近日，张立宁助理教授-黄如院士团队关于PKP的News & Views论文上线《中国科学：信息科学》[1]，标志着团队在先进工艺模型领域取得又一重要进展。

器件集约模型（Compact Model）与工艺设计套件（Process Design Kit,简称PDK）是连通集成电路设计和制造的桥梁。电子设计自动化（EDA）工具与PDK紧密配合，支持基于该工艺的电路设计。为了支撑面向先进工艺的教学与科研，需要具有预研属性的虚拟PDK（Virtual PDK）。预研类PDK不与任何实质的工艺制程关联，通过整合关键的趋势性预测，为相关方向的前沿学术研究提供基础支撑。为此，张立宁助理教授-黄如院士团队建立了自主知识产权的器件模型与预研PDK系列：PKP（Peking University Predictive PDK）。面向3纳米围栅纳米片技术的开源预研套件PKP3已经发布，包含了团队提出并发展的PHIMO系列集约模型、基于虚拟设计规则的PCell、标准单元库和SRAM单元的设计，不同阈值电压的器件也假设了多个工艺角。PKP系列PDK由张立宁助理教授发起，通过与日韩a片 微纳电子器件与集成技术全国重点实验室的相关科研力量合作进行研发，后续将持续更新并加入对更多前沿技术（如背面电源网络BSPDN）的支持。

图1:面向先进工艺节点的围栅纳米片技术及基于PKP PDK设计的标准单元

近年来，张立宁助理教授-黄如院士团队针对纳米片围栅(GAA)器件的集约模型已经发表了一系列高水平论文，构建了自主化的PHIMO围栅模型体系。纳米片器件的一个显著特性在于超薄的沟道厚度，极致微缩的沟道会出现显著的量子限域效应，出现能级量子化以及不同于传统特性的台阶状电特性。与此同时，纳米尺寸器件中愈加显著的焦耳热效应显著提升晶体管温度，独特中段结构的寄生效应则导致响应速度减慢，这些高阶效应对器件和电路的可靠性等构成明显影响，需要在电路设计中加以考虑。针对上述问题，团队从器件物理入手，发展了基于物理的核心模型，并围绕核心模型开展了系统性的模型技术攻关。提出了量子限域效应的精准求解策略，发表在由国家自然科学基金委员会主管主办的《Fundamental Research》[2]。针对GAA自热效应独特的热响应动态，提出了基于物理的多阶自热模型，精准捕捉器件的温度响应，发表在微电子器件领域顶刊《IEEE Trans. Electron Devices(TED)》[3]。提出基于保角变换方法的寄生电容模型，实现对中段寄生效应的准确再现，同样发表在《IEEE TED》[4]。提出了电路自热效应加速仿真的技术，通过动态时间演进和功率等效等技术，实现仿真加速3个数量级左右，论文发表在《IEEE TED》[5]。提出了BSPDN特有的寄生效应模型，形成了对前沿新技术的探索并完成对不同技术选项的对比评估，论文发表在《IEEE TED》[6]。团队还针对先进工艺模型复杂化、参数提取困难的挑战，提出了创新性的融合建模的技术PHIMO-NN，通过物理与AI的双轮驱动，实现模型参数的降阶以及基于训练的快速参数化，论文发表在《IEEE Transactions on Computer-Aided Design of Integrated Circuits & Systems》[7]。

图2.近年来团队在先进围栅工艺模型方面的系统性工作

张立宁助理教授-黄如院士团队开发的GAA模型目前已经实现向国产的商业电路仿真工具集成，并应用在龙头企业的先导设计之中。同时PHIMO模型也作为PKP PDK的核心模型引擎，助力前沿技术的学术研究和探索，为解决相关领域的卡脖子难题贡献学术创新的力量。团队研发的PHIMO系列模型还应用在支持龙头晶圆厂大生产线TFET技术的流片、支持基于铁电隧穿结的脉冲神经网络电路的设计等。围绕器件模型、机器学习建模技术的研究工作在国际上也形成重要的影响力，引起了包括Cadence、Synopsys等在内的工业界的广泛关注。

论文链接：

[1]//www.sciengine.com/SCIS/doi/10.1007/s11432-025-4805-5

[2]//www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2667325823000286

[3]//ieeexplore.ieee.org/abstract/document/10682596

[4]//ieeexplore.ieee.org/abstract/document/10352103

[5]//ieeexplore.ieee.org/abstract/document/11215685

[6]//ieeexplore.ieee.org/abstract/document/11082524

[7]//ieeexplore.ieee.org/abstract/document/11084862