する構成とすることができる。 In this case, (A) the capacitance value in the capacitance model constituting the nth integration circuit model is applied to C n , and (B) is applied to the nth integration circuit model at a certain time t. V n (t) is the voltage value, Q n (t) is the charge value in the capacitance model constituting the nth integration circuit model, and resistance in the resistance model constituting the nth integration circuit model When the value of R n (t) is R n (t), the charge value Q n (t + Δt) in the capacitance model constituting the nth integration circuit model when time Δt has elapsed from time t is expressed by the following equation: The calculation can be made based on (2), and the threshold voltage change amount ΔV th can be calculated based on the following equation (1) ′.

Figure 0005079278
Figure 0005079278
Figure 0005079278
Figure 0005079278

上述した所定の電圧の値Vgslim、式(1)に示す定数α及びβ、積分回路モデルを構成する静電容量モデルにおける静電容量の値、抵抗モデルにおける抵抗の値等の各種パラメータの値は、シミュレーションの対象とする実際の電界効果型トランジスタから成る回路の特性と、トランジスタモデルから成る回路モデルについてシミュレーションにより求めた特性とが略一致するようにフィッティングすることにより決定することができる。例えば、予め実際のインバーターチェーン回路において、動作電圧・周波数−遅延時間との関係を求めておく。その後、インバーターチェーン回路に対応したトランジスタモデルから成る回路モデルの動作をシミュレーションにより解析する。そして、シミュレーションにより得られた動作電圧・周波数−遅延時間との関係が、実際のインバーターチェーン回路についての測定結果に倣うように、上記の各パラメータを決定すればよい。 Values of various parameters such as the above-described predetermined voltage value V gslim , constants α and β shown in Equation (1), a capacitance value in the capacitance model constituting the integration circuit model, and a resistance value in the resistance model Can be determined by fitting so that the characteristics of the circuit composed of the actual field effect transistor to be simulated and the characteristics obtained by the simulation of the circuit model composed of the transistor model are substantially matched. For example, in an actual inverter chain circuit, a relationship between operating voltage / frequency-delay time is obtained in advance. Thereafter, the operation of the circuit model composed of the transistor model corresponding to the inverter chain circuit is analyzed by simulation. Then, each of the above parameters may be determined so that the relationship between the operating voltage, frequency, and delay time obtained by the simulation follows the actual measurement result of the inverter chain circuit.

本発明のシミュレーション方法にあっては、トランジスタモデルのドレイン端子−ソース端子間に電流が流れない状態においても、実トランジスタと同様に閾値電圧の値が変動する。これにより、精度の高いシミュレーションが可能となる。また、本発明の電界効果型トランジスタから成る回路の動作制御方法によれば、精度のよいシミュレーション解析結果に基づいて、電界効果型トランジスタから成る回路に入力される信号を補正することにより、電界効果型トランジスタから成る回路を良好に動作させることができる。   In the simulation method of the present invention, even when no current flows between the drain terminal and the source terminal of the transistor model, the value of the threshold voltage varies in the same manner as in the actual transistor. Thereby, a highly accurate simulation becomes possible. In addition, according to the operation control method for a circuit including a field effect transistor according to the present invention, the field effect is corrected by correcting a signal input to the circuit including the field effect transistor based on an accurate simulation analysis result. A circuit composed of a type transistor can be operated satisfactorily.

先ず、本発明の理解を助けるために、FETのチャネル形成領域における局在準位によって捕獲/放出されるキャリアの関係等について説明する。   First, in order to help understanding of the present invention, the relationship between carriers captured / released by the localized levels in the channel formation region of the FET will be described.

図1の(A)は、ポリシリコン薄膜トランジスタ(poly-Silicon Thin Film Transistor、以下、単にTFTと呼ぶ場合がある)の模式的な構造図である。説明の便宜上、TFT1はNチャネル形式であるとして説明する。ゲート電極2とポリシリコン薄膜6の間には、例えばシリコン酸化膜から成るゲート絶縁膜3が形成されている。尚、参照番号4はソース電極、参照番号5はドレイン電極である。   FIG. 1A is a schematic structural diagram of a polysilicon thin film transistor (hereinafter sometimes simply referred to as TFT). For convenience of explanation, it is assumed that the TFT1 is an N-channel type. Between the gate electrode 2 and the polysilicon thin film 6, a gate insulating film 3 made of, for example, a silicon oxide film is formed. Reference numeral 4 is a source electrode, and reference numeral 5 is a drain electrode.

ポリシリコン薄膜6には結晶粒界7が存在する。結晶粒界7付近においては結晶の周期性が崩れる。このため、バンド間に局在準位が生ずる。局在準位は、電気的性質に基づいて2種に分けられる。即ち、電子を放出する前は中性であり、電子を放出すると正に帯電するドナー準位と、電子を捕獲する前は中性であり、電子を捕獲すると負に帯電するアクセプタ準位である。   There are crystal grain boundaries 7 in the polysilicon thin film 6. In the vicinity of the crystal grain boundary 7, the periodicity of the crystal is broken. For this reason, a localized level is generated between the bands. Localized levels are divided into two types based on electrical properties. In other words, it is neutral before emitting electrons, and is a positively charged donor level when emitting electrons, and is an acceptor level that is neutral before capturing electrons and negatively charged when electrons are captured. .

図1の(B)は、図1の(A)に示したTFT1において、チャネル形成領域の結晶粒界7の付近について、エネルギーバンドとチャネル形成領域における局在準位に捕獲されていくキャリア(具体的には、電子)との関係を模式的に示した図である。図1の(B)の下図よりも上図のほうがゲート電極2は高電位な状態にある。ゲート電極2をより高電位にすることにより、局在準位(主にアクセプタ準位である局在準位)に電子が捕獲されていく。注目すべきは、局在準位は表面(より具体的には、ゲート絶縁膜とチャネル形成領域との界面)だけでなく、深さ方向(図1の(A)及び(B)において−Z方向)にも分布しているため、ゲート電極2を高電位とする程、局在準位に捕獲される電子が急速に増大していくことである。   FIG. 1B shows an energy band and carriers trapped in localized levels in the channel formation region in the vicinity of the crystal grain boundary 7 in the channel formation region in the TFT 1 shown in FIG. Specifically, it is a diagram schematically showing a relationship with electrons). The gate electrode 2 is in a higher potential state in the upper diagram than in the lower diagram in FIG. By setting the gate electrode 2 to a higher potential, electrons are trapped in the localized level (mainly the localized level that is the acceptor level). It should be noted that the localized level is not only the surface (more specifically, the interface between the gate insulating film and the channel formation region), but also in the depth direction (-Z in FIGS. 1A and 1B). In other words, the higher the potential of the gate electrode 2, the faster the number of electrons trapped in the localized level increases.

局在準位に電子が捕獲されると、チャネル形成領域は固定された負電荷により負に帯電する。このため、局在準位に電子が捕獲されていない状態におけるTFT1の動作と、局在準位に電子が捕獲されている状態におけるTFT1の動作とを比較すると、後者の場合には、TFT1のゲート電極2をより高電位としなければ前者と同等の動作を得ることはできない。換言すれば、局在準位に電子が捕獲されることにより定性的に閾値は正の方向にシフトする。逆に、ゲート電極2が相対的に負電位になると局在準位に捕獲された電子が放出されるので、定性的には、閾値は相対的に負の方向にシフトする。この関係を、図2に示した。図2は、局在準位によって電子が捕獲/放出されることによる閾値の相対的変化を説明するための模式図である。図2において、EC、EV、Ei、Efは、それぞれ、伝導帯端におけるエネルギーレベル、荷電子帯端(充満帯端)におけるエネルギーレベル、真性フェルミ準位、フェルミ準位を示す。 When electrons are captured at the localized level, the channel formation region is negatively charged by a fixed negative charge. For this reason, when the operation of the TFT 1 in a state where electrons are not captured in the localized level and the operation of the TFT 1 in a state where electrons are captured in the localized level are compared, in the latter case, the operation of the TFT 1 is compared. If the gate electrode 2 is not set to a higher potential, the same operation as the former cannot be obtained. In other words, the threshold value shifts in the positive direction qualitatively by trapping electrons in the localized levels. On the other hand, when the gate electrode 2 becomes a relatively negative potential, electrons trapped in the localized level are emitted, and qualitatively, the threshold value shifts in a relatively negative direction. This relationship is shown in FIG. FIG. 2 is a schematic diagram for explaining the relative change of the threshold due to the capture / release of electrons by the localized levels. In FIG. 2, E C , E V , E i , and E f indicate the energy level at the conduction band edge, the energy level at the valence band edge (full band edge), the intrinsic Fermi level, and the Fermi level, respectively.

TFTにおける閾値のシフトは瞬時には起こらず、実際には数秒という長さで経時変化することが知られている(例えば、Characterization of Switching Transient Behaviors in Polycrystalline-Silicon Thin-Film Transistors, Hiroyuki Ikeda, Japanese Journal of Applied Physics Vol. 43, No. 2, 2004,pp. 477-484を参照)。上述したように、閾値がシフトする原因は、局在準位によって捕獲/放出されるキャリアである。このキャリアの捕獲/放出過程は、ソース電極とドレイン電極とが短絡された状態(以下、便宜のため、短絡された状態のソース電極とドレイン電極とを併せて、単に、短絡電極と呼ぶ)において、ゲート電極に矩形波を印加したときの、ゲート電極と短絡電極との間に流れる過渡電流として観測できることが知られている(例えば、Characterization of trapping states in polycrystalline-silicon thin film transistors by deeplevel transient spectroscopy, J. FL Ayres, J. Appl. Phys. 74 (3), 1 August 1993, 1787-1792を参照)。   It is known that threshold shifts in TFT do not occur instantaneously, but actually change over time as long as a few seconds (for example, Characterization of Switching Transient Behaviors in Polycrystalline-Silicon Thin-Film Transistors, Hiroyuki Ikeda, Japanese Journal of Applied Physics Vol. 43, No. 2, 2004, pp. 477-484). As described above, the cause of the shift of the threshold value is a carrier that is captured / released by a localized level. This carrier capture / emission process is performed in a state where the source electrode and the drain electrode are short-circuited (hereinafter, for convenience, the short-circuited source electrode and drain electrode are simply referred to as a short-circuit electrode). It is known that it can be observed as a transient current flowing between the gate electrode and the short-circuit electrode when a rectangular wave is applied to the gate electrode (for example, Characterization of trapping states in reactive-silicon thin film transistors by deeplevel transient spectroscopy , J. FL Ayres, J. Appl. Phys. 74 (3), 1 August 1993, 1787-1792).

上記の過渡電流の時間依存性は、一般的な媒介中心を介した再結合・発生過程理論(SRHの理論)を基に、以下のように計算される。(SRHの理論については、例えば、Statistics of the Recombinations of Holes and Electrons, W.Shockley, W.T.Read,Jr., Physical Review Vol.87(1952) pp. 835-842、あるいは、Electron-Hole Recombination in Germanium, R.N.Hall, Physical Review Letters (1952) pp.387等を参照)。   The time dependence of the transient current is calculated as follows based on the theory of recombination / generation process (SRH theory) via a general mediation center. (For the theory of SRH, see, for example, Statistics of the Recombinations of Holes and Electrons, W. Shockley, WTRead, Jr., Physical Review Vol. 87 (1952) pp. 835-842, or Electron-Hole Recombination in Germanium. RNHall, Physical Review Letters (1952) pp.387 etc.).

図1の(B)において、あるエネルギーレベルEにおいて局在準位がキャリア(具体的には、電子)で埋まるゲート絶縁膜とチャネル形成領域との界面からの深さ(図において−Z方向)をχ(E)とする。また、便宜のため、フェルミ分布関数はステップ的関数(温度が絶対零度での形)として扱う。このとき、ソース電極4とドレイン電極5とが短絡されている状態において、ゲート電極2と短絡電極(上述したように、短絡されたソース電極4とドレイン電極5により構成される)との間に流れる過渡電流をI(t)は、以下の式(3)で表される。式(3)の積分範囲は、真性フェルミ準位Eiから伝導帯端におけるエネルギーレベルEC迄である。

Figure 0005079278
ここで、qは電気素量、Wはゲート幅、Lはゲート長、lgはグレインサイズ、enはあるエネルギーレベルEでの電子の放出確率、Ds(E)はエネルギーレベルEでの結晶粒界面での単位体積あたりの局在準位密度である。電子の放出確率enは、SRHの理論により、以下の式(4)のように表される。
Figure 0005079278
ここで、σ、ν、Ncはそれぞれ電子の捕獲断面積、熱速度、伝導帯端の状態密度を示す。kはボルツマン定数、Tは絶対温度、ECは伝導帯端におけるエネルギーレベルである。 In FIG. 1B, the depth from the interface between the gate insulating film and the channel formation region where the localized level is filled with carriers (specifically, electrons) at a certain energy level E (in the −Z direction in the figure). Is χ (E). For convenience, the Fermi distribution function is treated as a step function (a form in which the temperature is absolutely zero degrees). At this time, in a state where the source electrode 4 and the drain electrode 5 are short-circuited, between the gate electrode 2 and the short-circuit electrode (which is constituted by the short-circuited source electrode 4 and drain electrode 5 as described above). The flowing transient current I (t) is expressed by the following equation (3). The integration range of Equation (3) is from the intrinsic Fermi level E i to the energy level E C at the conduction band edge.
Figure 0005079278
Here, q is the elementary charge, W is the gate width, L is the gate length, l g is the grain size, the electron emission probability in e n is the energy level E, D s (E) is in the energy level E It is the density of localized states per unit volume at the crystal grain interface. Emission probability e n electrons, the theory of SRH, is represented by the following formula (4).
Figure 0005079278
Here, σ, ν, and N c indicate the electron capture cross section, the heat speed, and the density of states of the conduction band edge, respectively. k is the Boltzmann constant, T is the absolute temperature, and E C is the energy level at the conduction band edge.

式(3)におけるenexp(−ent)の項は、一定温度下においては限られたエネルギーレベルの範囲で値を持つことが知られている(例えば、上記Characterization of trapping states in polycrystalline-silicon thin film transistors by deeplevel transient spectroscopy, J. FL Ayres, J. Appl. Phys. 74 (3), 1 August 1993, 1787-1792、におけるFig.5を参照)。上記の式(3)においては、この限られた範囲以外では被積分関数の値はゼロとして扱うことが出来る。この限られた範囲のエネルギーレベルをE0という一定の価で代表させ、積分変数をEからenに変換し、0から∞の区間で積分すると、以下の式(5)を得ることができる。

Figure 0005079278
式(5)によれば、ゲート電極2と短絡電極との間に流れる過渡電流I(t)は1/tに比例する。電荷量は電流を積分することにより得ることができる。従って、局在準位に捕獲されるキャリアの数はln(t)に比例することがわかる。 It is known that the term e n exp (−e n t) in Equation (3) has a value in a limited energy level range at a constant temperature (for example, the Characterization of trapping states in the above-mentioned). (See Fig. 5 in -silicon thin film transistors by deep level transient spectroscopy, J. FL Ayres, J. Appl. Phys. 74 (3), 1 August 1993, 1787-1792). In the above equation (3), the value of the integrand can be treated as zero outside this limited range. The energy level of this limited range is represented by a constant value of E 0, the integration variable is converted from E to e n, is integrated in the interval ∞ 0, it is possible to obtain the following equation (5) .
Figure 0005079278
According to Equation (5), the transient current I (t) flowing between the gate electrode 2 and the short-circuit electrode is proportional to 1 / t. The amount of charge can be obtained by integrating the current. Therefore, it can be seen that the number of carriers trapped in the localized level is proportional to ln (t).

以上の点に鑑み、本発明では、キャリアの捕獲/放出を、積分回路モデルを構成する静電容量モデルにおける電荷の蓄積/放電で模式的に反映した。また、実施例においては、キャリアが捕獲/放出される際の対数関数的な変化を表現するために、時定数の異なる複数の積分回路モデルを用いた。更には、積分回路モデルを構成する抵抗モデルにおける抵抗の値を、トランジスタモデルの動作状態に依存して変化させることにより、実トランジスタにおけるキャリアの捕獲/放出の程度の変化を模式的に反映した。   In view of the above points, in the present invention, the capture / release of carriers is schematically reflected by the charge accumulation / discharge in the capacitance model constituting the integration circuit model. In the embodiment, a plurality of integration circuit models having different time constants are used to express a logarithmic change when carriers are captured / released. Furthermore, by changing the resistance value in the resistance model constituting the integration circuit model depending on the operating state of the transistor model, the change in the degree of carrier capture / release in the actual transistor is schematically reflected.

以上、チャネル形成領域における局在準位によって捕獲/放出されるキャリアの関係等について説明した。以下、図面を参照して、実施例に基づき本発明を説明する。   The relationship between carriers captured / released by the localized levels in the channel formation region has been described above. Hereinafter, the present invention will be described based on examples with reference to the drawings.

実施例1は、本発明のシミュレーション方法に関する。実施例1は、トランジスタモデルを用いたシミュレーション方法であって、チャネル形成領域におけるポテンシャル分布の変化とチャネル形成領域における局在準位によって捕獲/放出されるキャリアとの関係を反映するように規定された閾値電圧計算用モデルによって得られる値に基づいて閾値電圧変化量を計算する。そして、閾値電圧変化量に基づいて閾値電圧の値を補正し、補正された閾値電圧の値に基づいてトランジスタモデルから成る回路モデルの動作を解析する。   Example 1 relates to a simulation method of the present invention. Example 1 is a simulation method using a transistor model, and is defined to reflect the relationship between the change in potential distribution in the channel formation region and the carriers captured / released by the localized levels in the channel formation region. The threshold voltage change amount is calculated based on the value obtained by the threshold voltage calculation model. Then, the threshold voltage value is corrected based on the threshold voltage change amount, and the operation of the circuit model including the transistor model is analyzed based on the corrected threshold voltage value.

実施例1では、SPICE等のシミュレータを用いてトランジスタモデルから成る回路モデルの動作を解析する。先ず、シミュレータに用いられるトランジスタモデルと閾値電圧計算用モデルの構成について説明する。   In the first embodiment, the operation of a circuit model including a transistor model is analyzed using a simulator such as SPICE. First, the configuration of a transistor model and a threshold voltage calculation model used in the simulator will be described.

実施例1に用いられるトランジスタモデルについて説明する。図3の(A)に、実施例1に用いられるトランジスタモデル10を示す。このトランジスタモデル10は、電流モデルを含むトランジスタモデルである。このようなトランジスタモデルは、例えば、ポリシリコン薄膜トランジスタのモデルとして、Unified model for short-channel poly-Si TFTs, Benjamin Iniguez, Zheng Xua, Tor A.Fjeldlya, Michael S. Shur, Solid-State Electronics 43 (1999) 1821-1831、に開示されており、DC特性等を計算するために、一般的に用いられている。説明の便宜上、トランジスタモデル10はNチャネル形式であるとして説明する。このトランジスタモデル10は、電流モデル11、静電容量モデル12,13から構成されている。電流モデル11はソース端子14とドレイン端子16との間に接続されている。静電容量モデル12は、ゲート端子15とソース端子14との間に接続されており、ゲート・ソース間容量Cgsに対応する。静電容量モデル13は、ゲート端子15とドレイン端子16との間に接続されており、ゲート・ドレイン間容量Cgdに対応する。 A transistor model used in Embodiment 1 will be described. FIG. 3A shows the transistor model 10 used in the first embodiment. This transistor model 10 is a transistor model including a current model. Such a transistor model is, for example, a model of a polysilicon thin film transistor, such as Unified model for short-channel poly-Si TFTs, Benjamin Iniguez, Zheng Xua, Tor A. Fjeldlya, Michael S. Shur, Solid-State Electronics 43 (1999 1821-1831, and is generally used to calculate DC characteristics and the like. For convenience of explanation, the transistor model 10 will be described as being an N-channel type. The transistor model 10 includes a current model 11 and capacitance models 12 and 13. The current model 11 is connected between the source terminal 14 and the drain terminal 16. The capacitance model 12 is connected between the gate terminal 15 and the source terminal 14 and corresponds to the gate-source capacitance C gs . The capacitance model 13 is connected between the gate terminal 15 and the drain terminal 16 and corresponds to the gate-drain capacitance C gd .

次いで、閾値電圧計算用モデルについて説明する。実施例1において、閾値電圧計算用モデルは、相互に独立した複数の積分回路モデルによって構成されている。図3の(B)に、閾値電圧計算用モデル20を構成する複数の積分回路モデル21(211〜21N)を示す。各積分回路モデル21は、静電容量モデル22と抵抗モデル23とが直列接続されて成る。実施例1では、5つの積分回路モデル21(即ち、N=5)によって、閾値電圧計算用モデル20を構成したが、これに限るものではない。実施例1においては、各積分回路モデル21において静電容量モデル22の静電容量の値を同一値に設定したが、これに限るものではない。そして、後述するように、抵抗モデル23の抵抗の値は各積分回路モデル21毎に個別に調整される。以下、第n番目の積分回路モデルを明示する場合には、積分回路モデル21nと表記し、区別の必要がない場合には、単に積分回路モデル21と表記する。静電容量モデル22と抵抗モデル23についても同様である。積分回路モデル21には、後述するように、トランジスタモデル10のゲート端子とソース端子との間の電位差(即ち、ゲート・ソース間電圧)の値に基づいた電圧が印加される。尚、積分回路モデル21と上述したトランジスタモデル10とは、それぞれ独立している。換言すれば、積分回路モデル21はトランジスタモデル10の回路負荷となるものではない。 Next, the threshold voltage calculation model will be described. In the first embodiment, the threshold voltage calculation model is composed of a plurality of independent integration circuit models. FIG. 3B shows a plurality of integration circuit models 21 (21 1 to 21 N ) constituting the threshold voltage calculation model 20. Each integrating circuit model 21 is formed by connecting a capacitance model 22 and a resistance model 23 in series. In the first embodiment, the threshold voltage calculation model 20 is configured by the five integration circuit models 21 (that is, N = 5). However, the present invention is not limited to this. In the first embodiment, the capacitance value of the capacitance model 22 is set to the same value in each integrating circuit model 21, but the present invention is not limited to this. As will be described later, the resistance value of the resistance model 23 is individually adjusted for each integrating circuit model 21. Hereinafter, when the nth integration circuit model is specified, it is expressed as an integration circuit model 21 n, and when it is not necessary to distinguish, it is simply expressed as an integration circuit model 21. The same applies to the capacitance model 22 and the resistance model 23. As will be described later, a voltage based on the potential difference between the gate terminal and the source terminal of the transistor model 10 (that is, the gate-source voltage) is applied to the integrating circuit model 21. The integrating circuit model 21 and the transistor model 10 described above are independent of each other. In other words, the integration circuit model 21 is not a circuit load of the transistor model 10.

以上、トランジスタモデル10と閾値電圧計算用モデル20の構成について説明した。SPICE等のシミュレータによってトランジスタモデル10から成る回路の動作を解析する場合、シミュレータの動作過程において、以下説明するようにトランジスタモデル10の閾値電圧変化量を閾値電圧計算用モデル20によって得られる値から計算し、閾値電圧を補正し、補正された閾値電圧の値に基づいてトランジスタモデル10から成る回路解析を行うようにシミュレータを設定すればよい。   The configuration of the transistor model 10 and the threshold voltage calculation model 20 has been described above. When the operation of the circuit comprising the transistor model 10 is analyzed by a simulator such as SPICE, the threshold voltage change amount of the transistor model 10 is calculated from the value obtained by the threshold voltage calculation model 20 in the operation process of the simulator as described below. Then, the simulator may be set so that the threshold voltage is corrected and the circuit analysis including the transistor model 10 is performed based on the corrected threshold voltage value.

先ず、シミュレータの動作過程において、閾値電圧計算用モデル20に印加される電圧等について詳しく説明する。   First, the voltage applied to the threshold voltage calculation model 20 in the simulator operation process will be described in detail.

閾値電圧計算用モデル20を構成する複数の積分回路モデル21に印加される電圧について説明する。積分回路モデル21のそれぞれには、トランジスタモデル10のゲート端子15とソース端子14との間の電位差の値に基づいた電圧が印加される。具体的には、トランジスタモデルのゲート端子15とソース端子14との間の電位差の値をVgs、所定の電圧の値をVgslimとしたとき、Vgsの絶対値がVgslimの値以下である場合には、各積分回路モデルにはVgsの値の電圧を印加し、Vgsの絶対値がVgslimの値を超える場合には、各積分回路モデル21にはVgslim 2/Vgsの値の電圧を印加する。尚、所定の電圧の値Vgslimの設定については後述する。 The voltage applied to the plurality of integration circuit models 21 constituting the threshold voltage calculation model 20 will be described. A voltage based on the value of the potential difference between the gate terminal 15 and the source terminal 14 of the transistor model 10 is applied to each of the integrating circuit models 21. Specifically, the value of the potential difference V gs between the gate terminal 15 and source terminal 14 of transistor model, when the V Gslim the value of the predetermined voltage, the absolute value of V gs is equal to or less than the value of V Gslim In some cases, a voltage having a value of V gs is applied to each integrating circuit model, and when the absolute value of V gs exceeds the value of V gslim , each integrating circuit model 21 has V gslim 2 / V gs. Apply a voltage of. The setting of the predetermined voltage value V gslim will be described later.

積分回路モデル21を構成する抵抗モデル23における抵抗の値について説明する。実トランジスタにおけるキャリアの捕獲/放出の程度が、トランジスタの動作状態に応じて変化することを模式的に反映するため、積分回路モデル21を構成する抵抗モデル23における抵抗の値を、トランジスタモデル10の動作に依存して変化させる。実施例1では、簡便のため、トランジスタモデル10がオフ動作のとき(即ち、ゲート端子−ソース端子間の電圧が閾値以下のとき)には、抵抗モデル23nにおける抵抗の値を例えばある一定値Rn_OFFとし、トランジスタモデル10がオン動作のとき(即ち、ゲート端子−ソース端子間の電圧が閾値を超えるとき)には、抵抗モデル23nにおける抵抗の値をある一定値Rn_ON(但し、Rn_OFF>Rn_ON)とする。尚、上述した一定値Rn_OFF,Rn_ONは、各積分回路モデル21毎に個別に設定されているが、これについては後述する。 The resistance value in the resistance model 23 constituting the integrating circuit model 21 will be described. In order to reflect schematically that the degree of carrier capture / release in the actual transistor changes according to the operating state of the transistor, the resistance value in the resistance model 23 constituting the integration circuit model 21 is expressed by the transistor model 10. Change depending on the operation. In the first embodiment, for the sake of simplicity, when the transistor model 10 is turned off (that is, when the voltage between the gate terminal and the source terminal is equal to or lower than the threshold value), the resistance value in the resistance model 23 n is set to a certain constant value, for example. and R N_OFF, when transistor model 10 is turned on (i.e., the gate terminal - when the voltage between the source terminals exceeds a threshold), the predetermined value R N_ON that the value of resistance in the resistance model 23 n (Here, R n_OFF > Rn_ON ). The constant values R n_OFF and R n_ON described above are individually set for each integration circuit model 21 and will be described later.

以上、シミュレータの動作過程において、閾値電圧計算用モデルに印加される電圧等について説明した。   In the foregoing, the voltage applied to the threshold voltage calculation model in the operation process of the simulator has been described.

次いで、シミュレータの動作過程において、閾値電圧計算用モデル20によって得られる値に基づく閾値電圧変化量の計算の方法、及び、閾値電圧変化量に基づく閾値電圧の値の補正等について説明する。   Next, in the operation process of the simulator, a method for calculating the threshold voltage change amount based on the value obtained by the threshold voltage calculation model 20, correction of the threshold voltage value based on the threshold voltage change amount, and the like will be described.

実施例1では、閾値電圧変化量を、各積分回路モデル21を構成する静電容量モデル22における電荷の値に基づいて計算する。具体的には、積分回路モデル21の個数をN(尚、上述したように、実施例1においてはN=5である)、第n番目(但し、n=1,2,…,N)の積分回路モデル21nを構成する静電容量モデル22nにおける電荷の値をQn、閾値電圧変化量をΔVthとしたとき、ΔVthを以下の式(1)に基づいて計算する。但し、α、βは定数、COXはトランジスタモデル10における単位面積あたりのゲート絶縁膜容量の値である。尚、定数α、βの設定については後述する。

Figure 0005079278
In the first embodiment, the threshold voltage change amount is calculated based on the charge value in the capacitance model 22 that constitutes each integration circuit model 21. Specifically, the number of integration circuit models 21 is N (where N = 5 in the first embodiment as described above), and the nth (where n = 1, 2,..., N). When the charge value in the capacitance model 22 n constituting the integrating circuit model 21 n is Q n and the threshold voltage change amount is ΔV th , ΔV th is calculated based on the following equation (1). Here, α and β are constants, and C OX is the value of the gate insulating film capacitance per unit area in the transistor model 10. The setting of the constants α and β will be described later.
Figure 0005079278

そして、閾値電圧の基準値をVth_refとするとき、Vth_refにΔVthを加えることにより閾値電圧の値を補正する。そして、補正された閾値電圧の値に基づいて、SPICE等のシミュレータによりトランジスタモデル10から成る回路モデルの動作を解析すればよい。尚、上述したように、閾値電圧の基準値Vth_refは、実際のトランジスタにおいて直流電圧を印加したときの電流−電圧特性(Vgs−Ids特性)に基づいて決定することができる。基準値Vth_refは、実際のトランジスタにおいて充分にキャリアが局在準位に捕獲された状態における閾値電圧の値に対応する。 Then, when the threshold voltage reference value is V th_ref , the threshold voltage value is corrected by adding ΔV th to V th_ref . Then, based on the corrected threshold voltage value, the operation of the circuit model including the transistor model 10 may be analyzed by a simulator such as SPICE. As described above, the threshold voltage reference value V th_ref can be determined based on current-voltage characteristics (V gs -I ds characteristics) when a DC voltage is applied to an actual transistor. The reference value V th_ref corresponds to the value of the threshold voltage in a state where carriers are sufficiently trapped in the localized level in an actual transistor.

以上、シミュレータの動作過程における閾値電圧変化量の計算の方法、及び、閾値電圧変化量に基づく閾値電圧の値の補正の概要、補正された閾値電圧の値に基づいてトランジスタモデル10から成る回路モデルの動作の解析について説明した。   As described above, the calculation method of the threshold voltage change amount in the operation process of the simulator, the outline of the correction of the threshold voltage value based on the threshold voltage change amount, and the circuit model including the transistor model 10 based on the corrected threshold voltage value The analysis of the operation of was explained.

SPICE等のシミュレータによってトランジスタモデル10から成る回路の動作を解析する場合、通常所定のタイムステップで動作を解析する。このため、実際のシミュレータを用いた動作解析においては、解析が終了する迄上述した工程を適宜繰り返す必要がある。即ち、タイムステップ毎に、各積分回路モデル21を構成する静電容量モデル22における電荷の値を求め、その値に基づいて閾値電圧変化量を計算し、閾値電圧の基準値Vth_refにΔVthを加えることにより閾値電圧の値を補正し、補正された閾値電圧の値に基づいてトランジスタモデル10から成る回路モデルの動作を解析する工程を繰り返す必要がある。実施例1では、静電容量モデル22における電荷の値を微分方程式を離散化して解くことにより、タイムステップ毎に静電容量モデル22における電荷の値を求めた。以下、内容について説明する。 When analyzing the operation of the circuit comprising the transistor model 10 by a simulator such as SPICE, the operation is usually analyzed at a predetermined time step. For this reason, in the operation analysis using an actual simulator, it is necessary to repeat the above steps as appropriate until the analysis is completed. That is, for each time step, the value of electric charge in the capacitance model 22 constituting each integrating circuit model 21 is obtained, the threshold voltage change amount is calculated based on the value, and ΔV th is added to the threshold voltage reference value V th_ref. To correct the threshold voltage value and repeat the process of analyzing the operation of the circuit model composed of the transistor model 10 based on the corrected threshold voltage value. In Example 1, the value of charge in the capacitance model 22 was obtained for each time step by solving the value of charge in the capacitance model 22 by discretizing the differential equation. The contents will be described below.

ここで、第n番目の積分回路モデル21nを構成する静電容量モデル22nにおける静電容量の値をCnとする。また、ある時刻tにおける、第n番目の積分回路モデル21nに印加されている電圧の値をVn(t)、第n番目の積分回路モデル21nを構成する静電容量モデル22nにおける電荷の値をQn(t)、第n番目の積分回路モデル21nを構成する抵抗モデル23nにおける抵抗の値をRn(t)とする。尚、上述したように、実施例1においては、各積分回路モデル21における静電容量モデル22の静電容量の値は同一値であり、各積分回路モデル21に印加される電圧の値も同一値である。 Here, the capacitance value in the capacitance model 22 n constituting the nth integration circuit model 21 n is C n . Further, the value of the voltage applied to the nth integration circuit model 21 n at a certain time t is V n (t), and the capacitance model 22 n constituting the nth integration circuit model 21 n It is assumed that the charge value is Q n (t), and the resistance value in the resistance model 23 n constituting the nth integration circuit model 21 n is R n (t). As described above, in the first embodiment, the capacitance value of the capacitance model 22 in each integration circuit model 21 is the same, and the value of the voltage applied to each integration circuit model 21 is also the same. Value.

ここで、第n番目の積分回路モデル21nにおいては、以下の式(6)が成立する。

Figure 0005079278
Here, in the nth integration circuit model 21 n , the following expression (6) is established.
Figure 0005079278

シミュレーションのタイムステップを時間Δtとしたとき、時刻tから時間Δtが経過したときの第n番目の積分回路モデル21nを構成する静電容量モデル22nにおける電荷の値Qn(t+Δt)は、式(6)を離散化した以下の式(2)により得ることができる。

Figure 0005079278
When the time step of the simulation is time Δt, the charge value Q n (t + Δt) in the capacitance model 22 n constituting the nth integration circuit model 21 n when time Δt has elapsed from time t is The following equation (2) obtained by discretizing equation (6) can be obtained.
Figure 0005079278

従って、時刻t+Δtにおける閾値変化量ΔVthは、以下の式(1)’に基づき計算することができる。

Figure 0005079278
Accordingly, the threshold change amount ΔV th at time t + Δt can be calculated based on the following equation (1) ′.
Figure 0005079278

そして、次のタイムステップにおけるシミュレーション(即ち時刻t+Δtにおけるシミュレーション)においては、閾値電圧の基準値Vth_refに、式(1)’にて求めたΔVthを加えて、閾値電圧の値を補正する。そして、補正された閾値電圧の値に基づいて、トランジスタモデル10から成る回路モデルの動作を解析すればよい。 In the simulation at the next time step (that is, the simulation at time t + Δt), ΔV th obtained by the equation (1) ′ is added to the threshold voltage reference value V th_ref to correct the threshold voltage value. Then, the operation of the circuit model composed of the transistor model 10 may be analyzed based on the corrected threshold voltage value.

時刻t+2Δt以降におけるシミュレーションについても、以上説明した時刻t→時刻t+Δtについて行ったと同様の過程により閾値電圧の値を補正し、補正された閾値電圧の値に基づいて、トランジスタモデル10から成る回路モデルの動作を解析すればよい。   Also for the simulation after time t + 2Δt, the threshold voltage value is corrected by the same process as that performed for time t → time t + Δt described above, and the circuit model composed of the transistor model 10 is based on the corrected threshold voltage value. What is necessary is just to analyze the operation.

以上、実施例1のシミュレーション方法について説明した。上述したように、実施例1のシミュレーション方法によれば、トランジスタモデル10の閾値電圧変化量を閾値電圧計算用モデル20によって得られる値から計算し、閾値電圧を補正し、補正された閾値電圧の値に基づいてトランジスタモデル10から成る回路の解析結果を得ることができる。   The simulation method of Example 1 has been described above. As described above, according to the simulation method of the first embodiment, the threshold voltage change amount of the transistor model 10 is calculated from the value obtained by the threshold voltage calculation model 20, the threshold voltage is corrected, and the corrected threshold voltage is calculated. Based on the value, the analysis result of the circuit composed of the transistor model 10 can be obtained.

次いで、上述した所定の電圧の値Vgslim、式(1)に示す定数α及びβ等の各種パラメータの設定方法について簡単に説明する。 Next, a method of setting various parameters such as the predetermined voltage value V gslim and the constants α and β shown in the equation (1) will be briefly described.

所定の電圧の値Vgslim、式(1)に示す定数α及びβ、積分回路モデル21を構成する静電容量モデル22における静電容量の値、抵抗モデル23における抵抗の値等の各種パラメータは、シミュレーションの対象とする実際のFETから成る回路の特性と、トランジスタモデル10から成る回路モデルについてシミュレーションにより求めた特性とが略一致するように、各種パラメータをフィッティングすればよい。 Various parameters such as a predetermined voltage value V gslim , constants α and β shown in Expression (1), a capacitance value in the capacitance model 22 constituting the integration circuit model 21, and a resistance value in the resistance model 23 are as follows: Various parameters may be fitted so that the characteristics of the circuit composed of the actual FET to be simulated and the characteristics obtained by the simulation of the circuit model composed of the transistor model 10 substantially coincide.

実施例1では、実際のインバーターチェーン回路について動作電圧・周波数−遅延時間を実測した。そして、インバーターチェーン回路に対応したトランジスタモデルから成る回路モデルの動作をシミュレーションにより解析し、シミュレーションにより得られた動作電圧・周波数−遅延時間との関係が、実際のインバーターチェーン回路についての測定結果に倣うように、上記の各パラメータをフィッティングした。   In Example 1, the operating voltage / frequency-delay time was measured for an actual inverter chain circuit. Then, the operation of the circuit model composed of the transistor model corresponding to the inverter chain circuit is analyzed by simulation, and the relationship between the operating voltage / frequency-delay time obtained by the simulation follows the measurement result of the actual inverter chain circuit. Thus, the above parameters were fitted.

以下、図を参照して、上記の各種パラメータのフィッティング方法について説明する。先ず、実際のインバーターチェーン回路について動作電圧・周波数−遅延時間との関係について説明する。   Hereinafter, a method for fitting various parameters will be described with reference to the drawings. First, the relationship between the operating voltage / frequency-delay time for an actual inverter chain circuit will be described.

図4の(A)は、実際のインバーターチェーン回路30の回路図を示したものである。このインバーターチェーン回路30は、直列接続されたFET31と抵抗32とが、複数(実施例1においては10個)梯子状に接続されて構成されている。1段目(図4の(A)において左側)のFET31のゲート電極は入力端子33に接続されている。2段目以降のFET31のゲート電極は、前段の抵抗32とFET31との接続部位の電圧が印加されるように、前段と接続されている。10段目の抵抗32とFET31との接続部位は出力端子34に接続されている。端子35には電圧Vssが、端子36には電圧Vdd(但し、Vdd>Vss)が印加されている。入力端子33に印加される電圧をVin、出力端子34から出力される電圧をVoutとする。 4A shows a circuit diagram of an actual inverter chain circuit 30. FIG. The inverter chain circuit 30 is configured by connecting a plurality of FETs 31 and resistors 32 connected in series in a ladder shape (10 in the first embodiment). The gate electrode of the FET 31 in the first stage (left side in FIG. 4A) is connected to the input terminal 33. The gate electrode of the FET 31 in the second and subsequent stages is connected to the previous stage so that the voltage at the connection portion between the resistor 32 and the FET 31 in the previous stage is applied. A connection site between the tenth-stage resistor 32 and the FET 31 is connected to the output terminal 34. A voltage V ss is applied to the terminal 35, and a voltage V dd (where V dd > V ss ) is applied to the terminal 36. The voltage applied to the input terminal 33 is V in , and the voltage output from the output terminal 34 is V out .

図4の(B)は、インバーターチェーン回路30に方形波を入力した際の、入力波形と出力波形の様子を模式的に示したものである。インバーターチェーン回路30内を伝達する信号の遅延により、出力波形は入力波形に対して遅延する。出力波形の遅延時間は、動作電圧(具体的には、端子36と端子35間の電位差、即ちVdd−Vss)や、入力波形の周波数等に依存して変化する。図5に、インバーターチェーン回路30について実測した動作電圧・周波数−遅延時間の関係を模式的に示す。図5においては、6通りの動作電圧(尚、V1<V2<…V5<V6)について、周波数−遅延時間の関係を示した。尚、遅延時間は正規化して表示した。入力波形の上側ピーク電圧は電圧Vdd、下側ピーク電圧は電圧Vssである。図5から明らかなように、入力波形の周波数が高くなる程遅延時間が長くなる傾向があることが分かる。また、動作電圧が低くなる程、入力波形の周波数と遅延時間との相関関係が強くなる傾向があることが分かる。 FIG. 4B schematically shows the state of an input waveform and an output waveform when a square wave is input to the inverter chain circuit 30. Due to the delay of the signal transmitted through the inverter chain circuit 30, the output waveform is delayed with respect to the input waveform. The delay time of the output waveform varies depending on the operating voltage (specifically, the potential difference between the terminal 36 and the terminal 35, that is, V dd −V ss ), the frequency of the input waveform, and the like. FIG. 5 schematically shows the relationship between the operating voltage / frequency / delay time measured for the inverter chain circuit 30. In FIG. 5, the relationship between the frequency and the delay time is shown for six operating voltages (V 1 <V 2 <... V 5 <V 6 ). The delay time was normalized and displayed. The upper peak voltage of the input waveform is the voltage V dd , and the lower peak voltage is the voltage V ss . As can be seen from FIG. 5, the delay time tends to increase as the frequency of the input waveform increases. It can also be seen that the correlation between the frequency of the input waveform and the delay time tends to increase as the operating voltage decreases.

以上、実際のインバーターチェーン回路30における動作電圧・周波数−遅延時間との関係について説明した。   The relationship between the operating voltage / frequency and the delay time in the actual inverter chain circuit 30 has been described above.

実施例1では、SPICE等のシミュレータによって、図4の(A)に示したインバーターチェーン回路30に対応するネットリストについて動作の解析を行った。シミュレータの動作過程においては、図4の(A)のFET31に対応する部分の動作を解析する際には、トランジスタモデル10、及び、閾値電圧計算用モデル20が用いられる。上述した手順により、トランジスタモデル10の閾値電圧変化量を閾値電圧計算用モデル20によって得られる値から計算し、閾値電圧を補正し、補正された閾値電圧の値に基づいてトランジスタモデル10から成る回路解析が行われる。そして、得られた解析結果と、図5で示した測定結果とが略一致するように、所定の電圧の値Vgslim、式(1)に示す定数α及びβ、積分回路モデル21を構成する静電容量モデル22における静電容量の値、抵抗モデルにおける抵抗の値等の各種パラメータを決定することにより、上記の各種パラメータのフィッティングを完了することができる。 In Example 1, the operation of the netlist corresponding to the inverter chain circuit 30 shown in FIG. 4A was analyzed by a simulator such as SPICE. In the operation process of the simulator, the transistor model 10 and the threshold voltage calculation model 20 are used when analyzing the operation of the portion corresponding to the FET 31 in FIG. According to the procedure described above, the threshold voltage change amount of the transistor model 10 is calculated from the value obtained by the threshold voltage calculation model 20, the threshold voltage is corrected, and the circuit including the transistor model 10 is based on the corrected threshold voltage value. Analysis is performed. Then, a predetermined voltage value V gslim , constants α and β shown in Expression (1), and an integration circuit model 21 are configured so that the obtained analysis result and the measurement result shown in FIG. By determining various parameters such as the capacitance value in the capacitance model 22 and the resistance value in the resistance model, the fitting of the above various parameters can be completed.

以下、図5、及び、図6を参照して、上記の各種パラメータのフィッティングの具体的な手順について説明する。   Hereinafter, specific procedures for fitting the various parameters will be described with reference to FIGS. 5 and 6.

[工程−100]
先ず、シミュレーションの前準備として、周知の方法により、トランジスタモデル10における各種特性パラメータを設定する。具体的には、FET31を実測することにより得られるVgs−Ids特性、Vds−Ids特性、容量−電圧特性(C−V特性)等を反映するように、トランジスタモデル10における各種パラメータを設定すればよい。上述したように、閾値電圧の基準値Vth_refについても、FET31のVgs−Ids特性に基づいて設定することができる。
[Step-100]
First, as a preparation for simulation, various characteristic parameters in the transistor model 10 are set by a known method. Specifically, various parameters in the transistor model 10 are reflected so as to reflect a V gs -I ds characteristic, a V ds -I ds characteristic, a capacitance-voltage characteristic (CV characteristic), and the like obtained by actually measuring the FET 31. Should be set. As described above, for the reference value V Th_ref threshold voltage can be set based on V gs -I ds characteristics of FET 31.

[工程−110]
次いで、第1の動作電圧の条件下(例えば、図5に示したVdd−Vss=V1(V)に相当する条件)で、インバーターチェーン回路30に対応するネットリストについてシミュレーションにより動作を解析する。具体的には、所定の電圧の値Vgslim、式(1)に示す定数α及びβ、積分回路モデル21を構成する静電容量モデル22における静電容量の値、抵抗モデル23における抵抗の値等の各種パラメータに適当な初期値を与えた状態で、インバーターチェーン回路30に対応するネットリストについて動作を解析する。
[Step-110]
Next, the netlist corresponding to the inverter chain circuit 30 is operated by simulation under the condition of the first operating voltage (for example, the condition corresponding to V dd −V ss = V 1 (V) shown in FIG. 5). To analyze. Specifically, a predetermined voltage value V gslim , constants α and β shown in Expression (1), a capacitance value in the capacitance model 22 constituting the integrating circuit model 21, and a resistance value in the resistance model 23. The operation of the netlist corresponding to the inverter chain circuit 30 is analyzed in a state where appropriate initial values are given to various parameters such as.

[工程−120]
その後、シミュレーションにより得られた解析結果(より具体的には、周波数−遅延時間)と、図5の結果を対比し、以下の関係を勘案して各種パラメータを再調整する。
[Step-120]
Thereafter, the analysis result (more specifically, the frequency-delay time) obtained by the simulation is compared with the result of FIG. 5, and various parameters are readjusted in consideration of the following relationship.

図6は、シミュレーションにより得られた解析結果と実測値との対比結果を模式的に示したものである。先ず、積分回路モデル21を構成する抵抗モデル23における抵抗の値とシミュレーションにより得られる解析結果の関係について説明する。上述したように、実施例1においては、第n番目の積分回路モデル21nを構成する抵抗モデル23nにおける抵抗の値は、トランジスタモデル10がオン動作のときにはある一定値Rn_ON、トランジスタモデル10がオフ動作のときにはある一定値Rn_OFFが与えられる。上述した一定値Rn_OFFの値を変えると、積分回路モデル21nにおいて静電容量モデル22nから放出される電荷量変化の程度(換言すれば、トランジスタモデル10がオフ動作のときの第n番目の積分回路モデル21nの時定数)が変化する。これにより、遅延時間の周波数依存性をある程度細かく調整することができる(換言すれば、図6に示したシミュレーションにより得られる解析結果のグラフのカーブの形状を調整することができる。 FIG. 6 schematically shows a comparison result between an analysis result obtained by simulation and an actual measurement value. First, the relationship between the resistance value in the resistance model 23 constituting the integrating circuit model 21 and the analysis result obtained by the simulation will be described. As described above, in the first embodiment, the resistance value in the resistance model 23 n constituting the nth integration circuit model 21 n is a certain constant value R n — ON when the transistor model 10 is in the ON operation, and the transistor model 10 When is turned off, a certain value R n — OFF is given. When the value of the constant value R n_OFF described above is changed, the degree of change in the amount of charge released from the capacitance model 22 n in the integration circuit model 21 n (in other words, the nth when the transistor model 10 is in the off operation). The time constant of the integration circuit model 21 n changes. As a result, the frequency dependence of the delay time can be finely adjusted to some extent (in other words, the curve shape of the analysis result graph obtained by the simulation shown in FIG. 6 can be adjusted).

定数αとシミュレーションにより得られる解析結果の関係について説明する。定性的には、定数αを大きくすると、遅延時間は全般的に長くなる傾向が認められる(即ち、図6に示すシミュレーションによる計算値のグラフは、+Y方向に移動する)。定数αを小さくすると、上述したと逆の傾向を示す。   The relationship between the constant α and the analysis result obtained by the simulation will be described. Qualitatively, when the constant α is increased, the delay time tends to be generally longer (that is, the graph of the calculated values by the simulation shown in FIG. 6 moves in the + Y direction). When the constant α is made smaller, the tendency opposite to that described above is shown.

定数βとシミュレーションにより得られる解析結果の関係について説明する。定性的には、定数βを大きくすると、遅延時間の周波数依存性が全般的に大きくなる(即ち、図6においては、図の右側の広がりがより拡大する)傾向が認められる。定数βを小さくすると、上述したと逆の傾向を示す。   The relationship between the constant β and the analysis result obtained by the simulation will be described. Qualitatively, when the constant β is increased, there is a tendency that the frequency dependence of the delay time generally increases (that is, in FIG. 6, the right-side spread in the figure is further expanded). When the constant β is decreased, the tendency reverse to that described above is exhibited.

[工程−130]
再調整された各種パラメータを用いて、インバーターチェーン回路30に対応するネットリストについて動作を解析する。
[Step-130]
Using various readjusted parameters, the operation of the netlist corresponding to the inverter chain circuit 30 is analyzed.

[工程−140]
シミュレーションにより得られた解析結果と、図5の結果を対比し、両者の差が大きい場合には、[工程−120]〜[工程−130]を繰り返す。両者の差が許容される範囲にあると判断されれば、次の工程[工程−150]に進む。
[Step-140]
The analysis result obtained by the simulation and the result of FIG. 5 are compared. When the difference between the two is large, [Step-120] to [Step-130] are repeated. If it is determined that the difference between the two is within the allowable range, the process proceeds to the next step [Step-150].

[工程−150]
上述した再調整された各種パラメータを用いて、第2の動作電圧の条件下(例えば、図5に示したVdd−Vss=V2(V)に相当する条件)で、インバーターチェーン回路30に対応するネットリストについてシミュレーションにより動作を解析する。
[Step-150]
The inverter chain circuit 30 is used under the condition of the second operating voltage (for example, the condition corresponding to V dd −V ss = V 2 (V) shown in FIG. 5) using the various readjusted parameters described above. Analyzes the behavior of the netlist corresponding to.

[工程−160]
その後、シミュレーションにより得られた解析結果と、図5の結果を対比する。
[Step-160]
Thereafter, the analysis result obtained by the simulation is compared with the result of FIG.

[工程−170]
第2の動作電圧の条件下において、両者の差が大きい場合には、所定の電圧の値Vgslimの値を調整する。上述したように、図5においては、動作電圧が低くなる程、入力波形の周波数と遅延時間との相関関係が強くなる傾向がある。シミュレーションにおいては、所定の電圧の値Vgslimを変えることにより、入力波形の周波数と遅延時間との相関関係の動作電圧に対する依存性を調整することができる。所定の電圧の値Vgslimを再調整した後、再度[工程−150]〜[工程−160]と同様の工程を繰り返す。両者の差が許容される範囲にあると判断されれば、次の工程[工程−180]に進む。
[Step-170]
When the difference between the two is large under the condition of the second operating voltage, the value of the predetermined voltage value V gslim is adjusted. As described above, in FIG. 5, the correlation between the frequency of the input waveform and the delay time tends to increase as the operating voltage decreases. In the simulation, the dependency of the correlation between the frequency of the input waveform and the delay time on the operating voltage can be adjusted by changing the value V gslim of the predetermined voltage. After re-adjusting the predetermined voltage value V gslim , the same steps as [Step-150] to [Step-160] are repeated again. If it is determined that the difference between the two is within the allowable range, the process proceeds to the next step [Step-180].

[工程−180]
その後、必要に応じて、第3の動作電圧の条件下(例えば、図5に示したVdd−Vss=V3(V)に相当する条件)で、[工程−150]〜[工程−170]と同様の工程を行う。第4〜第6の動作電圧の条件下(例えば、図5に示した、V4(V)、V5(V)、V6(V)に相当する条件)においても同様である。
[Step-180]
Then, if necessary, under the condition of the third operating voltage (for example, the condition corresponding to V dd −V ss = V 3 (V) shown in FIG. 5), [Step-150] to [Step- 170]. The same applies to the conditions of the fourth to sixth operating voltages (for example, the conditions corresponding to V 4 (V), V 5 (V), and V 6 (V) shown in FIG. 5).

上記の[工程−100]〜[工程−180]によって、各種パラメータのフィッティングを完了することができる。   The fitting of various parameters can be completed by the above [Step-100] to [Step-180].

実施例2は、本発明の電界効果型トランジスタから成る回路の動作制御方法に関する。   The second embodiment relates to a method for controlling the operation of a circuit comprising a field effect transistor according to the present invention.

実施例2においては、電界効果型トランジスタのチャネル形成領域におけるポテンシャル分布の変化に起因する閾値電圧の変化を反映させて動作解析を行うためのトランジスタモデル用いたシミュレーション方法に基づいて、電界効果型トランジスタから成る回路の動作を制御する。具体的には、シミュレーション方法によって、(1)チャネル形成領域におけるポテンシャル分布の変化とチャネル形成領域における局在準位によって捕獲/放出されるキャリアとの関係を反映するように規定された閾値電圧計算用モデルによって得られる値に基づいて閾値電圧変化量を計算し、(2)該閾値電圧変化量に基づいて閾値電圧の値を補正し、(3)該補正された閾値電圧の値に基づいてトランジスタモデルから成る回路モデルの動作を解析し、(4)該回路モデルの動作の解析結果に基づいて、電界効果型トランジスタから成る回路に入力される信号を補正する。   In the second embodiment, based on a simulation method using a transistor model for performing an operation analysis reflecting a change in threshold voltage caused by a change in potential distribution in a channel formation region of the field effect transistor, a field effect transistor is used. Control the operation of the circuit consisting of Specifically, the threshold voltage calculation defined by the simulation method so as to reflect the relationship between (1) the change in potential distribution in the channel formation region and the carriers captured / released by the localized levels in the channel formation region. A threshold voltage change amount is calculated on the basis of a value obtained by the model, (2) the threshold voltage value is corrected on the basis of the threshold voltage change amount, and (3) on the basis of the corrected threshold voltage value. The operation of the circuit model composed of the transistor model is analyzed, and (4) a signal input to the circuit composed of the field effect transistor is corrected based on the analysis result of the operation of the circuit model.

実施例2においては、制御対象となる電界効果型トランジスタから成る回路が、TFTから構成されたエッジトリガ型フリップフロップ回路(以下、単に、D型フリップフロップ回路と呼ぶ)であるとして説明するが、これに限るものではない。   In the second embodiment, a description will be given assuming that the circuit composed of a field effect transistor to be controlled is an edge trigger flip-flop circuit (hereinafter simply referred to as a D-type flip-flop circuit) composed of TFTs. This is not a limitation.

先ず、TFTから構成されたD型フリップフロップ回路の問題点について簡単に説明する。   First, problems of the D-type flip-flop circuit composed of TFTs will be briefly described.

図7の(A)は、D型フリップフロップ回路の動作を説明するための模式的な結線図である。図7の(B)は、D型フリップフロップ回路の動作を説明するための模式的な波形図である。D型フリップフロップ回路40には、データ回路41からデータ波形が、クロック回路42からクロック波形が入力される。図7の(B)に示すように、D型フリップフロップ回路40においては、クロック波形が立ち上がる際のデータ入力がサンプリングされ、D型フリップフロップ回路40のデータ出力に現れる。図7の(B)に示すように、データ入力波形を正しくサンプリングするためには、セットアップタイムとホールドタイムがある値以上である必要がある。しかし、上述したようにTFTにおいては、バンド間トラップの影響により閾値が変化する。このため、D型フリップフロップ回路40を構成するTFTにおける信号の遅延時間は、印加される電圧の履歴等により変動する。これにより、D型フリップフロップ回路40の内部においてデータ波形とクロック波形のタイミングがずれ、セットアップタイムとホールドタイムが不充分となり、所望のデータがサンプリングできないという誤動作を生ずる場合がある。   FIG. 7A is a schematic connection diagram for explaining the operation of the D-type flip-flop circuit. FIG. 7B is a schematic waveform diagram for explaining the operation of the D-type flip-flop circuit. The D-type flip-flop circuit 40 receives a data waveform from the data circuit 41 and a clock waveform from the clock circuit 42. As shown in FIG. 7B, in the D-type flip-flop circuit 40, the data input when the clock waveform rises is sampled and appears in the data output of the D-type flip-flop circuit 40. As shown in FIG. 7B, in order to correctly sample the data input waveform, the setup time and hold time need to be equal to or greater than a certain value. However, as described above, in the TFT, the threshold value changes due to the influence of the band-to-band trap. For this reason, the signal delay time in the TFT constituting the D-type flip-flop circuit 40 varies depending on the history of the applied voltage. As a result, the timings of the data waveform and the clock waveform are shifted in the D-type flip-flop circuit 40, the setup time and the hold time are insufficient, and a malfunction may occur in which desired data cannot be sampled.

以下、図を参照して、実施例2における電界効果型トランジスタから成る回路の動作制御方法について説明する。尚、実施例2において用いられるシミュレーション方法は実施例1で説明したと同様である。従って、シミュレーション方法についての詳細な説明は省略する。   Hereinafter, a method for controlling the operation of a circuit including a field effect transistor according to the second embodiment will be described with reference to the drawings. The simulation method used in the second embodiment is the same as that described in the first embodiment. Therefore, a detailed description of the simulation method is omitted.

図8は、本発明の電界効果型トランジスタから成る回路の動作制御方法が用いられた装置60の構成図である。この装置60において、制御部50は例えば記憶手段とCPUとを備えるコンピュータから成る。演算部51は、SPICE等のシミュレータと、シミュレータの計算結果に応じて後述する位相調整回路44に指令を出すための制御プログラムとから構成されている。制御部50の記憶手段から構成されているネットリスト格納部52には、D型フリップフロップ回路40に対応するネットリストが格納されている。モデル格納部53には、実施例1において説明したトランジスタモデル10、閾値電圧計算用モデル20を構成する複数の積分回路モデル21、積分回路モデル21を構成する静電容量モデル22や抵抗モデル23等が格納されている。説明の便宜上、D型フリップフロップ回路40を構成する複数のTFTは全て同一仕様であるものとし、実施例1において説明した各種パラメータのフィッティングは予め完了しているものとする。   FIG. 8 is a block diagram of a device 60 in which the operation control method for a circuit comprising a field effect transistor according to the present invention is used. In the device 60, the control unit 50 is formed of a computer including a storage unit and a CPU, for example. The calculation unit 51 includes a simulator such as SPICE and a control program for issuing a command to a phase adjustment circuit 44 described later according to the calculation result of the simulator. A net list corresponding to the D-type flip-flop circuit 40 is stored in the net list storage unit 52 constituted by the storage means of the control unit 50. In the model storage unit 53, the transistor model 10 described in the first embodiment, a plurality of integration circuit models 21 constituting the threshold voltage calculation model 20, the capacitance model 22 and the resistance model 23 constituting the integration circuit model 21, etc. Is stored. For convenience of explanation, it is assumed that the plurality of TFTs constituting the D-type flip-flop circuit 40 all have the same specifications, and the fitting of various parameters described in the first embodiment is completed in advance.

遅延回路43は、データ回路41及びクロック回路42からの入力信号を、例えば1クロック分遅延させる回路である。位相調整回路44は、上述した演算部51の指令に基づき、データ回路41からの信号とクロック回路42の信号との位相を調整する回路である。D型フリップフロップ回路40には、遅延回路43と位相調整回路44を経た信号が入力される。   The delay circuit 43 is a circuit that delays input signals from the data circuit 41 and the clock circuit 42 by, for example, one clock. The phase adjustment circuit 44 is a circuit that adjusts the phase between the signal from the data circuit 41 and the signal from the clock circuit 42 based on the command from the arithmetic unit 51 described above. A signal that has passed through the delay circuit 43 and the phase adjustment circuit 44 is input to the D-type flip-flop circuit 40.

演算部51には、図示せぬ入力手段等を介して、データ回路41とクロック回路42の信号の値が逐次入力される。演算部51は、ネットリスト格納部52とモデル格納部53に格納されたデータ、及び、入力されたデータ回路41の信号とクロック回路42の信号に基づき、D型フリップフロップ回路40に対応するトランジスタモデルから成る回路モデルの動作をリアルタイムで解析する。尚、D型フリップフロップ回路40には遅延回路43を介して信号が入力されているので、シミュレーションによる解析はD型フリップフロップ回路40の動作よりも先行して行われる。   The signal values of the data circuit 41 and the clock circuit 42 are sequentially input to the calculation unit 51 via an input unit (not shown). The calculation unit 51 is a transistor corresponding to the D-type flip-flop circuit 40 based on the data stored in the net list storage unit 52 and the model storage unit 53 and the input data circuit 41 signal and clock circuit 42 signal. Analyzes the behavior of a circuit model consisting of models in real time. Since a signal is input to the D-type flip-flop circuit 40 via the delay circuit 43, the analysis by the simulation is performed prior to the operation of the D-type flip-flop circuit 40.

そして、シミュレーションの解析結果により誤動作を生ずることが確認されたとき、演算部51は、位相調整回路44に指令を出しD型フリップフロップ回路40に入力される信号を補正する。具体的には、シミュレーションの解析結果による誤動作が、セットアップタイムが不足であることにより生じている場合には、セットアップタイムを長くするように位相調整回路44に指令を出す。同様に、シミュレーションの解析による誤動作が、ホールドタイムが不足であることにより生じている場合には、ホールドタイムを長くするように位相調整回路44に指令を出す。これにより、適正なタイミングでD型フリップフロップ回路40を動作させることができる。   When it is confirmed that a malfunction occurs due to the analysis result of the simulation, the arithmetic unit 51 issues a command to the phase adjustment circuit 44 and corrects the signal input to the D-type flip-flop circuit 40. Specifically, if a malfunction due to the simulation analysis result is caused by an insufficient setup time, a command is issued to the phase adjustment circuit 44 so as to lengthen the setup time. Similarly, if a malfunction due to simulation analysis occurs due to an insufficient hold time, a command is issued to the phase adjustment circuit 44 to increase the hold time. As a result, the D-type flip-flop circuit 40 can be operated at an appropriate timing.

以上、本発明を、発明の実施例に基づき説明したが、本発明はこれらに限定されるものではなく、適宜変更することができる。   As mentioned above, although this invention was demonstrated based on the Example of invention, this invention is not limited to these, It can change suitably.

実施例においては、トランジスタモデルは1種類としたが、これに限るものではない。例えば、Nチャネル形式のFETとPチャネル形式のFETとから成る回路について解析を行う場合には、Nチャネル形式のFET用のトランジスタモデル/閾値電圧計算用モデルと、Pチャネル形式のFET用のトランジスタモデル/閾値電圧計算用モデルを個別に用意すればよい。   In the embodiment, one type of transistor model is used, but the present invention is not limited to this. For example, when analyzing a circuit composed of an N-channel FET and a P-channel FET, an N-channel FET transistor model / threshold voltage calculation model and a P-channel FET transistor are analyzed. A model / threshold voltage calculation model may be prepared individually.

実施例においては、シミュレータとしてSPICE等のソフトウエアシミュレータを用いたが、これに限るものではない。シミュレータはハードウェア的に実装されている態様とすることもできる。また、図8において、制御部50と制御対象であるD型フリップフロップ回路40とを分離した形で示したが、制御対象となる回路と制御部とが一体で構成されている態様とすることもできる。例えば、液晶ディスプレイ等においては、表面にTFTが形成されたガラス基板等が用いられる。この場合に、ガラス基板等の上にTFT、TFTを駆動する駆動回路、及び、駆動回路のシミュレータが共に形成された態様とすることもできる。   In the embodiment, a software simulator such as SPICE is used as a simulator, but the present invention is not limited to this. The simulator may be implemented in hardware. Further, in FIG. 8, the control unit 50 and the D-type flip-flop circuit 40 that is the control target are illustrated in a separated form, but the control target circuit and the control unit are configured integrally. You can also. For example, in a liquid crystal display or the like, a glass substrate having a TFT formed on the surface is used. In this case, a mode in which a TFT, a driving circuit for driving the TFT, and a simulator for the driving circuit are both formed on a glass substrate or the like can be employed.

図1の(A)は、ポリシリコン薄膜トランジスタの模式的な構造図である。図1の(B)は、図1の(A)に示したポリシリコン薄膜トランジスタにおいて、チャネル形成領域の結晶粒界部分について、エネルギーバンドとチャネル形成領域における局在準位に捕獲されていくキャリア(具体的には、電子)との関係を模式的に示した図である。FIG. 1A is a schematic structural diagram of a polysilicon thin film transistor. FIG. 1B shows the carrier trapped in the energy band and the localized level in the channel formation region in the polysilicon thin film transistor shown in FIG. Specifically, it is a diagram schematically showing a relationship with electrons). 図2は、局在準位によって電子が捕獲/放出されることによる閾値の相対的変化を説明するための模式図である。FIG. 2 is a schematic diagram for explaining the relative change of the threshold due to the capture / release of electrons by the localized levels. 図3の(A)は、実施例に用いられるトランジスタモデルを示したものである。図3の(B)は、閾値電圧計算用モデルを構成する複数の積分回路モデルを示したものである。FIG. 3A shows a transistor model used in the embodiment. FIG. 3B shows a plurality of integration circuit models constituting the threshold voltage calculation model. 図4の(A)は、実際のインバーターチェーン回路の回路図を示したものである。図4の(B)は、インバーターチェーン回路に方形波を入力した際の、入力波形と出力波形の様子を模式的に示したものである。FIG. 4A shows a circuit diagram of an actual inverter chain circuit. FIG. 4B schematically shows an input waveform and an output waveform when a square wave is input to the inverter chain circuit. 図5は、インバーターチェーン回路について実測した動作電圧・周波数−遅延時間の関係を示したものである。FIG. 5 shows the relationship between the operating voltage / frequency / delay time measured for the inverter chain circuit. 図6は、シミュレーションにより得られた解析結果と実測値との対比結果を模式的に示したものである。FIG. 6 schematically shows a comparison result between an analysis result obtained by simulation and an actual measurement value. 図7の(A)は、D型フリップフロップ回路の動作を説明するための模式的な結線図である。図7の(B)は、D型フリップフロップ回路の動作を説明するための模式的な波形図である。FIG. 7A is a schematic connection diagram for explaining the operation of the D-type flip-flop circuit. FIG. 7B is a schematic waveform diagram for explaining the operation of the D-type flip-flop circuit. 図8は、本発明の動作制御方法が用いられる装置の構成図である。FIG. 8 is a block diagram of an apparatus in which the operation control method of the present invention is used. 図9は、トランジスタのドレイン電極−ソース電極間を短絡しゲートに電圧を印加した状態を示す回路図である。FIG. 9 is a circuit diagram showing a state in which a voltage is applied to the gate by short-circuiting between the drain electrode and the source electrode of the transistor.

符号の説明Explanation of symbols

1・・・TFT、2・・・ゲート電極、3・・・ゲート絶縁膜、4・・・ソース電極、5・・・ドレイン電極、6・・・ポリシリコン薄膜、7・・・結晶粒界、10・・・トランジスタモデル、11・・・電流モデル、12・・・静電容量モデル、13・・・静電容量モデル、14・・・ソース端子、15・・・ゲート端子、16・・・ドレイン端子、20・・・閾値電圧計算用モデル、21,211〜21N・・・積分回路モデル、22,221〜22N・・・静電容量モデル、23,231〜23N・・・抵抗モデル、30・・・インバーターチェーン回路、31・・・FET、32・・・抵抗、33・・・入力端子、34・・・出力端子、35・・・端子、36・・・端子、40・・・D型フリップフロップ回路、41・・・データ回路、42・・・クロック回路、43・・・遅延回路、44・・・位相調整回路、50・・・制御部、51・・・演算部、52・・・ネットリスト格納部、53・・・モデル格納部、60・・・装置
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... TFT, 2 ... Gate electrode, 3 ... Gate insulating film, 4 ... Source electrode, 5 ... Drain electrode, 6 ... Polysilicon thin film, 7 ... Grain boundary DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 ... Transistor model, 11 ... Current model, 12 ... Capacitance model, 13 ... Capacitance model, 14 ... Source terminal, 15 ... Gate terminal, 16 ... Drain terminal, 20... Threshold voltage calculation model, 21, 21 1 to 21 N ... Integration circuit model, 22, 22 1 to 22 N ... Capacitance model, 23, 23 1 to 23 N ... Resistance model, 30 ... Inverter chain circuit, 31 ... FET, 32 ... Resistance, 33 ... Input terminal, 34 ... Output terminal, 35 ... Terminal, 36 ... Terminal, 40 ... D-type flip-flop circuit, 41 ... Data circuit 42 ... Clock circuit, 43 ... Delay circuit, 44 ... Phase adjustment circuit, 50 ... Control unit, 51 ... Calculation unit, 52 ... Netlist storage unit, 53 ... Model Storage unit, 60... Device

Claims (7)

電界効果型トランジスタのチャネル形成領域におけるポテンシャル分布の変化に起因する閾値電圧の変化を反映させて動作解析を行うためのトランジスタモデルを用いたシミュレーション方法であって、
(1)チャネル形成領域におけるポテンシャル分布の変化とチャネル形成領域における局在準位によって捕獲/放出されるキャリアとの関係を反映するように規定された閾値電圧計算用モデルによって得られる値に基づいて閾値電圧変化量を計算し、
(2)該閾値電圧変化量に基づいて前記閾値電圧の値を補正し、
(3)該補正された前記閾値電圧の値に基づいて前記トランジスタモデルから成る回路モデルの動作を解析する、ことからなり、
前記閾値電圧計算用モデルは、独立した1つの積分回路モデルあるいは相互に独立した複数の積分回路モデルによって構成され、
前記トランジスタモデルのゲート端子とソース端子との間の電位差の値をV gs 、所定の電圧の値をV gslim (但し、V gslim >0)としたとき、
gs の絶対値がV gslim の値以下である場合には、前記積分回路モデルのそれぞれにV gs の値の電圧を印加し、
gs の絶対値がV gslim の値を超える場合には、前記積分回路モデルのそれぞれにV gslim 2 /V gs の値の電圧を印加する、
シミュレーション方法。
A simulation method using a transistor model for performing an operation analysis reflecting a change in threshold voltage caused by a change in potential distribution in a channel formation region of a field effect transistor,
(1) Based on the value obtained by the threshold voltage calculation model defined to reflect the relationship between the potential distribution change in the channel formation region and the carriers captured / released by the localized levels in the channel formation region. Calculate the threshold voltage change amount,
(2) correcting the value of the threshold voltage based on the threshold voltage variation,
(3) analyzing the operation of the circuit model consisting of the transistor model based on the value of the corrected the threshold voltage, it consists,
The threshold voltage calculation model is constituted by one independent integration circuit model or a plurality of independent integration circuit models,
When the value of the potential difference between the gate terminal and the source terminal of the transistor model is V gs and the value of the predetermined voltage is V gslim (where V gslim > 0),
When the absolute value of V gs is less than or equal to the value of V gslim , a voltage having a value of V gs is applied to each of the integration circuit models ,
When the absolute value of V gs exceeds the value of V gslim , a voltage having a value of V gslim 2 / V gs is applied to each of the integration circuit models .
Simulation method.
前記積分回路モデルは、静電容量モデルと抵抗モデルとが直列接続されて成る請求項1に記載のシミュレーション方法。  The simulation method according to claim 1, wherein the integration circuit model includes a capacitance model and a resistance model connected in series. 前記積分回路モデルを構成する前記抵抗モデルにおける抵抗の値を、前記トランジスタモデルの動作に依存して変化させる請求項2に記載のシミュレーション方法。  The simulation method according to claim 2, wherein a resistance value in the resistance model constituting the integration circuit model is changed depending on an operation of the transistor model. 前記閾値電圧変化量を、前記積分回路モデルを構成する前記静電容量モデルにおける電荷の値に基づいて計算する請求項2又は請求項3に記載のシミュレーション方法。  The simulation method according to claim 2 or 3, wherein the threshold voltage change amount is calculated based on a charge value in the capacitance model constituting the integration circuit model. (A)前記閾値電圧の基準値をV th#ref
(B)前記積分回路モデルの個数をN、第n番目(但し、n=1,2,…,N)の前記積分回路モデルを構成する前記静電容量モデルにおける電荷の値をQ n 、前記閾値電圧変化量をΔV th としたとき、ΔV th を以下の式(1)に基づいて計算し、その後、V th#ref にΔV th を加えることにより前記閾値電圧の値を補正する請求項4に記載のシミュレーション方法。
Figure 0005079278
但し、α、βは定数、C OX は前記トランジスタモデルにおける単位面積あたりのゲート絶縁膜容量の値である。
(A) A reference value of the threshold voltage is V th # ref ,
(B) The number of the integration circuit models is N, the charge value in the capacitance model constituting the nth (where n = 1, 2,..., N) integration circuit model is Q n , 5. The threshold voltage value is corrected by calculating ΔV th based on the following equation (1) when ΔV th is the threshold voltage change amount , and then adding ΔV th to V th # ref. The simulation method described in 1.
Figure 0005079278
Here, α and β are constants, and C OX is the value of the gate insulating film capacitance per unit area in the transistor model.
(A)第n番目の前記積分回路モデルを構成する前記静電容量モデルにおける静電容量の値をC n
(B)ある時刻tにおける、第n番目の前記積分回路モデルに印加されている電圧の値をV n (t)、第n番目の前記積分回路モデルを構成する前記静電容量モデルにおける電荷の値をQ n (t)、第n番目の前記積分回路モデルを構成する前記抵抗モデルにおける抵抗の値をR n (t)としたとき、時刻tから時間Δtが経過したときの第n番目の前記積分回路モデルを構成する前記静電容量モデルにおける電荷の値Q n (t+Δt)を、以下の式(2)に基づいて計算し、更に、前記閾値電圧変化量ΔV th を、以下の式(1)'に基づき計算する請求項5に記載のシミュレーション方法。
Figure 0005079278
(A) The capacitance value in the capacitance model constituting the nth integration circuit model is represented by C n ,
(B) The value of the voltage applied to the nth integration circuit model at a certain time t is V n (t), and the charge in the capacitance model constituting the nth integration circuit model When the value is Q n (t) and the resistance value in the resistance model constituting the n th integration circuit model is R n (t), the n th time when the time Δt has elapsed from time t. The charge value Q n (t + Δt) in the capacitance model constituting the integration circuit model is calculated based on the following equation (2), and the threshold voltage change amount ΔV th is further calculated by the following equation ( The simulation method according to claim 5, wherein the calculation is performed based on 1) ′.
Figure 0005079278
電界効果型トランジスタのチャネル形成領域におけるポテンシャル分布の変化に起因する閾値電圧の変化を反映させて動作解析を行うためのトランジスタモデルを用いたシミュレーション方法に基づく、電界効果型トランジスタから成る回路の動作制御方法であって、  Operation control of a circuit composed of field-effect transistors based on a simulation method using a transistor model to reflect changes in threshold voltage caused by changes in potential distribution in the channel formation region of field-effect transistors A method,
該シミュレーション方法によって、  By the simulation method,
(1)チャネル形成領域におけるポテンシャル分布の変化とチャネル形成領域における局在準位によって捕獲/放出されるキャリアとの関係を反映するように規定された閾値電圧計算用モデルによって得られる値に基づいて閾値電圧変化量を計算し、  (1) Based on the value obtained by the threshold voltage calculation model defined to reflect the relationship between the potential distribution change in the channel formation region and the carriers captured / released by the localized levels in the channel formation region. Calculate the threshold voltage change amount,
(2)該閾値電圧変化量に基づいて前記閾値電圧の値を補正し、  (2) correcting the value of the threshold voltage based on the threshold voltage change amount;
(3)該補正された前記閾値電圧の値に基づいて前記トランジスタモデルから成る回路モデルの動作を解析し、  (3) Analyzing the operation of the circuit model comprising the transistor model based on the corrected value of the threshold voltage,
(4)該回路モデルの動作の解析結果に基づいて、電界効果型トランジスタから成る回路に入力される信号を補正する、ことからなり、  (4) based on the analysis result of the operation of the circuit model, correcting a signal input to a circuit composed of a field effect transistor;
前記閾値電圧計算用モデルは、独立した1つの積分回路モデルあるいは相互に独立した複数の積分回路モデルによって構成され、  The threshold voltage calculation model is constituted by one independent integration circuit model or a plurality of independent integration circuit models,
前記トランジスタモデルのゲート端子とソース端子との間の電位差の値をV  The value of the potential difference between the gate terminal and the source terminal of the transistor model is expressed as V gsgs 、所定の電圧の値をV, The value of the predetermined voltage is V gslimgslim (但し、V(However, V gslimgslim >0)としたとき、> 0)
  V gsgs の絶対値がVThe absolute value of V is V gslimgslim の値以下である場合には、前記積分回路モデルのそれぞれにVEach of the integration circuit models, V gsgs の値の電圧を印加し、Apply a voltage of
  V gsgs の絶対値がVThe absolute value of V is V gslimgslim の値を超える場合には、前記積分回路モデルのそれぞれにVWhen the value exceeds the value of V, gslimgslim 22 /V/ V gsgs の値の電圧を印加する、Applying a voltage of
電界効果型トランジスタから成る回路の動作制御方法。  An operation control method for a circuit comprising a field effect transistor.
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