ट्रांजिस्टर मॉडल

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।

चित्र 1: फ्लोटिंग-गेट हिमस्खलन इंजेक्शन मेमोरी उपकरण फैमोस

उपकरण कैसा दिखता है, इस बारे में इस जानकारी के साथ, उपकरण सिम्युलेटर विभिन्न परिस्थितियों में इसके विद्युत व्यवहार को निर्धारित करने के लिए उपकरण में होने वाली भौतिक प्रक्रियाओं को मॉडल करता है: डीसी करंट-वोल्टेज व्यवहार, क्षणिक व्यवहार (बड़े-सिग्नल और छोटे-सिग्नल दोनों), उपकरण लेआउट पर निर्भरता (लंबे और संकीर्ण बनाम छोटे और चौड़े, या इंटरडिजिटेड बनाम आयताकार, या अन्य उपकरणों के लिए अलग-थलग बनाम समीपस्थ)। ये सिमुलेशन उपकरण डिजाइनर को बताते हैं कि क्या उपकरण प्रक्रिया परिपथ प्रारूपर द्वारा आवश्यक विद्युत व्यवहार वाले उपकरणों का उत्पादन करेगी, और किसी भी आवश्यक प्रक्रिया सुधार के बारे में प्रक्रिया डिजाइनर 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 बहुत सरल था - मुख्य रूप से सरल ज्यामिति में बहाव प्लस प्रसार - आज कई और प्रक्रियाओं को सूक्ष्म स्तर पर मॉडलिंग किया जाना चाहिए; उदाहरण के लिए, जंक्शनों और ऑक्साइडों में रिसाव धाराएं, वेग संतृप्ति और बैलिस्टिक परिवहन सहित वाहकों का जटिल परिवहन, क्वांटम यांत्रिक प्रभाव, कई सामग्रियों का उपयोग (उदाहरण के लिए, Si-SiGe उपकरण, और विभिन्न डाइलेक्ट्रिक्स के ढेर) और यहां तक ​​कि उपकरण के अंदर आयन प्लेसमेंट और वाहक परिवहन की संभाव्य प्रकृति के कारण सांख्यिकीय प्रभाव। साल में कई बार तकनीक में बदलाव होता है और सिमुलेशन को दोहराया जाना होता है। नए भौतिक प्रभावों को प्रतिबिंबित करने के लिए, या अधिक सटीकता प्रदान करने के लिए मॉडल में बदलाव की आवश्यकता हो सकती है। इन मॉडलों का अनुरक्षण और सुधार अपने आप में एक व्यवसाय है।

ये मॉडल बहुत कंप्यूटर गहन हैं, जिसमें उपकरण के अंदर त्रि-आयामी ग्रिड पर युग्मित आंशिक अंतर समीकरणों के विस्तृत स्थानिक और लौकिक समाधान शामिल हैं। ऐसे मॉडल चलने में धीमे होते हैं और परिपथ प्रारूप के लिए आवश्यक विवरण प्रदान नहीं करते हैं। इसलिए, परिपथ मापदंड की ओर उन्मुख तेज ट्रांजिस्टर मॉडल परिपथ प्रारूप के लिए उपयोग किए जाते हैं।

परिपथ प्रारूप के लिए मॉडल

ट्रांजिस्टर मॉडल का उपयोग लगभग सभी आधुनिक इलेक्ट्रॉनिक डिजाइन के काम के लिए किया जाता है। एनालॉग परिपथ सिमुलेटर जैसे SPICE एक डिज़ाइन के व्यवहार की भविष्यवाणी करने के लिए मॉडल का उपयोग करते हैं। अधिकांश डिज़ाइन कार्य एकीकृत परिपथ डिज़ाइनों से संबंधित होते हैं जिनकी टूलिंग लागत बहुत अधिक होती है, मुख्य रूप से उपकरणों को बनाने के लिए उपयोग किए जाने वाले फोटोमास्क के लिए, और डिज़ाइन को बिना किसी पुनरावृत्ति के काम करने के लिए एक बड़ा आर्थिक प्रोत्साहन होता है। पूर्ण और सटीक मॉडल पहली बार काम करने के लिए बड़ी संख्या में डिज़ाइन की अनुमति देते हैं।

आधुनिक परिपथ आमतौर पर बहुत जटिल होते हैं। ऐसे परिपथों के प्रदर्शन का सटीक कंप्यूटर मॉडल के बिना अनुमान लगाना मुश्किल है, जिसमें उपयोग किए गए उपकरणों के मॉडल शामिल हैं, लेकिन इन्हीं तक सीमित नहीं है। उपकरण मॉडल में ट्रांजिस्टर लेआउट के प्रभाव शामिल हैं: चौड़ाई, लंबाई, इंटरडिजिटेशन, अन्य उपकरणों से निकटता; क्षणिक और डीसी करंट-वोल्टेज विशेषताएँ; परजीवी उपकरण समाई, प्रतिरोध और अधिष्ठापन; समय की देरी; और तापमान का प्रभाव कुछ वस्तुओं के नाम बताने के लिए।

लार्ज-सिग्नल अरैखिक मॉडल

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

भौतिक मॉडल

ये एक ट्रांजिस्टर के भीतर भौतिक घटनाओं के अनुमानित मॉडलिंग पर आधारित उपकरण भौतिकी पर आधारित मॉडल हैं। इन मॉडलों के भीतर मापदंड भौतिक गुणों जैसे ऑक्साइड मोटाई, सब्सट्रेट डोपिंग सांद्रता, वाहक गतिशीलता आदि पर आधारित होते हैं। अतीत में इन मॉडलों का व्यापक रूप से उपयोग किया जाता था, लेकिन आधुनिक उपकरणों की जटिलता उन्हें मात्रात्मक डिजाइन के लिए अपर्याप्त बनाती है। फिर भी, वे हाथ विश्लेषण में एक स्थान पाते हैं (अर्थात, परिपथ प्रारूप 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, ट्रांजिस्टर ऑपरेशन के सिमुलेशन को सक्षम करने के लिए जो भी फ़ंक्शन और मापदंड मान सबसे उपयुक्त रूप से फिट मापा गया डेटा का उपयोग करते हैं। एक भौतिक मॉडल के विपरीत, एक अनुभवजन्य मॉडल में मापदंडों के लिए कोई मौलिक आधार नहीं होना चाहिए, और यह 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 झूठ बोलने वाले डिज़ाइनों के लिए एक्सट्रपलेशन के लिए किया जाना है, जिसमें मॉडल मूल रूप से फिट किए गए थे। इस तरह के एक्सट्रपलेशन ऐसे मॉडलों की एक आशा 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 क्यू-बिंदु के बारे में वर्तमान-वोल्टेज घटता के डेरिवेटिव लेकर एक छोटा-सिग्नल मॉडल उत्पन्न होता है। जब तक सिग्नल उपकरण की गैर-रैखिकता के सापेक्ष छोटा होता है, तब तक डेरिवेटिव में काफी भिन्नता नहीं होती है, और इसे मानक रैखिक परिपथ 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 संभावित अभिसरण या स्थिरता मुद्दों के साथ पुनरावृत्त रूप से हल किया जाता है। एक रैखिक मॉडल के सरलीकरण से, रैखिक समीकरणों को हल करने के लिए पूरा उपकरण उपलब्ध हो जाता है, उदाहरण के लिए, एक साथ समीकरण, निर्धारक और मैट्रिक्स 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 मॉडल के बारे में सोचना आसान होता 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 मॉडल

• गुममेल-पून मॉडल
• एबर्स–मॉल मॉडल
• bsim3 (BSIM देखें)
• bsim4
• bsimsoi]
• EKV MOSFET मॉडल (EPFL पर इसकी वेब साइट भी देखें)
• psp
• hicum
• mextram
• हाइब्रिड-पीआई मॉडल
• एच-मापदंड मॉडल

यह भी देखें

• द्विध्रुवी जंक्शन ट्रांजिस्टर#सिद्धांत और मॉडलिंग
• सुरक्षित संक्रिया क्षेत्र
• इलेक्ट्रॉनिक डिजाइन स्वचालन
• इलेक्ट्रॉनिक परिपथ अनुकरण
• अर्धचालक उपकरण मॉडलिंग

बाहरी संबंध

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