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🔬 DeviceTemplates

NMOS/PMOS の基本特性を観察するための 最小 SPICE テンプレート集
Minimal SPICE template collection to observe basic NMOS/PMOS characteristics.

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🎯 目的 | Purpose

• 半導体デバイスの Vd–Id, Vg–Id 特性を理解する
  Understand transistor Vd–Id and Vg–Id characteristics
• W/L や電源電圧の違いによるデバイス挙動を比較する
  Compare device behaviors under different W/L ratios and supply voltages
• SPICE シミュレーションから CSV 出力 → 可視化（Excel/Python）
  Export CSV from SPICE simulation and visualize with Excel/Python

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📂 含まれるファイル | Contents

ファイル名	説明
NMOS_VgId_1v8.sp	NMOS Vg–Id テンプレート（W=10 µm / L=0.18 µm, VDD=1.8 V） NMOS Vg–Id template (W=10 µm / L=0.18 µm, VDD=1.8 V)
NMOS_VdId_1v8.sp	NMOS Vd–Id テンプレート（W=10 µm / L=0.18 µm, VDD=1.8 V） NMOS Vd–Id template (W=10 µm / L=0.18 µm, VDD=1.8 V)
PMOS_VgId_1v8.sp	PMOS Vg–Id テンプレート（W=10 µm / L=0.18 µm, VDD=1.8 V） PMOS Vg–Id template (W=10 µm / L=0.18 µm, VDD=1.8 V)
PMOS_VdId_1v8.sp	PMOS Vd–Id テンプレート（W=10 µm / L=0.18 µm, VDD=1.8 V） PMOS Vd–Id template (W=10 µm / L=0.18 µm, VDD=1.8 V)
NMOS_VgId_3v3.sp	NMOS Vg–Id テンプレート（W=10 µm / L=0.18 µm, VDD=3.3 V） NMOS Vg–Id template (W=10 µm / L=0.18 µm, VDD=3.3 V)
NMOS_VdId_3v3.sp	NMOS Vd–Id テンプレート（W=10 µm / L=0.18 µm, VDD=3.3 V） NMOS Vd–Id template (W=10 µm / L=0.18 µm, VDD=3.3 V)
PMOS_VgId_3v3.sp	PMOS Vg–Id テンプレート（W=10 µm / L=0.18 µm, VDD=3.3 V） PMOS Vg–Id template (W=10 µm / L=0.18 µm, VDD=3.3 V)
PMOS_VdId_3v3.sp	PMOS Vd–Id テンプレート（W=10 µm / L=0.18 µm, VDD=3.3 V） PMOS Vd–Id template (W=10 µm / L=0.18 µm, VDD=3.3 V)
README.md	本ファイル（使い方と概要） This file (overview and usage)

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⚙️ 使い方 | Usage

1. 教育用の利用（PDK不要）
   .model を使ったシンプルなデバイスモデルを定義しているため、PDK を持っていなくても動作します。
   Educational use with .model, no PDK required.

2. 実プロセスでの利用
   実際のプロセスを使う場合は .include を使って PDK モデルを読み込みます。
   For real processes, replace .model with .include to load your PDK models.

   .include sky130_fd_pr__nfet_01v8.model
   

3. 実行例
   ngspice でシミュレーションを実行できます。
   Run the simulation with ngspice:

   ngspice NMOS_VgId_1v8.sp
   

4. 出力の可視化
   CSV ファイルが生成されるので、Excel や Python で簡単にグラフ化できます。
   Generated CSV can be visualized with Excel or Python.

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📝 ChatGPTとの併用 | With ChatGPT

.sp ファイルを ChatGPT に貼り付けると、以下のことが可能です:
If you paste the .sp file into ChatGPT, you can:

• 行ごとの意味を解説
  Get explanations line by line (e.g., what .model or .control means).
• カスタマイズ提案
  Ask how to modify parameters such as W/L, VDD, or sweep steps.
• 追加実験例を生成
  Generate variants (e.g., other voltages, multi-finger devices, PMOS versions).

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🔧 カスタマイズ例 | Customization Examples

• しきい値電圧 (VTO) の変更

  .model NMOS NMOS (LEVEL=1 VTO=0.5 KP=50u LAMBDA=0)
  

  → より低電圧でトランジスタがオンする動作を確認できます。
  Check behavior of a lower-threshold transistor.

• チャネル長 (L) の変更

  M1 D G 0 0 NMOS W=10u L=0.35u
  

  → 長チャネル効果を観察できます。
  Observe long-channel device behavior.

• 電源電圧 (VDD) の変更

  VDD D 0 5.0
  

  → 高電圧動作時の Id–Vg, Id–Vd を確認できます。
  Check transistor characteristics at higher supply voltages.

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📊 出力例 | Example Results

NMOS @ 1.8 V

• Vg–Id 特性

  

• Vd–Id 特性

  

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NMOS @ 3.3 V

• Vg–Id 特性

  

• Vd–Id 特性

  

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PMOS @ 1.8 V

• Vg–Id 特性

  

• Vd–Id 特性

  

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PMOS @ 3.3 V

• Vg–Id 特性

  

• Vd–Id 特性

  

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🚀 今後の拡張 | Future Extensions

• PMOS 用の追加バリエーション（高電圧対応など）
  Add PMOS variations (e.g., high-voltage models)
• 短チャネル効果を確認するための W/L バリエーション
  W/L variations to observe short-channel effects
• CSV 出力と可視化の自動化スクリプト
  Automation scripts for CSV export and visualization

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👤 著者・ライセンス / Author & License

項目 / Item	内容 / Details
著者 / Author	三溝 真一（Shinichi Samizo）
GitHub
ライセンス / License	再配布・改変自由（教育目的） / Free for educational use, redistribution, and modification 商用利用は別途許可が必要 / Commercial use requires separate permission