/*********** Copyright 1990 Regents of the University of California. All rights reserved. Author: 1995 Min-Chie Jeng and Mansun Chan. File: b3temp.c **********/ /* Lmin, Lmax, Wmin, Wmax */ #include "ngspice/ngspice.h" #include "ngspice/smpdefs.h" #include "ngspice/cktdefs.h" #include "bsim3v0def.h" #include "ngspice/const.h" #include "ngspice/sperror.h" #include "ngspice/suffix.h" #define Kb 1.3806226e-23 #define KboQ 8.617087e-5 /* Kb / q where q = 1.60219e-19 */ #define EPSOX 3.453133e-11 #define EPSSI 1.03594e-10 #define PI 3.141592654 #define MAX_EXP 5.834617425e14 #define MIN_EXP 1.713908431e-15 #define EXP_THRESHOLD 34.0 #define Charge_q 1.60219e-19 /* ARGSUSED */ int BSIM3v0temp(GENmodel *inModel, CKTcircuit *ckt) { BSIM3v0model *model = (BSIM3v0model*) inModel; BSIM3v0instance *here; struct bsim3v0SizeDependParam *pSizeDependParamKnot, *pLastKnot, *pParam = NULL; double tmp1, tmp2, Eg, ni, T0, T1, T2, T3, Ldrn, Wdrn; double Temp, TRatio, Inv_L, Inv_W, Inv_LW, Vtm0, Tnom; int Size_Not_Found; /* loop through all the BSIM3v0 device models */ for (; model != NULL; model = model->BSIM3v0nextModel) { Temp = ckt->CKTtemp; if (model->BSIM3v0bulkJctPotential < 0.1) model->BSIM3v0bulkJctPotential = 0.1; if (model->BSIM3v0sidewallJctPotential < 0.1) model->BSIM3v0sidewallJctPotential = 0.1; model->pSizeDependParamKnot = NULL; pLastKnot = NULL; Tnom = model->BSIM3v0tnom; TRatio = Temp / Tnom; /* loop through all the instances of the model */ for (here = model->BSIM3v0instances; here != NULL; here=here->BSIM3v0nextInstance) { pSizeDependParamKnot = model->pSizeDependParamKnot; Size_Not_Found = 1; while ((pSizeDependParamKnot != NULL) && Size_Not_Found) { if ((here->BSIM3v0l == pSizeDependParamKnot->Length) && (here->BSIM3v0w == pSizeDependParamKnot->Width)) { Size_Not_Found = 0; here->pParam = pSizeDependParamKnot; } else { pLastKnot = pSizeDependParamKnot; pSizeDependParamKnot = pSizeDependParamKnot->pNext; } } if (Size_Not_Found) { pParam = TMALLOC(struct bsim3v0SizeDependParam, 1); if (pLastKnot == NULL) model->pSizeDependParamKnot = pParam; else pLastKnot->pNext = pParam; pParam->pNext = NULL; here->pParam = pParam; Ldrn = here->BSIM3v0l; Wdrn = here->BSIM3v0w; T0 = pow(Ldrn, model->BSIM3v0Lln); T1 = pow(Wdrn, model->BSIM3v0Lwn); tmp1 = model->BSIM3v0Ll / T0 + model->BSIM3v0Lw / T1 + model->BSIM3v0Lwl / (T0 * T1); pParam->BSIM3v0dl = model->BSIM3v0Lint + tmp1; pParam->BSIM3v0dlc = model->BSIM3v0dlc + tmp1; T2 = pow(Ldrn, model->BSIM3v0Wln); T3 = pow(Wdrn, model->BSIM3v0Wwn); tmp2 = model->BSIM3v0Wl / T2 + model->BSIM3v0Ww / T3 + model->BSIM3v0Wwl / (T2 * T3); pParam->BSIM3v0dw = model->BSIM3v0Wint + tmp2; pParam->BSIM3v0dwc = model->BSIM3v0dwc + tmp2; pParam->BSIM3v0leff = here->BSIM3v0l - 2.0 * pParam->BSIM3v0dl; if (pParam->BSIM3v0leff <= 0.0) { SPfrontEnd->IFerrorf (ERR_FATAL, "BSIM3v0: mosfet %s, model %s: Effective channel length <= 0", model->BSIM3v0modName, here->BSIM3v0name); return(E_BADPARM); } pParam->BSIM3v0weff = here->BSIM3v0w - 2.0 * pParam->BSIM3v0dw; if (pParam->BSIM3v0weff <= 0.0) { SPfrontEnd->IFerrorf (ERR_FATAL, "BSIM3v0: mosfet %s, model %s: Effective channel width <= 0", model->BSIM3v0modName, here->BSIM3v0name); return(E_BADPARM); } pParam->BSIM3v0leffCV = here->BSIM3v0l - 2.0 * pParam->BSIM3v0dlc; if (pParam->BSIM3v0leffCV <= 0.0) { SPfrontEnd->IFerrorf (ERR_FATAL, "BSIM3v0: mosfet %s, model %s: Effective channel length for C-V <= 0", model->BSIM3v0modName, here->BSIM3v0name); return(E_BADPARM); } pParam->BSIM3v0weffCV = here->BSIM3v0w - 2.0 * pParam->BSIM3v0dwc; if (pParam->BSIM3v0weffCV <= 0.0) { SPfrontEnd->IFerrorf (ERR_FATAL, "BSIM3v0: mosfet %s, model %s: Effective channel width for C-V <= 0", model->BSIM3v0modName, here->BSIM3v0name); return(E_BADPARM); } model->BSIM3v0vcrit = CONSTvt0 * log(CONSTvt0 / (CONSTroot2 * 1.0e-14)); model->BSIM3v0factor1 = sqrt(EPSSI / EPSOX * model->BSIM3v0tox); if (model->BSIM3v0binUnit == 1) { Inv_L = 1.0e-6 / pParam->BSIM3v0leff; Inv_W = 1.0e-6 / pParam->BSIM3v0weff; Inv_LW = 1.0e-12 / (pParam->BSIM3v0leff * pParam->BSIM3v0weff); } else { Inv_L = 1.0 / pParam->BSIM3v0leff; Inv_W = 1.0 / pParam->BSIM3v0weff; Inv_LW = 1.0 / (pParam->BSIM3v0leff * pParam->BSIM3v0weff); } pParam->BSIM3v0cdsc = model->BSIM3v0cdsc + model->BSIM3v0lcdsc * Inv_L + model->BSIM3v0wcdsc * Inv_W + model->BSIM3v0pcdsc * Inv_LW; pParam->BSIM3v0cdscb = model->BSIM3v0cdscb + model->BSIM3v0lcdscb * Inv_L + model->BSIM3v0wcdscb * Inv_W + model->BSIM3v0pcdscb * Inv_LW; pParam->BSIM3v0cdscd = model->BSIM3v0cdscd + model->BSIM3v0lcdscd * Inv_L + model->BSIM3v0wcdscd * Inv_W + model->BSIM3v0pcdscd * Inv_LW; pParam->BSIM3v0cit = model->BSIM3v0cit + model->BSIM3v0lcit * Inv_L + model->BSIM3v0wcit * Inv_W + model->BSIM3v0pcit * Inv_LW; pParam->BSIM3v0nfactor = model->BSIM3v0nfactor + model->BSIM3v0lnfactor * Inv_L + model->BSIM3v0wnfactor * Inv_W + model->BSIM3v0pnfactor * Inv_LW; pParam->BSIM3v0xj = model->BSIM3v0xj + model->BSIM3v0lxj * Inv_L + model->BSIM3v0wxj * Inv_W + model->BSIM3v0pxj * Inv_LW; pParam->BSIM3v0vsat = model->BSIM3v0vsat + model->BSIM3v0lvsat * Inv_L + model->BSIM3v0wvsat * Inv_W + model->BSIM3v0pvsat * Inv_LW; pParam->BSIM3v0at = model->BSIM3v0at + model->BSIM3v0lat * Inv_L + model->BSIM3v0wat * Inv_W + model->BSIM3v0pat * Inv_LW; 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pParam->BSIM3v0uc = pParam->BSIM3v0uc + pParam->BSIM3v0uc1 * T0; pParam->BSIM3v0u0temp = pParam->BSIM3v0u0 * pow(TRatio, pParam->BSIM3v0ute); pParam->BSIM3v0vsattemp = pParam->BSIM3v0vsat - pParam->BSIM3v0at * T0; pParam->BSIM3v0rds0 = (pParam->BSIM3v0rdsw + pParam->BSIM3v0prt * T0) / pow(pParam->BSIM3v0weff * 1E6, pParam->BSIM3v0wr); if (!model->BSIM3v0npeakGiven && model->BSIM3v0gamma1Given) { T0 = pParam->BSIM3v0gamma1 * model->BSIM3v0cox; pParam->BSIM3v0npeak = 3.021E22 * T0 * T0; } Vtm0 = KboQ * Tnom; Eg = 1.16 - 7.02e-4 * Tnom * Tnom / (Tnom + 1108.0); ni = 1.45e10 * (Tnom / 300.15) * sqrt(Tnom / 300.15) * exp(21.5565981 - Eg / (2.0 * Vtm0)); pParam->BSIM3v0phi = 2.0 * Vtm0 * log(pParam->BSIM3v0npeak / ni); pParam->BSIM3v0sqrtPhi = sqrt(pParam->BSIM3v0phi); pParam->BSIM3v0phis3 = pParam->BSIM3v0sqrtPhi * pParam->BSIM3v0phi; pParam->BSIM3v0Xdep0 = sqrt(2.0 * EPSSI / (Charge_q * pParam->BSIM3v0npeak * 1.0e6)) * pParam->BSIM3v0sqrtPhi; pParam->BSIM3v0sqrtXdep0 = sqrt(pParam->BSIM3v0Xdep0); pParam->BSIM3v0litl = sqrt(3.0 * pParam->BSIM3v0xj * model->BSIM3v0tox); pParam->BSIM3v0vbi = Vtm0 * log(1.0e20 * pParam->BSIM3v0npeak / (ni * ni)); pParam->BSIM3v0cdep0 = sqrt(Charge_q * EPSSI * pParam->BSIM3v0npeak * 1.0e6 / 2.0 / pParam->BSIM3v0phi); if (model->BSIM3v0k1Given || model->BSIM3v0k2Given) { if (!model->BSIM3v0k1Given) { fprintf(stdout, "Warning: k1 should be specified with k2.\n"); pParam->BSIM3v0k1 = 0.53; } if (!model->BSIM3v0k2Given) { fprintf(stdout, "Warning: k2 should be specified with k1.\n"); pParam->BSIM3v0k2 = -0.0186; } if (model->BSIM3v0nsubGiven) fprintf(stdout, "Warning: nsub is ignored because k1 or k2 is given.\n"); if (model->BSIM3v0xtGiven) fprintf(stdout, "Warning: xt is ignored because k1 or k2 is given.\n"); if (model->BSIM3v0vbxGiven) fprintf(stdout, "Warning: vbx is ignored because k1 or k2 is given.\n"); if (model->BSIM3v0vbmGiven) fprintf(stdout, "Warning: vbm is ignored because k1 or k2 is given.\n"); if (model->BSIM3v0gamma1Given) fprintf(stdout, "Warning: gamma1 is ignored because k1 or k2 is given.\n"); if (model->BSIM3v0gamma2Given) fprintf(stdout, "Warning: gamma2 is ignored because k1 or k2 is given.\n"); } else { if (!model->BSIM3v0vbxGiven) pParam->BSIM3v0vbx = pParam->BSIM3v0phi - 7.7348e-4 * pParam->BSIM3v0npeak * pParam->BSIM3v0xt * pParam->BSIM3v0xt; if (pParam->BSIM3v0vbx > 0.0) pParam->BSIM3v0vbx = -pParam->BSIM3v0vbx; if (pParam->BSIM3v0vbm > 0.0) pParam->BSIM3v0vbm = -pParam->BSIM3v0vbm; if (!model->BSIM3v0gamma1Given) pParam->BSIM3v0gamma1 = 5.753e-12 * sqrt(pParam->BSIM3v0npeak) / model->BSIM3v0cox; if (!model->BSIM3v0gamma2Given) pParam->BSIM3v0gamma2 = 5.753e-12 * sqrt(pParam->BSIM3v0nsub) / model->BSIM3v0cox; T0 = pParam->BSIM3v0gamma1 - pParam->BSIM3v0gamma2; T1 = sqrt(pParam->BSIM3v0phi - pParam->BSIM3v0vbx) - pParam->BSIM3v0sqrtPhi; T2 = sqrt(pParam->BSIM3v0phi * (pParam->BSIM3v0phi - pParam->BSIM3v0vbm)) - pParam->BSIM3v0phi; pParam->BSIM3v0k2 = T0 * T1 / (2.0 * T2 + pParam->BSIM3v0vbm); pParam->BSIM3v0k1 = pParam->BSIM3v0gamma2 - 2.0 * pParam->BSIM3v0k2 * sqrt(pParam->BSIM3v0phi - pParam->BSIM3v0vbm); } if (pParam->BSIM3v0k2 > 0.0) { T0 = 0.5 * pParam->BSIM3v0k1 / pParam->BSIM3v0k2; pParam->BSIM3v0vbsc = 0.9 * (pParam->BSIM3v0phi - T0 * T0); if (pParam->BSIM3v0vbsc > -3.0) pParam->BSIM3v0vbsc = -3.0; else if (pParam->BSIM3v0vbsc < -30.0) pParam->BSIM3v0vbsc = -30.0; } else { pParam->BSIM3v0vbsc = -10.0; } model->BSIM3v0vtm = KboQ * Temp; if (model->BSIM3v0vth0Given) pParam->BSIM3v0vfb = model->BSIM3v0type * pParam->BSIM3v0vth0 - pParam->BSIM3v0phi - pParam->BSIM3v0k1 * pParam->BSIM3v0sqrtPhi; else pParam->BSIM3v0vth0 = model->BSIM3v0type * (-1.0 + pParam->BSIM3v0phi + pParam->BSIM3v0k1 * pParam->BSIM3v0sqrtPhi); T1 = sqrt(EPSSI / EPSOX * model->BSIM3v0tox * pParam->BSIM3v0Xdep0); T0 = exp(-0.5 * pParam->BSIM3v0dsub * pParam->BSIM3v0leff / T1); pParam->BSIM3v0theta0vb0 = (T0 + 2.0 * T0 * T0); T0 = exp(-0.5 * pParam->BSIM3v0drout * pParam->BSIM3v0leff / T1); T2 = (T0 + 2.0 * T0 * T0); pParam->BSIM3v0thetaRout = pParam->BSIM3v0pdibl1 * T2 + pParam->BSIM3v0pdibl2; /* process source/drain series resistance */ here->BSIM3v0drainConductance = model->BSIM3v0sheetResistance * here->BSIM3v0drainSquares; if (here->BSIM3v0drainConductance > 0.0) here->BSIM3v0drainConductance = 1.0 / here->BSIM3v0drainConductance; else here->BSIM3v0drainConductance = 0.0; here->BSIM3v0sourceConductance = model->BSIM3v0sheetResistance * here->BSIM3v0sourceSquares; if (here->BSIM3v0sourceConductance > 0.0) here->BSIM3v0sourceConductance = 1.0 / here->BSIM3v0sourceConductance; else here->BSIM3v0sourceConductance = 0.0; } here->BSIM3v0cgso = pParam->BSIM3v0cgso; here->BSIM3v0cgdo = pParam->BSIM3v0cgdo; } } return(OK); }