ट्रांजिस्टर मॉडल

ट्रांजिस्टर जटिल व्यवहार के साथ सरल उपकरण हैं।ट्रांजिस्टर को नियोजित करने वाले सर्किट के विश्वसनीय संचालन को सुनिश्चित करने के लिए, ट्रांजिस्टर मॉडल का उपयोग करके अपने संचालन में देखी गई भौतिक घटनाओं को वैज्ञानिक रूप से मॉडल करना आवश्यक है।विभिन्न प्रकार के विभिन्न मॉडल मौजूद हैं जो जटिलता और उद्देश्य में हैं।ट्रांजिस्टर मॉडल दो प्रमुख समूहों में विभाजित होते हैं: डिवाइस डिजाइन के लिए मॉडल और सर्किट डिजाइन के लिए मॉडल।

डिवाइस डिजाइन के लिए मॉडल

आधुनिक ट्रांजिस्टर में एक आंतरिक संरचना होती है जो जटिल भौतिक तंत्र का शोषण करती है।डिवाइस डिज़ाइन को इस बात की विस्तृत समझ की आवश्यकता होती है कि डिवाइस निर्माण प्रक्रियाओं जैसे कि आयन आरोपण, अशुद्धता प्रसार, ऑक्साइड विकास, एनीलिंग और नक़्क़ाशी डिवाइस व्यवहार को प्रभावित करते हैं।प्रक्रिया मॉडल विनिर्माण चरणों का अनुकरण करते हैं और डिवाइस सिम्युलेटर को डिवाइस ज्यामिति का एक सूक्ष्म विवरण प्रदान करते हैं।ज्यामिति का अर्थ आसानी से पहचाने जाने वाले ज्यामितीय विशेषताओं जैसे कि एक प्लानर या रैप-अराउंड गेट संरचना, या स्रोत और नाली के रूप में उठाया गया या पुनर्निर्मित रूप नहीं है (एक एनवीआरएएम के लिए चित्रा 1 देखें#फ्लोटिंग-गेट ट्रांजिस्टर | कुछ असामान्य मॉडलिंग चुनौतियों से संबंधित मेमोरी डिवाइस।एक हिमस्खलन प्रक्रिया द्वारा फ्लोटिंग गेट को चार्ज करने के लिए)।यह संरचना के अंदर विवरण को भी संदर्भित करता है, जैसे कि डिवाइस प्रोसेसिंग के पूरा होने के बाद डोपिंग प्रोफाइल।

चित्र 1: फ्लोटिंग-गेट हिमस्खलन इंजेक्शन मेमोरी डिवाइस फैमोस

डिवाइस क्या दिखता है, इसके बारे में इस जानकारी के साथ, डिवाइस सिम्युलेटर विभिन्न परिस्थितियों में अपने विद्युत व्यवहार को निर्धारित करने के लिए डिवाइस में होने वाली भौतिक प्रक्रियाओं को मॉडल करता है: डीसी वर्तमान-वोल्टेज व्यवहार, क्षणिक व्यवहार (दोनों बड़े-सिग्नल और छोटे-सिग्नल (दोनों), डिवाइस लेआउट पर निर्भरता (लंबी और संकीर्ण बनाम छोटे और चौड़े, या इंटरडिगिटेड बनाम आयताकार, या अन्य उपकरणों के लिए अलग -थलग बनाम निकटवर्ती)।ये सिमुलेशन डिवाइस डिज़ाइनर को बताते हैं कि क्या डिवाइस प्रक्रिया सर्किट डिजाइनर द्वारा आवश्यक विद्युत व्यवहार के साथ उपकरणों का उत्पादन करेगी, और इसका उपयोग प्रक्रिया डिजाइनर को किसी भी आवश्यक प्रक्रिया में सुधार के बारे में सूचित करने के लिए किया जाता है।एक बार जब प्रक्रिया निर्माण के करीब हो जाती है, तो अनुमानित डिवाइस विशेषताओं की तुलना परीक्षण उपकरणों पर माप के साथ की जाती है ताकि यह जांच की जा सके कि प्रक्रिया और डिवाइस मॉडल पर्याप्त रूप से काम कर रहे हैं।

हालांकि बहुत पहले डिवाइस व्यवहार इस तरह से तैयार किया गया था – सरल ज्यामिति में मुख्य रूप से बहाव प्लस प्रसार – आज कई और प्रक्रियाओं को एक सूक्ष्म स्तर पर मॉडल किया जाना चाहिए;उदाहरण के लिए, जंक्शनों और ऑक्साइड में रिसाव धाराएं, वेग संतृप्ति और बैलिस्टिक परिवहन, क्वांटम यांत्रिक प्रभावों सहित वाहक के जटिल परिवहन, कई सामग्रियों का उपयोग (उदाहरण के लिए, सी-एसआईजीई उपकरण, और विभिन्न उच्च- κ डाइलेक्ट्रिक के ढेर।यहां तक कि डिवाइस के अंदर आयन प्लेसमेंट और वाहक परिवहन की संभाव्य प्रकृति के कारण सांख्यिकीय प्रभाव भी।वर्ष में कई बार प्रौद्योगिकी में बदलाव और सिमुलेशन को दोहराया जाना है।मॉडल को नए भौतिक प्रभावों को प्रतिबिंबित करने, या अधिक सटीकता प्रदान करने के लिए परिवर्तन की आवश्यकता हो सकती है।इन मॉडलों का रखरखाव और सुधार अपने आप में एक व्यवसाय है।

ये मॉडल बहुत कंप्यूटर गहन हैं, जिसमें डिवाइस के अंदर तीन आयामी ग्रिड पर युग्मित आंशिक अंतर समीकरणों के विस्तृत स्थानिक और अस्थायी समाधान शामिल हैं। इस तरह के मॉडल चलाने के लिए धीमे हैं और सर्किट डिजाइन के लिए आवश्यक विवरण प्रदान नहीं करते हैं।इसलिए, सर्किट मापदंडों की ओर उन्मुख तेजी से ट्रांजिस्टर मॉडल सर्किट डिजाइन के लिए उपयोग किए जाते हैं।

सर्किट डिजाइन के लिए मॉडल

ट्रांजिस्टर मॉडल का उपयोग लगभग सभी आधुनिक इलेक्ट्रॉनिक डिजाइन कार्य के लिए किया जाता है।एनालॉग सर्किट सिमुलेटर जैसे स्पाइस एक डिज़ाइन के व्यवहार की भविष्यवाणी करने के लिए मॉडल का उपयोग करते हैं।अधिकांश डिज़ाइन कार्य एकीकृत सर्किट डिजाइनों से संबंधित है, जिसमें एक बहुत बड़ी टूलिंग लागत होती है, मुख्य रूप से उपकरण बनाने के लिए उपयोग किए जाने वाले फोटोमस्क के लिए, और बिना किसी पुनरावृत्तियों के डिजाइन काम करने के लिए एक बड़ा आर्थिक प्रोत्साहन है।पूर्ण और सटीक मॉडल डिजाइन के एक बड़े प्रतिशत को पहली बार काम करने की अनुमति देते हैं।

आधुनिक सर्किट आमतौर पर बहुत जटिल होते हैं।इस तरह के सर्किट का प्रदर्शन सटीक कंप्यूटर मॉडल के बिना भविष्यवाणी करना मुश्किल है, जिसमें उपयोग किए जाने वाले उपकरणों के मॉडल तक सीमित नहीं है।डिवाइस मॉडल में ट्रांजिस्टर लेआउट के प्रभाव शामिल हैं: चौड़ाई, लंबाई, इंटरडिगेशन, अन्य उपकरणों के लिए निकटता;क्षणिक और डीसी वर्तमान -वोल्टेज विशेषताओं;परजीवी उपकरण समाई, प्रतिरोध और इंडक्शन;समय देरी;और तापमान प्रभाव;कुछ वस्तुओं को नाम देने के लिए।

बड़े-सिग्नल नॉनलाइन मॉडल

Nonlinear, या बड़े सिग्नल ट्रांजिस्टर मॉडल तीन मुख्य प्रकारों में आते हैं:

भौतिक मॉडल

ये डिवाइस भौतिकी पर आधारित मॉडल हैं, जो एक ट्रांजिस्टर के भीतर भौतिक घटनाओं के अनुमानित मॉडलिंग पर आधारित हैं।इन मॉडलों के भीतर पैरामीटर भौतिक गुणों जैसे ऑक्साइड मोटाई, सब्सट्रेट डोपिंग सांद्रता, वाहक गतिशीलता आदि पर आधारित होते हैं, अतीत में इन मॉडलों का बड़े पैमाने पर उपयोग किया गया था, लेकिन आधुनिक उपकरणों की जटिलता उन्हें मात्रात्मक डिजाइन के लिए अपर्याप्त बनाती है।बहरहाल, वे हाथ विश्लेषण में एक जगह पाते हैं (यानी सर्किट डिजाइन के वैचारिक चरण में), उदाहरण के लिए, सिग्नल-स्विंग सीमाओं के सरलीकृत अनुमानों के लिए।

अनुभवजन्य मॉडल

इस प्रकार का मॉडल पूरी तरह से वक्र फिटिंग पर आधारित है, जो भी फ़ंक्शन और पैरामीटर मानों का उपयोग करते हुए ट्रांजिस्टर ऑपरेशन के सिमुलेशन को सक्षम करने के लिए पर्याप्त रूप से फिट मापा डेटा।एक भौतिक मॉडल के विपरीत, एक अनुभवजन्य मॉडल में मापदंडों का कोई मौलिक आधार नहीं होता है, और उन्हें खोजने के लिए उपयोग की जाने वाली फिटिंग प्रक्रिया पर निर्भर करेगा।फिटिंग प्रक्रिया इन मॉडलों की सफलता के लिए महत्वपूर्ण है यदि उनका उपयोग डेटा की सीमा के बाहर पड़े डिजाइनों के लिए एक्सट्रपलेशन करने के लिए किया जाता है, जिसमें मॉडल मूल रूप से फिट थे।इस तरह के एक्सट्रपलेशन ऐसे मॉडलों की एक उम्मीद है, लेकिन अब तक पूरी तरह से महसूस नहीं किया गया है।

छोटे-सिग्नल रैखिक मॉडल

छोटे-सिग्नल मॉडल | छोटे-सिग्नल या रैखिक मॉडल का उपयोग स्थिरता, लाभ, शोर और बैंडविड्थ का मूल्यांकन करने के लिए किया जाता है, दोनों सर्किट डिजाइन के वैचारिक चरणों में (कंप्यूटर सिमुलेशन से पहले वैकल्पिक डिजाइन विचारों के बीच निर्णय लेने के लिए) और कंप्यूटर का उपयोग करना। एक छोटा-सिग्नल मॉडल एक पूर्वाग्रह बिंदु या क्यू-पॉइंट के बारे में वर्तमान-वोल्टेज घटता के डेरिवेटिव को ले जाकर उत्पन्न होता है। जब तक सिग्नल डिवाइस की नॉनलाइनरिटी के सापेक्ष छोटा होता है, तब तक डेरिवेटिव काफी भिन्न नहीं होता है, और इसे मानक रैखिक सर्किट तत्वों के रूप में माना जा सकता है। छोटे सिग्नल मॉडल का एक फायदा यह है कि उन्हें सीधे हल किया जा सकता है, जबकि बड़े सिग्नल नॉनलाइनियर मॉडल को आम तौर पर पुनरावृत्त रूप से हल किया जाता है, संभव अभिसरण या स्थिरता के मुद्दों के साथ। एक रैखिक मॉडल के लिए सरलीकरण द्वारा, रैखिक समीकरणों को हल करने के लिए संपूर्ण उपकरण उपलब्ध हो जाता है, उदाहरण के लिए, एक साथ समीकरण, निर्धारक, और मैट्रिक्स सिद्धांत (अक्सर रैखिक बीजगणित के हिस्से के रूप में अध्ययन किया जाता है), विशेष रूप से क्रैमर के नियम। एक और फायदा यह है कि एक रैखिक मॉडल के बारे में सोचना आसान है, और विचार को व्यवस्थित करने में मदद करता है।

छोटे-सिग्नल पैरामीटर

एक ट्रांजिस्टर के पैरामीटर इसके विद्युत गुणों का प्रतिनिधित्व करते हैं। इंजीनियर उत्पादन-लाइन परीक्षण और सर्किट डिजाइन में ट्रांजिस्टर मापदंडों को नियुक्त करते हैं। सर्किट लाभ, इनपुट प्रतिबाधा और आउटपुट प्रतिबाधा की भविष्यवाणी करने के लिए पर्याप्त ट्रांजिस्टर के मापदंडों का एक समूह इसके छोटे-सिग्नल मॉडल में घटक हैं।

एक ट्रांजिस्टर को मॉडल करने के लिए कई अलग-अलग दो-पोर्ट नेटवर्क पैरामीटर सेट का उपयोग किया जा सकता है। इसमे शामिल है:

• दो-पोर्ट नेटवर्क#एबीसीडी-पैरामीटर | ट्रांसमिशन पैरामीटर (टी-पैरामीटर),
• द्विध्रुवी जंक्शन ट्रांजिस्टर#एच-पैरामीटर मॉडल | हाइब्रिड-पैरामीटर (एच-पैरामीटर),
• Z- पैरामीटर | प्रतिबाधा पैरामीटर (Z- पैरामीटर),
• y-parameters | प्रवेश पैरामीटर (y-parameters), और
• एस-पैरामीटर | बिखरने वाले पैरामीटर (एस-पैरामीटर)।

बिखरने वाले मापदंडों, या एस मापदंडों को, एक नेटवर्क विश्लेषक (विद्युत)#एस-पैरामीटर माप के साथ एक दिए गए पूर्वाग्रह बिंदु पर एक ट्रांजिस्टर के लिए मापा जा सकता है, वेक्टर नेटवर्क विश्लेषक के साथ माप | वेक्टर नेटवर्क विश्लेषक। एस पैरामीटर दो-पोर्ट नेटवर्क हो सकते हैं#मापदंडों का अंतर्संबंध | मानक मैट्रिक्स बीजगणित संचालन का उपयोग करके एक अन्य पैरामीटर सेट में परिवर्तित किया गया।

लोकप्रिय मॉडल

• गुम्मेल -पाउंड मॉडल
• द्विध्रुवी जंक्शन ट्रांजिस्टर#ebers -moll मॉडल | ebers -moll मॉडल
• bsim3 (BSIM देखें)
• bsim4
• bsimsoi]
• EKV MOSFET मॉडल (यह भी देखें इसकी वेब साइट école Polytechnique fédérale de lausanne | Epfl)
• psp
• hicum
• mextram
• हाइब्रिड-पीआई मॉडल
• द्विध्रुवी जंक्शन ट्रांजिस्टर#एच-पैरामीटर मॉडल | एच-पैरामीटर मॉडल

यह भी देखें

• द्विध्रुवी जंक्शन ट्रांजिस्टर#सिद्धांत और मॉडलिंग
• सुरक्षित परिचालन क्षेत्र
• इलेक्ट्रॉनिक डिजाइन स्वचालन
• इलेक्ट्रॉनिक सर्किट सिमुलेशन
• अर्धचालक डिवाइस मॉडलिंग

बाहरी संबंध

• Agilent EEsof EDA, IC-CAP Parameter Extraction and Device Modeling Software http://eesof.tm.agilent.com/products/iccap_main.html