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Examen

ELEC 3908 Fall 2023 LAB: III MOSFET Square Law Parameter Execution and SPICE Model Simulation

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12
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A+
Publié le
24-11-2025
Écrit en
2025/2026

Introduction Analysing the silicon MOSFET’s ID vs VGS and ID vs VDS graphs is the aim of this lab experiment in which these graphs was acquired from a silicon MOSFET which was measured in the lab as well as use the experimental measurements to get the square law model’s critical parameters. The MOSFET is an n-channel switching transistor that is derived from the CD4007 DIP (Dual Inline Packaged) MOSFET, an integrated circuit [1]. IC-CAP software, which has the ability to optimise a device’s simulation model, will be used to test the device. In the data analysis phase that follows, the calculated findings and the experimental results from IC-CAP will be compared. Theory In the introduction, the model used for the MOSFET parameter(s) extraction is the Square Law Parameter Extraction model. This model consists of a set of equations which are presented below: Saturation drains source voltage: V DSsat=V GS−VT equation (1) [1] From equation 1 above, VT is the threshold voltage measured in volts. The current expression for VGS > VT and VDS < V DSsat in the Triode region is given as: I D=μnĈox W L ( V GS−VT )V DS− V DS 2 2 equation (2) [1] μn= Surface Mobility of electrons Ĉox= ∈0 x t ox = Oxide capacitance per unit area In the saturation region, the current expression VGS > VT and VDS > VDssat I D=μnĈox W L ( (V GS−VT ) 2 2 )(1+λV DS ) equation (3) [1] From equation (3), λ represents the channel length modulation parameter ( 1 V ) The threshold voltage is the sum of a “zero-bias” value plus a term depending on the source substrate bias. Thus, the equation is as follows VT=V¿−γ(√V SB+2φF−√2φF) equation (4) [1] From equation (4) above, the following are the parameters. V¿= zero-bias threshold voltage VSB= source to substrate potential φF= bulk potential γ = threshold modulation coefficient Experiment Plots Section 3.1 – ID vs VDS with z

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24 novembre 2025
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2025/2026
Type
Examen
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ELEC 3908 Fall 2023

LAB: III

MOSFET Square Law Parameter Execution
and SPICE Model Simulation
Submitted by:


Date Lab Performed: Friday 01 December 2023

Lab Section: A2




Carleton University

Ottawa, Ontario Canada

, Introduction

Analysing the silicon MOSFET’s ID vs VGS and ID vs VDS graphs is the aim of this lab
experiment in which these graphs was acquired from a silicon MOSFET which was measured
in the lab as well as use the experimental measurements to get the square law model’s critical
parameters. The MOSFET is an n-channel switching transistor that is derived from the
CD4007 DIP (Dual Inline Packaged) MOSFET, an integrated circuit [1]. IC-CAP software,
which has the ability to optimise a device’s simulation model, will be used to test the device.
In the data analysis phase that follows, the calculated findings and the experimental results
from IC-CAP will be compared.

Theory

In the introduction, the model used for the MOSFET parameter(s) extraction is the Square
Law Parameter Extraction model. This model consists of a set of equations which are
presented below:

Saturation drains source voltage:

V DS =V GS −V T equation (1) [1]
sat




From equation 1 above, VT is the threshold voltage measured in volts.

The current expression for VGS > VT and VDS < V DS in the Triode region is given as:
sat




2
W V DS
I D =μn Ĉox ( V GS−V T ) V DS− equation (2) [1]
L 2

μn = Surface Mobility of electrons

Ĉ ox = 0 x = Oxide capacitance per unit area
t ox

In the saturation region, the current expression VGS > VT and VDS > VDssat

2
W ( V GS−V T )
I D =μn Ĉox
L ( 2 )
( 1+ λ V DS ) equation (3) [1]


From equation (3), λ represents the channel length modulation parameter ( V1 )
The threshold voltage is the sum of a “zero-bias” value plus a term depending on the source
substrate bias. Thus, the equation is as follows

V T =V ¿ −γ ( √ V SB +2 φF −√ 2 φ F ) equation (4) [1]
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