📐 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

🔙 戻る｜Back to Chapter Top

🏠 実践編第2章トップへ戻る｜Back to e_chapter2_sky130_experiments

📐 03_vth_extraction：.meas によるしきい値電圧抽出