⚗️ 実践編 第2章：Sky130実験とSPICE特性評価

Practical Chapter 2: Sky130 Experiments and SPICE-Based Characterization

📘 概要｜Overview

本章では、SkyWaterの Sky130 PDK を用いて、MOSトランジスタの基本特性（Vg–Idカーブ・Vth抽出）や、
BTI / TDDB による劣化予測まで含む、SPICEベースの設計評価実験を構成します。

This chapter utilizes the Sky130 PDK to evaluate MOSFET characteristics such as Vg–Id curves,
threshold voltage (Vth), and reliability predictions using BTI and TDDB models via SPICE simulations.

🎯 学習目的｜Learning Objectives

• ✅ Sky130 MOS モデルによる SPICE 実験
   SPICE simulation using Sky130 device models
• ✅ Python による自動化・可視化・寿命推定
   Automation, visualization, and lifetime estimation with Python
• ✅ .meas による定量抽出とスクリプト連携
   Measurement extraction using .meas and scripting integration

📁 章内構成｜Chapter Contents

🔧 実行環境｜Required Environment

インストール例：

pip install matplotlib pandas numpy

🔁 実験フロー｜Experiment Flow

1. Sky130 PDK の .spice モデルを用意
2. Vg–Id Sweep 用 SPICEネットリストを作成
3. Python でログファイルを解析・可視化
4. `.meas` により Vth 抽出処理を自動化
5. BTI・TDDB に基づく劣化モデルを適用し寿命予測
6. 最終レポートを Notebook / Markdown 形式で整形

🔬 SPICE評価のフロー図｜SPICE-Based Flow Overview (Mermaid)

📎 GitHubでMermaidフローチャートを見る

graph TD
    A[📦 Sky130 PDK<br>Spiceモデル] --> B[📄 ネットリスト作成<br>Id–Vg Sweep]
    B --> C[⚙️ ngspice 実行<br>Spice Simulation]
    C --> D[📊 Python解析<br>ログ整形・Plot出力]
    D --> E[📏 Vth抽出<br>.meas + Python]
    E --> F[⏱️ 劣化評価<br>BTI / TDDB モデル]
    F --> G[📝 結果出力<br>Notebook or Markdown]

    %% 色分け
    classDef spice fill:#E1F5FE,stroke:#0288D1,stroke-width:1px;
    classDef python fill:#FFF3E0,stroke:#EF6C00,stroke-width:1px;
    classDef report fill:#EDE7F6,stroke:#5E35B1,stroke-width:1px;

    class A,B,C spice;
    class D,E python;
    class F,G report;

🔗 関連リンク｜Related Chapters

• 実践編 第1章：Pythonによる自動化ツール群
• 実践編 第3章：OpenLaneによるデジタル設計実習

📌 教材の意義｜Educational Significance

• 📈 SPICEを通じた「デバイス特性の可視化と理解」
• 🧪 .meas による「数値抽出とPython連携」の習得
• 🔄 「信頼性設計と物理設計の橋渡し」を体感

🧭 次に進むべき章｜Next Chapters

• 🔜 第3章：OpenLaneでの物理設計と評価
• 🔜 応用編：高耐圧/ESD設計や AMS 評価との接続

👤 著者・ライセンス｜Author & License

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