📉 使用方法：03_degradation_model
How to Use: 03_degradation_model – Reliability Modeling Tools
このフォルダでは、MOSトランジスタにおける代表的な信頼性劣化現象である
BTI（Bias Temperature Instability） や TDDB（Time Dependent Dielectric Breakdown） の理論モデルに基づき、
しきい値電圧（Vth）やリーク電流の劣化挙動を Python で計算・可視化するツールを提供します。
This folder provides tools to simulate and visualize reliability degradation in MOSFETs—such as Vth drift (BTI) and oxide breakdown lifetime (TDDB)—based on physics-inspired models using Python.
📄 内容と目的 / Models and Objectives
| モデル / Model | 対象現象 / Phenomenon | 特徴・数式 / Description |
|---|---|---|
| BTIモデル | Vth ドリフト / Vth drift | ΔVth ∝ (t)^n × exp(-Ea/kT) |
| TDDBモデル | 酸化膜破壊 / Oxide Breakdown | Weibull分布・Eモデルなどによる寿命予測 / Lifetime estimation using Weibull or E-model |
🧪 使用例 / Example Usage
python3 plot_bti_model.py # ΔVth vs 時間のプロット / Plot ΔVth over time
python3 plot_tddb_model.py # 寿命 vs 電界強度のプロット / Plot lifetime vs electric field
🔧 前提環境 / Requirements
| 項目 / Item | 推奨バージョン / Recommended |
|---|---|
| Python | 3.8+ |
| 使用ライブラリ | numpy, matplotlib |
🔽 インストール方法 / Installation:
pip install numpy matplotlib
📁 構成ファイル一覧 / File Structure
| スクリプト / Script | 概要 / Description |
|---|---|
bti_model.py |
BTI（しきい値電圧の時間変化）モデルのプロット Plot ΔVth over time (BTI model) |
tddb_model.py |
TDDB（絶縁破壊寿命）の分布と電界依存性を可視化 Visualize TDDB lifetime distribution vs field |
common_plot.py |
軸設定・描画スタイルなどの共通関数群 Common plotting utility functions |
🔗 関連ツール / Related Tools
| フォルダ / Folder | 機能 / Description |
|---|---|
../01_spice_runner/ |
初期特性（Vthなど）の取得 Initial SPICE-based simulation of Vth |
../02_plot_vgid/ |
SPICEログからのVg–Idプロット Visualization of SPICE logs |
../../e_chapter2_sky130_experiments/ |
Sky130実験と劣化評価の応用教材 Sky130-based reliability experiments |
🎯 教育的意義 / Educational Purpose
- 信頼性設計の基礎モデルを 定量的に体験
Quantitative exploration of core reliability models - Vthの劣化挙動 や 寿命分布の傾向 を視覚的に把握
Visual understanding of degradation and lifetime trends - 温度 T、時間 t、電界 E などのパラメータ感度を体感
Sensitivity analysis with respect to key parameters - 信頼性設計・寿命評価の導入教材として活用可能
Useful for training in lifetime prediction and margin design
📌 備考 / Notes
- 本スクリプト群は 教育目的の疑似モデル に基づいています
These scripts are simplified models intended for educational use - 実製品の評価には、物理モデル・試験・実測データが必要です
Real product evaluation requires physical testing and advanced modeling - 各モデルの理論背景は、別教材にて詳述予定です
Theoretical details will be provided in future teaching materials