📐 03_vth_extraction：.meas によるしきい値電圧抽出
Extracting Threshold Voltage (Vth) Using .meas in SPICE
📄 概要｜Overview
このフォルダでは、ngspice の .meas コマンドを活用して、
MOSトランジスタのしきい値電圧（Vth）を自動抽出する手法を実践形式で解説します。
This directory demonstrates how to automatically extract threshold voltage (Vth)
from Vg–Id characteristics using the .meas feature in ngspice.
🔧 使用技術｜Technologies Used
| 項目｜Item | 内容｜Details |
|---|---|
| 🧱 デバイスモデル | sky130_fd_pr__nfet_01v8 from Sky130 PDK |
| 🛠️ SPICEツール | ngspice with .meas directive |
| 📜 スクリプト生成 | Pythonで .spice ＋ .meas を自動生成 |
🧪 実験構成｜Experiment Structure
03_vth_extraction/
├── run_vth_sweep.py # .spice生成＋ngspice実行
├── templates/
│ └── meas_template.spice # .measを含むベース回路テンプレート
├── output/
│ ├── vth_W1.0_L0.15.log # ngspice出力ログ
│ └── vth_W1.0_L0.15.dat # 抽出Vth値（CSV形式）
└── plot_vth.py # Vth結果のグラフ化スクリプト
📏 .meas 文の記述例｜Sample .meas Command
.meas vth find VGS when I(D) = 1e-6
この文は、ドレイン電流が 1µA になるときのゲート電圧 VGS をしきい値 Vth として抽出します。
This command extracts the VGS value when the drain current reaches 1 µA, treating it as Vth.
🚀 実行方法｜How to Run
python3 run_vth_sweep.py
実行により：
- W/L 条件に応じた
.spiceファイルを自動生成 .measを含む回路でngspiceを実行.log内の.meas結果を自動パースして.datに保存
📈 出力例｜Example Output (Graph)
| 特徴｜Features |
|---|
| 🔹 W/Lごとの Vth の傾向を可視化 |
| 🔹 温度・電源電圧変化への感度評価 |
| 🔹 設計限界やバラつきの理解に有効 |
python3 plot_vth.py
💡 応用展開｜Advanced Applications
| 応用例｜Applications |
|---|
✅ .meas による Idsat 抽出（最大Id点） |
| ✅ 高耐圧デバイスや PFET への適用拡張 |
✅ .temp を活用した温度依存性評価 |
🔗 関連リンク｜Related Chapters
| 項目｜Item | リンク｜Link |
|---|---|
| ⚗️ Sky130実験（第2章） | ../README.md |
| 🛠️ 自動化ツール群（第1章） | ../../e_chapter1_python_automation_tools/README.md |