ट्रांजिस्टर मॉडल: Difference between revisions
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ट्रांजिस्टर जटिल व्यवहार के साथ सरल उपकरण हैं। ट्रांजिस्टर नियोजित परिपथों के विश्वसनीय संक्रिया को सुनिश्चित करने के लिए, ट्रांजिस्टर प्रतिरूप का उपयोग करके उनके संक्रिया में देखी गई भौतिक घटनाओं को वैज्ञानिक रूप से मॉडल करना आवश्यक है। जटिलता और उद्देश्य में विभिन्न प्रकार के विभिन्न प्रतिरूप उपस्थित हैं। ट्रांजिस्टर प्रतिरूप दो प्रमुख समूहों में विभाजित होते हैं: उपकरण प्रारुप के लिए प्रतिरूप और परिपथ प्रारुप के लिए प्रतिरूप।
उपकरण प्रारुप के लिए प्रतिरूप
आधुनिक ट्रांजिस्टर में एक आंतरिक संरचना है जो जटिल भौतिक तंत्र का शोषण करती है। उपकरण प्रारुप के लिए एक विस्तृत समझ की आवश्यकता होती है कि उपकरण निर्माण प्रक्रिया जैसे आयन रोपण, अशुद्धता विसरण, ऑक्साइड वृद्धि, तापानुशीतल और नक़्क़ाशी उपकरण व्यवहार को प्रभावित करती है। प्रक्रम प्रतिरूप निर्माण के चरणों का अनुकरण करते हैं और उपकरण अनुकारक को उपकरण "ज्यामिति" का सूक्ष्म विवरण प्रदान करते हैं। "ज्यामिति" का अर्थ यह नहीं है कि आसानी से पहचानी गई ज्यामितीय विशेषताएं जैसे कि एक समतलीय या परिवेष्टन गेट संरचना, या स्रोत और बहाव के उभरे हुए या पुनरावर्ती रूप (एक हिमस्खलन प्रक्रिया द्वारा फ्लोटिंग गेट को चार्ज करने से संबंधित कुछ असामान्य मॉडलिंग चुनौतियों के साथ स्मृति उपकरण के लिए चित्र 1 देखें)। यह संरचना के अंदर के विवरण को भी संदर्भित करता है, जैसे कि उपकरण प्रसंस्करण के पूरा होने के बाद अपमिश्रण विवरणिका।
उपकरण कैसा दिखता है, इस बारे में इस जानकारी के साथ, उपकरण अनुरूपक विभिन्न परिस्थितियों में इसके विद्युत व्यवहार को निर्धारित करने के लिए उपकरण में होने वाली भौतिक प्रक्रियाओं को मॉडल करता है: डीसी धारा-विभव व्यवहार, क्षणिक व्यवहार (बृहत्-सिग्नल और लघु-सिग्नल दोनों), उपकरण अभिन्यास पर निर्भरता (लंबे और संकीर्ण बनाम छोटे और चौड़े, या एकांतरित बनाम आयताकार, या अन्य उपकरणों के लिए अश्लिष्ट बनाम समीपस्थ)। ये अनुकरण उपकरण प्रारूपक को बताते हैं कि क्या उपकरण प्रक्रिया परिपथ प्रारूपक द्वारा आवश्यक विद्युत व्यवहार वाले उपकरणों का उत्पादन करेगी, और किसी भी आवश्यक प्रक्रिया सुधार के बारे में प्रक्रिया प्रारूपक को सूचित करने के लिए उपयोग किया जाता है। एक बार जब प्रक्रिया निर्माण के करीब पहुंच जाती है, तो यह जांचने के लिए परीक्षण उपकरणों पर माप के साथ अनुमानित उपकरण विशेषताओं की तुलना की जाती है कि प्रक्रिया और उपकरण मॉडल पर्याप्त रूप से काम कर रहे हैं।
हालांकि बहुत पहले इस तरह से तैयार किया गया उपकरण व्यवहार में बहुत सरल था - मुख्य रूप से सरल ज्यामिति में अपवहन और विसरण - आज कई और प्रक्रियाओं को सूक्ष्म स्तर पर मॉडलिंग किया जाना चाहिए, उदाहरण के लिए, संधियों और ऑक्साइडों में क्षीण धारा, वेग संतृप्ति और प्राक्षेपिक अभिगमन सहित वाहकों का जटिल अभिगमन, क्वांटम यांत्रिक प्रभाव, कई सामग्रियों का उपयोग (उदाहरण के लिए, सी-एसआईजीई (Si-SiGe) उपकरण, और विभिन्न परावैद्युतिकी के ढेर) और यहां तक कि उपकरण के अंदर आयन नियोजन और वाहक (कर्रिएर) परिवहन की संभाव्य प्रकृति के कारण सांख्यिकीय प्रभाव। साल में कई बार तकनीक में बदलाव होता है और अनुकरण को दोहराया जाता है। नए भौतिक प्रभावों को प्रतिबिंबित करने के लिए, या अधिक यथार्थता प्रदान करने के लिए प्रतिरूप में बदलाव की आवश्यकता हो सकती है। इन प्रतिरूपों का अनुरक्षण और सुधार अपने आप में एक व्यवसाय है।
ये प्रतिरूप बहुत संगणक तीव्र हैं, जिसमें उपकरण के अंदर त्रि-आयामी ग्रिड पर युग्मित आंशिक अवकल समीकरणों के विस्तृत स्थानिक और लौकिक समाधान शामिल हैं।[1][2][3][4][5] ऐसे प्रतिरूप धीमे कार्य करते हैं और परिपथ प्रारूप के लिए आवश्यक विवरण प्रदान नहीं करते हैं। इसलिए, परिपथ मापदंड की ओर उन्मुख तीव्र ट्रांजिस्टर प्रतिरूप परिपथ प्रारूप के लिए उपयोग किए जाते हैं।
परिपथ प्रारूप के लिए प्रतिरूप
ट्रांजिस्टर प्रतिरूप का उपयोग लगभग सभी आधुनिक विद्युत् प्रारूप के काम के लिए किया जाता है। अनुरूप परिपथ अनुरूपक जैसे स्पाइस (SPICE) एक प्रारूप के व्यवहार की भविष्यवाणी करने के लिए प्रतिरूप का उपयोग करते हैं। अधिकांश प्रारूप कार्य एकीकृत परिपथ प्रारूपों से संबंधित होते हैं जिनकी अलंकरण लागत बहुत अधिक होती है, मुख्य रूप से उपकरणों को बनाने के लिए उपयोग किए जाने वाले आवरक (फोटोमास्क) के लिए, और प्रारूप को बिना किसी पुनरावृत्ति के काम करने के लिए एक बड़ा आर्थिक प्रोत्साहन होता है। पूर्ण और यथार्थ प्रतिरूप पहली बार काम करने के लिए बड़ी संख्या में प्रारूप की अनुमति देते हैं।
आधुनिक परिपथ आमतौर पर बहुत जटिल होते हैं। ऐसे परिपथों के प्रदर्शन का यथार्थ संगणक प्रतिरूप के बिना अनुमान लगाना मुश्किल है, जिसमें उपयोग किए गए उपकरणों के प्रतिरूप शामिल हैं, लेकिन इन्हीं तक सीमित नहीं है। उपकरण मॉडल में ट्रांजिस्टर अभिन्यास के नियोजन शामिल हैं: चौड़ाई, लंबाई, अंतरागुलीयकरण, अन्य उपकरणों से सामीप्यता, क्षणिक और डीसी धारा-विभव अभिलक्षण, पराश्रयिक उपकरण धारिता, प्रतिरोध और प्रेरकत्व, समय विलंब, और तापमान का प्रभाव कुछ वस्तुओं के नाम के लिए।[6]
बृहत्-सिग्नल अरैखिक मॉडल
अरेखीय, या बृहत्-सिग्नल ट्रांजिस्टर प्रतिरूप तीन मुख्य प्रकारों में आते हैं:[7][8]
भौतिक प्रतिरूप
- ये एक ट्रांजिस्टर के भीतर भौतिक घटनाओं के अनुमानित मॉडलिंग पर आधारित उपकरण भौतिकी पर आधारित प्रतिरूप हैं। इन प्रतिरूपों के भीतर मापदंड भौतिक गुणों जैसे ऑक्साइड स्थूलता, अवस्तर अपमिश्रण सान्द्रता, वाहक (कैरियर) गतिशीलता आदि पर आधारित होते हैं। अतीत में इन प्रतिरूपों का व्यापक रूप से उपयोग किया जाता था, लेकिन आधुनिक उपकरणों की जटिलता उन्हें मात्रात्मक प्रारूप के लिए अपर्याप्त बनाती है। फिर भी, वे हस्त विश्लेषण में एक स्थान पाते हैं (अर्थात, परिपथ प्रारूप के वैचारिक चरण में), उदाहरण के लिए, सिग्नल-परिवर्तन सीमाओं के सरलीकृत अनुमानों के लिए।
अनुभवजन्य प्रतिरूप
- इस प्रकार का प्रतिरूप पूरी तरह से वक्र समंजन पर आधारित होता है, ट्रांजिस्टर संक्रिया के अनुकरण को सक्षम करने के लिए जो भी फलन और मापदंड मान सबसे उपयुक्त रूप से उचित मापा गया डेटा का उपयोग करते हैं। भौतिक प्रतिरूप के विपरीत, एक अनुभवजन्य मॉडल में मापदंडों का कोई मौलिक आधार नहीं होता है, और यह उन्हें प्राप्त करने के लिए उपयोग की जाने वाली फिटिंग प्रक्रिया पर निर्भर करेगा। फिटिंग प्रक्रिया इन प्रतिरूप की सफलता के लिए महत्वपूर्ण है यदि उनका उपयोग डेटा की सीमा के बाहर व्यवस्थित प्रारूपों के लिए बहिर्वेशन के लिए किया जाता है, जिसमें प्रतिरूप मूल रूप से फिट किए गए थे। इस तरह के बहिर्वेशन ऐसे मॉडलों की एक आशा होते है, लेकिन अभी तक पूरी तरह से साकार नहीं हुआ है।
लघु-सिग्नल रैखिक प्रतिरूप
परिपथ प्रारूप के वैचारिक चरणों में (संगनक अनुरूपण से पहले वैकल्पिक प्रारूप विचारों के बीच निर्णय लेने के लिए) और कंप्यूटर का उपयोग करते हुए, स्थिरता, लाभ, शोर और बैंडविड्थ का मूल्यांकन करने के लिए लघु-सिग्नल या रैखिक मॉडल का उपयोग किया जाता है। एक पूर्वाग्रह बिंदु या Q-बिंदु (Q-point) के बारे में धारा-विभव वक्र के व्युत्पन्न लेकर एक लघु-सिग्नल प्रतिरूप उत्पन्न होता है। जब तक सिग्नल उपकरण की अरैखिकता के सापेक्ष छोटा होता है, व्युत्पन्न महत्वपूर्ण रूप से भिन्न नहीं होते हैं, और इसे मानक रैखिक परिपथ तत्वों के रूप में माना जाता है। लघु-सिग्नल प्रतिरूप का एक लाभ यह है कि उन्हें सीधे हल किया जा सकता है, जबकि बड़े सिग्नल अरैखिक प्रतिरूप को आम तौर पर संभावित अभिसारिता या स्थिरता मुद्दों के साथ पुनरावृत्त रूप से हल किया जाता है। एक रैखिक प्रतिरूप के सरलीकरण से, रैखिक समीकरणों को हल करने के लिए पूर्ण उपकरण उपलब्ध हो जाता है, उदाहरण के लिए, युगपत समीकरण, सारणिक और आव्यूह सिद्धांत (अक्सर रैखिक बीजगणित के भाग के रूप में अध्ययन किया जाता है), विशेष रूप से क्रैमर का नियम। एक अन्य लाभ यह है कि एक रैखिक प्रतिरूप के बारे में विचार करना सरल है, और विचार को व्यवस्थित करने में मदद करता है।
लघु-सिग्नल मापदंड
एक ट्रांजिस्टर के मापदंड उसके विद्युत गुणों को दर्शाते हैं। अभियांत्रिक क्रमबद्ध उत्पादन परीक्षण और परिपथ प्रारूप में ट्रांजिस्टर मापदंडों का उपयोग करते हैं। परिपथ लाभ, इनपुट प्रतिबाधा और आउटपुट प्रतिबाधा की भविष्यवाणी करने के लिए पर्याप्त ट्रांजिस्टर के मापदंडों का एक समूह इसके लघु-सिग्नल प्रतिरूप में घटक हैं।
एक ट्रांजिस्टर के मॉडल के लिए कई अलग-अलग दो-पोर्ट तंत्र मापदंड सेट का उपयोग किया जाता है। इसमे शामिल है:
- संचरण मापदंड (T-मापदंड),
- संकर-मापदंड (h-मापदंड),
- प्रतिबाधा मापदंड (z-मापदंड),
- प्रवेश मापदंड (y-मापदंड), तथा
- विकीर्णन मापदंड (S-मापदंड )।
विकीर्णन मापदंड, या S मापदंड, ट्रांजिस्टर के लिए एक सदिश तंत्र विश्लेषक के साथ दिए गए पूर्वाग्रह बिंदु पर मापा जा सकता है। S मापदंड को मानक आव्यूह बीजगणित संक्रिया का उपयोग करके सेट किए गए किसी अन्य मापदंड में परिवर्तित किया जा सकता है।
लोकप्रिय प्रतिरूप
- गुममेल-पून प्रतिरूप
- एबर्स–मॉल प्रतिरूप
- bsim3 (BSIM देखें)
- bsim4
- bsimsoi]
- EKV MOSFET मॉडल (EPFL पर इसकी वेब साइट भी देखें)
- psp
- hicum
- mextram
- हाइब्रिड-पीआई प्रतिरूप
- एच-मापदंड प्रतिरूप
यह भी देखें
- द्विध्रुवी जंक्शन ट्रांजिस्टर#सिद्धांत और मॉडलिंग
- सुरक्षित संक्रिया क्षेत्र
- इलेक्ट्रॉनिक डिजाइन स्वचालन
- इलेक्ट्रॉनिक परिपथ अनुकरण
- अर्धचालक उपकरण मॉडलिंग
संदर्भ
- ↑ Carlo Jacoboni; Paolo Lugli (1989). The Monte Carlo Method for Semiconductor Device Simulation. Wien: Springer-Verlag. ISBN 3-211-82110-4.
- ↑ Siegfried Selberherr (1984). Analysis and Simulation of Semiconductor Devices. Wien: Springer-Verlag. ISBN 3-211-81800-6.
- ↑ Tibor Grasser, ed. (2003). Advanced Device Modeling and Simulation (Int. J. High Speed Electron. and Systems). World Scientific. ISBN 981-238-607-6.
- ↑ Kramer, Kevin M. & Hitchon, W. Nicholas G. (1997). Semiconductor devices: a simulation approach. Upper Saddle River, NJ: Prentice Hall PTR. ISBN 0-13-614330-X.
- ↑ Dragica Vasileska; Stephen Goodnick (2006). Computational Electronics. Morgan & Claypool. p. 83. ISBN 1-59829-056-8.
- ↑ Carlos Galup-Montoro; Mǻrcio C Schneider (2007). Mosfet Modeling for Circuit Analysis And Design. World Scientific. ISBN 978-981-256-810-6.
- ↑ Narain Arora (2007). Mosfet Modeling for VLSI Simulation: Theory And Practice. World Scientific. Chapter 1. ISBN 978-981-256-862-5.
- ↑ Yannis Tsividis (1999). Operational Modeling of the MOS Transistor (Second ed.). New York: McGraw-Hill. ISBN 0-07-065523-5.
बाहरी संबंध
- Agilent EEsof EDA, IC-CAP Parameter Extraction and Device Modeling Software http://eesof.tm.agilent.com/products/iccap_main.html
