曾经安排学生研究过HSPICE下的这些模型和工具，但是效果都不是很好，学生学习的结果与其它人文章上的内容相距甚远。还是要参考KRISH说的鸟和兔子的故事，没有好的环境，就要自己来做吧。 MOSRA工具 摘要： 在MOS集成电路中，器件老化主要是由于 栅极绝缘层 ，以及 栅极绝缘层和硅之间界面 的随时间退化所引起的。主要的两类退化效应主要是热载流子注入（HCI）和偏置温度不稳定性（BTI）。这些退化机制随着栅氧化层的厚度不断变小，以及高介电常数金属栅（high-K metal-gate）晶体管的使用而变得更加的显著。 These mechanisms are more prominent in advanced process nodes in which the gate oxide is scaled to only a few molecules in equivalent thickness, and with the use of high-K metal-gate transistors. 由于这些效应的影响，需要长时间，并且非常昂贵的测试来衡量电路性能的退化程度，并且要及时的发现电路失效情况，造成生产成本的急剧增加。而作为一种替代手段，设计者开始使用保守的策略来对关键电路进行超安全标准的过设计（简单说，即设计时序余量），这样会造成芯片成本的增大（Problem：难道仅仅是芯片成本增大吗？对性能也会造成不良的影响！）。因此，以较低成本对电路的生命周期（此生命周期可不是剩余寿命预测那样花里胡哨的，是真实的，可验证的！）进行预测，特别是对于一些可靠性要求极高的领域，是非常必要的。 HSPICE和CustomSim（是两种不同的工具？）中的MOS可靠性分析（MOSRA）工具提供了一种可靠的，经济的方法来进行时序余量设计和广义寿命测试（extensive lifetime testing）。利用内置模型或者用户自定义老化模型，MOSRA能够准确预测HCI和BTI所引起的电路性能上的老化情况。MOSRA使设计者能够在设计的早期检测到可靠性失效情况，从而可以显著的减小寿命测试的时间和成本。通过HSPICE与CustomSim的集成应用，老化分析可以与标准的瞬态仿真一样快速的运行。 介绍： 由于老化引起的MOS器件的退化情况已经成为45nm及以下器件可靠性的一个重要的衡量指标。它使得电路性能随时间发生退化，减小电路的寿命，并且可能会引入潜在的故障。一个影响器件老化的主要机制是HCI现象。在高电场环境下，载流子从沟道的耗尽层注入到栅极绝缘层，改变了它的电特性。另外一个重要的退化现象是p沟道MOSFET的NBTI效应和n沟道MOSFET的PBTI效应。PBTI效应在高介电常数金属栅（high-K metal-gate）层叠中有非常显著的影响。在两类BTI效应中，栅极绝缘层中的电荷的数量随着栅极偏置电压的改变而改变，由于电荷的捕获和释放作用。在恒定偏置电压的作用下，捕获的电荷不断地增加，进一步增大门限电压，并减小沟道载流子的移动性（mobility）。这个效应与器件工作温度有非常强烈的联系。当栅极电压是随时间变化的，一些捕获的电荷可以被释放，这取决于捕获的位置，以及捕获/释放的时间常数，这会引起退化效应的部分恢复特性现象的发生。 HSPICE与CustomSim中MOSRA已经被成功的应用于45nm及以下器件可靠性问题的识别和调试中。它可以提供： （1）准确的，并且是可以度量的HCI和BTI的模型，特别的，可以对BTI效应中特有的部分恢复特性进行建模。 （2）与HSPICE与CustomSim中的功率仿真引擎进行无缝的连接，在特定的操作条件下，进行电应力计算，在指定的时间范围内进行应力和退化的计算。 （3）可以很简单的与其它器件模型进行集成。 （4）可以对应力积累效应进行解释，例如MOS器件老化，漏电流减小等现象，从而减小可能由此引起的器件退化现象。 MOSRA老化模型 器件老化是器件参数在一定电应力条件作用下持续退化的一种现象。而MOSRA模型被用来将这些电应力条件转换为器件的实际退化情况。一般来说，这样的模型是器件工作条件，例如电压、电流、温度、以及器件拓扑特性等参数的函数。而得到的退化效应可以以以下两种方式进行使用： 1. 将电应力参数转化为关键的MOSFET集成模型参数的退化情况，例如门限电压、载流子迁移速率（mobility）等； 2. 另外一种方式是将应力直接转换为器件特性的退化程度，例如直接转换为漏电流，以及其导电率的退化百分比； 两种方法各具优势，第一种方法直观简单，而第二种方法可以将不同的退化效应分开考虑，进而在一个较宽的偏置电压的范围内，得到一个更为精确电流、导电率等参数的退化模型。（个人理解，一个是更为精确，另外一个更为直观） MOSRA模型通过基于物理参量的公式建立，并且通过参数系数的调整来增大模型的准确性，并使参数提取变得更加方便。 对于NBTI/PBTI模型，主要考虑两个物理机制：一是与退化对于界面陷阱（interface traps）的影响程度，另外一个是与绝缘层中陷阱相关。其实这里说的主要就是NBTI/PBTI效应对于MOS物理特性的影响。 For N/PBTI models, two principal physical mechanisms are considered: One related to the contribution of the (Equation 1) and the other related to the traps deep inside the dielectric layer (Equation 2). 在上式中，E(V GS ,V DS )表示绝缘体中的电场强度。器件门限电压的退化情况被用来表示BTI模型。 最近的亚深纳米器件数据表明NBTI和PBTI效应与沟道的长度有直接的关连，而依赖的趋势随着工艺条件的变化而变化。根据这些观察结果，我们得到了灵活的与沟道长度和宽度相关的数学公式。此外，我们的BTI模型中允许一个装箱方法（类似于集成方法，binning approach），the geometry scaling equations embedded in the model provide for accurate global modeling. 通过考虑应力激励的占空比，可以对部分恢复特性进行建模。当部分恢复特性被考虑的时候，整体的延迟特性能够变小。 图1 环形振荡器（最高）频率退化问题中的部分恢复效应，虚线表示没有考虑部分恢复特性时的退化情况 这个方法允许我们将BTI效应的部分恢复特性建模为电路工作时间的一个函数。 MOSRA HCI模型 HCI模型应该对宽范围内的漏电流、栅极和衬底的偏置电压以及不同温度之间的依赖关系进行准确的解释。这个准确性应该对于多种沟道长度和不同的氧化层厚度都是适用的。MOSRA HCI模型的基本公式是： 这个公式里的第一项对应于幸运电子模型（Lucky Electron Model），而第二项则是在高电场（大电流）环境下，让该模型变得更为准确。 为了说明MOSRA里面的模型非常准确，作者还比较了MOSRA HCI模型与BSIM4 模型
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