Diese Arbeit stellt ein neues, nichtquasistatisches Modell zur Beschreibung der Hochfrequenzeigenschaften von MOS-Transistoren vor. Dabei wird großer Wert auf die Kompatibilität zum Welt-Standardmodell Bsim3v3.1 gelegt, das an der Universität von Berkeley in Kalifornien entwickelt wird. Bauelementesimulationen werden mit dem Simulator \"MEDICI\" durchgeführt. Für größtmögliche Realitätsnähe basieren diese auf Technologiesimulationen. Erstmalig dargestellt ist die Eichung von \"MEDICI\" auf Messungen, die alle wesentlichen Effekte bis hin zur quantenmechanischen Erhöhung der elektrisch wirksamen Oxiddicke miteinbezieht. Die Analyse der Simulationen erlaubt eine kritische Bewertung bisheriger HF-Konzepte und bestätigt die Notwendigkeit einer genauen Kenntnis der die Nichtquasistatik verursachenden Widerstände für kleine Transistorgeometrien. Ausgehend von Untersuchungen der Inversionsschicht im transienten Verlauf wird die Frage geklärt, ab welchen Frequenzen die quasistatische Modellierung durch eine nichtquasistatische ersetzt werden muß. Eine Frequenzgrenze in Abhängigkeit vom zulässigen Fehler erfaßt dies formelmäßig. Ein wesentlicher Aspekt dieser Arbeit besteht in der Beschreibung des Eingangswiderstandes, um die Standardmodelle für den MOS-Transistor auf heutige Anforderungen zu erweitern. Dieser ist nur nichtquasistatisch erklärbar. Dazu wird ein neues Modell entwickelt, das alle wesentlichen Eingangsgrößen erfaßt. Der parasitäre Gatewiderstand wird neu modelliert. Richtschnur der Entwicklung ist die Analyse von \"transmission lines\", die den verteilten Kanalwiderstand widerspiegeln. Dabei wird nicht nur auf den Sättigungsbereich Wert gelegt, sondern auch auf die Beschreibung des Widerstandsbereiches für Anwendungen beispielsweise in Mischer-Schaltungen. Die Modellvorstellung wird erweitert, um die zur Drain hin abnehmende Verteilung der Ladungsträger in Sättigung zu beschreiben. Es wird eine partielle Differentialgleichung entwickelt, die die zeitliche und örtliche Entwicklung der Kanalladung wiedergibt. Für kleine Transistorlängen erweist es sich als notwendig, die Unterdiffusionsgebiete genau zu erfassen. Durch geschickte geometrische Annahmen wird eine analytische Beschreibung erarbeitet, die auf der Separation der zweidimensionalen Stromverteilung in einen Akkumulations- und einen \"Spreading\"-Anteil basiert. Sie erlaubt, die für Schaltungssimulatoren wichtige innere Kanalspannung mit höherer Genauigkeit als bislang möglich zu extrahieren. Dies verbessert unmittelbar die Beschreibung der Gatesteilheit und des Ausgangsleitwerts. Zudem läßt sich nunmehr auf die definitorische Größe \"effektive Kanallänge\" der Bsim3v3.1-Formulierung verzichten und diese durch den geometrischen Abstand der metallurgischen Übergänge ersetzen. Dies ermöglicht erstmals die konsistente Verwendung der Kanallänge sowohl in der DC- als auch in der AC-Simulation. Im Gegensatz zu allen bisher bekannten Modellen kann auf das Anpassen von Effektivgrößen verzichtet werden, da sich das neue Modell lediglich auf meßbare physikalische oder in Bsim3v3.1 evaluierte Größen bezieht. Mit dem \"inneren Miller-Effekt\" werden erstmalig die Auswirkungen der parasitären Widerstände auf das Kapazitätsverhalten des Transistors aufgezeigt. Teile des neu entwickelten Modells finden internationale Anerkennung durch ihre Aufnahme in das industrielle Standard-Transistormodell Bsim4 durch das \"Compact Model Council\". Im Vergleich mit den \"MEDICI\"-Simulationsdaten des Überlapp- und des Eingangswiderstands ergeben sich nur Abweichungen von maximal 5% bzw. 20%, obwohl die Anzahl der zusätzlichen Parameter minimal ist. Messungen an Teststrukturen sowie Schaltungssimulationen untermauern das neue NQS-Modell eindrucksvoll. Als Testumgebung dient der kommerzielle Schaltungssimulator \"SABER\". Die Ergebnisse dieser Arbeit werden daher im Zuge der weiteren Miniaturisierung integrierter Schaltungen noch an Bedeutung hinzugewinnen.    «

Diese Arbeit stellt ein neues, nichtquasistatisches Modell zur Beschreibung der Hochfrequenzeigenschaften von MOS-Transistoren vor. Dabei wird großer Wert auf die Kompatibilität zum Welt-Standardmodell Bsim3v3.1 gelegt, das an der Universität von Berkeley in Kalifornien entwickelt wird. Bauelementesimulationen werden mit dem Simulator \"MEDICI\" durchgeführt. Für größtmögliche Realitätsnähe basieren diese auf Technologiesimulationen. Erstmalig dargestellt ist die Eichung von \"MEDICI\" auf Messu...    »