⚙️ 1.6 BSIM4 → BSIM-CMG → CFET版構想
1.6 From BSIM4 to BSIM-CMG, and Toward a CFET Compact Model
🔰 概要 / Overview
本節では、プレーナMOS世代から FinFET / GAA 世代、そして CFET 時代に向けて進化してきた
コンパクトモデル（Compact Model） の流れを解説します。
設計・EDA・教育を結ぶ 「標準モデル」 の役割を整理し、将来的な CFET版の必要性 を展望します。
In this section, we explain the evolution of compact models from the planar MOS era (BSIM4)
to the FinFET/GAA era (BSIM-CMG), and explore the prospects for a future CFET-oriented model.
🧱 1.6.1 BSIM4 ― プレーナMOS世代 / BSIM4 – Planar MOS Era
- 適用範囲 / Coverage：90nm〜32nm プレーナMOSFET
- 特徴 / Features
- 短チャネル効果、移動度劣化、DIBL を高精度に記述
- BSIM3 を改良し、寄生抵抗・容量を詳細にモデル化
- 限界 / Limitations
- 3D構造（FinFET, GAA）には非対応
- $W$・$L$ ベースの寸法定義がフィンやナノシート構造に適用できない
🌀 1.6.2 BSIM-CMG ― FinFET/GAA世代 / BSIM-CMG – FinFET & GAA Era
- 開発 / Developer：UC Berkeley Compact Model Group (CMG)
- 標準化 / Standardization：Si2/CSTF により国際標準モデル化
- 特徴 / Features
- 多ゲート構造を統一的に扱える（FinFET・GAA・ナノワイヤ）
- フィン高さ $H_{fin}$、幅 $W_{fin}$、シート数 $N_{sheet}$ を明示的にパラメータ化
- 量子化効果・サブバンド効果・温度依存性を組込み
- 意義 / Significance
- FinFET と GAA を 同じフレームワークで比較可能
- 現在の先端 EDA / 回路設計における 必須標準モデル
🧬 1.6.3 CFET ― 新モデルの必要性 / CFET – The Need for a New Model
- 背景 / Background
- nMOS と pMOS を 垂直積層する CFET には、従来の BSIM-CMG では不十分
- 課題 / Challenges
- 上下段FET間の 熱結合 / thermal coupling
- ゲート間寄生容量 / gate-to-gate parasitics によるクロストーク
- ドレイン遅延・リーク結合 / drain delay & leakage coupling
- 必要な拡張要素 / Required Extensions
thermal_resistance_stack（熱結合パラメータ）coupling_cap_np（n/p間寄生容量）delay_propagation（信号結合遅延）
🌍 1.6.4 標準化への展望 / Outlook for Standardization
- 現状 / Current status：CFET専用の国際標準モデルは存在しない
- 研究レベル / At research level：Verilog-A による拡張モデルや二段合成が試作段階
- 将来 / Future：
- 「BSIM-CFET」として標準化される可能性
- Si2/CSTF Compact Model Council での検討が期待される
- 教育的価値 / Educational value：
- 「新デバイスの普及には標準モデルが不可欠」であることを理解できる
- MOS進化の歴史と並行して モデル進化の系譜 を学習可能
📘 学習まとめ / Summary
- BSIM4：プレーナMOS用（90nm〜32nm世代）
For planar MOSFETs (90nm–32nm era) - BSIM-CMG：FinFET/GAA 統一モデル（22nm〜2nm世代）
Unified model for FinFET & GAA (22nm–2nm era) - CFET版構想：ポスト2nm世代に必須、熱・遅延・結合を組み込む次世代標準
Next-generation standard required for the post-2nm CFET era, incorporating thermal, delay, and coupling effects