Автореферат (Разработка и исследование схемотехнических SPICE-моделей элементов радиационно-стойких и фоточувствительных КМОП БИС со структурой КНИ КНС), страница 7

Разработана полуавтоматизированная процедура определения параметров моделей из результатов измеренийхарактеристик облучённых КНИ/КНС МОПТ;6) разработаны схемотехнические SPICE-модели фоточувствительных элементов КМОП ФД БИС: фотодиодов с МДП-затвором, фотодиодов на основе p-n- и p-i-nструктур, а также фототранзистора, изготовленных по КМОП-технологии на структурах с изолирующей подложкой КНИ/КНС. Модели реализуют как фоточувствительный, так и фотовольтаический режимы работы элементов.

Разработана полуавтоматическая процедура определения параметров моделей из результатов измерений электрических и оптоэлектрических характеристик реальных приборов.Основные практические результаты диссертации.1) Разработанные макромодели включены в промышленные схемотехническиеСАПР Eldo (Mentor Graphics), Spectre, UltraSim (Cadence), HSpice (Synopsys) и могутбыть использованы для проектирования радиационно-стойких и фоточувствительныхКНИ/КНС КМОП БИС, позволяя достоверно прогнозировать электрические характеристики КНИ/КНС КМОП БИС в диапазоне поглощённой дозы до единиц мегараддля радиационно-стойких и в диапазоне освещённости до 75 мВт/см-2 для фоточувствительных схем;2) для пользователей в системе IC-CAP разработаны полуавтоматические процедуры определения параметров МОП-транзисторов с учётом воздействия стационарного радиационного излучения, а также фотодиодов и фототранзисторов с учётомвоздействия стационарного светового воздействия на основе результатов измеренийтестовых образцов или результатов приборного моделирования в системе TCAD, позволяющие существенно сократить время экстракции параметров моделей и снизитьвероятность человеческой ошибки;3) проведены оценки разработанных макромоделей по затратам временина экстракцию параметров и моделирование различных видов электрических характеристик для различных классов схем с учётом дозовых эффектов.

При сравнениимакромоделей BSIMSOI-RAD и EKV-RAD показано, что при совпадающем набореучитываемых эффектов и меньшем количестве радиационно-зависимых параметровEKV-RAD имеет более простую процедуру экстракции параметров и требует в среднем меньшее время для моделирования: статических ВАХ на 12%, АЧХ на 18%, переходных процессов на 50%.26Внедрение результатов работы.1) СхемотехническиеSPICE-моделиSOI/SOS-MIEM,BSIMSOI-RADи EKV-RAD были использованы в ОАО «НПО ИТ», г. Королёв, Моск. обл., в рамкахОКР «Прототип», «Таймыр» и «Угра» при проектировании твердотельных электронных полупроводниковых узлов специализированной электроники (базовых КМОПэлементов цифровой и аналоговой схемотехники) и микросистемотехники – на базеструктур «кремний на изоляторе/сапфире» (КНИ/КНС) с учётом воздействия стационарного радиационного излучения и воздействия повышенной температуры;2) библиотека схемотехнических SPICE-моделей на основе BSIMSOI-RAD дляэлементов КНИ КМОП СБИС с проектными топологическими нормами 0,5–0,35 мкмс учётом факторов радиационного воздействия и температуры была использованав практических работах предприятия ФГУП «ФНПЦ НИИ ИС им.

Ю. Е. Седакова»,г. Н. Новгород (ОКР «Урал-Т», «Модель», «Защита», «Модель-С»), по созданию элементной базы радиационно-стойких КНИ КМОП СБИС: радиационно-стойких цифро-аналоговых БМК; БИС статического ОЗУ на 512 кбит; библиотеки аналоговых узлов и др.;3) модели МОП-транзисторов и интегральных фотодиодов и методики экстракции их параметров использованы на предприятии ОАО «НПП Пульсар» в работахпо моделированию и оптимизации выходных устройств матричных ФПЗС, а такжепри создании фоточувствительной ячейки матричного КМОП-ФД фотоприёмника.Список основных работ, опубликованных по теме диссертации:– в изданиях, включённых в перечень ВАК:[1].

Самбурский Л. М. SPICE-модели оптоэлектронных элементов для расчётафоточувствительных КМОП-ФД БИС // Сб. науч. тр. «Проблемы разработки перспективных микроэлектронных систем» – 2005.– М.: ИППМ, 2005 г. – стр. 196–203;[2]. K. O. Petrosjanc, L. M. Sambursky Models of optoelectronic devices for simulation with SPICE // Proceedings of SPIE. – 2005. – Vol. 5944.

– P. 115–123;[3]. Петросянц К. О., Харитонов И. А., Орехов Е. В., Самбурский Л. М. и др.Приборно-технологическое моделирование элементной базы КМОП КНИ БИС с учётом факторов радиационного воздействия // Сб. науч. тр. «Проблемы разработки перспективных микроэлектронных систем – 2008». – М.: ИППМ, 2008 г. – стр. 266–271;[4]. Трёхмерное моделирование радиационных токов утечки в субмикронныхМОП-транзисторах со структурой «кремний на изоляторе» / К. О. Петросянц, Е. В.Орехов, Л. М. Самбурский и др. // Известия вузов. Электроника.

– 2010 – № 2(82) – с.81-83;[5]. BSIMSOI RAD – макромодель КНИ/КНС МОП-транзистора для схемотехнического расчёта КМОП БИС с учётом радиационных эффектов / К. О. Петросянц,Л. М. Самбурский и др. // Известия вузов. Электроника. – 2010. – № 5(85). – с. 81-83;[6]. Компактная макромодель КНИ/КНС МОП-транзистора, учитывающая радиационные эффекты / Петросянц К. О., Самбурский Л. М., Харитонов И. А., Ятманов А. П.

// Известия вузов. Электроника. – 2011. – № 87. – С. 20-28;[7]. K. O. Petrosyants, L. M. Sambursky, I. A. Kharitonov, A. P. YatmanovSOI/SOS MOSFET compact macromodel taking into account radiation effects // RussianMicroelectronics. – 2011. – Т. 40. – № 7. – с. 457–462;[8]. K. O. Petrosjanc, E.

V. Orekhov, D. A. Popov, I. A. Kharitonov, L. M. Sambursky et al. TCAD-SPICE simulation of MOSFET switch delay time for different CMOStechnologies // Proc. of 9th IEEE East-West Design & Test Intl. Symp. (EWDTS'11), Sevastopol, Ukraine, Sept. 2011. — p. 188–190;27[9]. К. О. Петросянц, И. А. Харитонов, Е. В. Орехов, Л. М. Самбурский и др.Исследование стойкости к воздействию ОЯЧ ячеек КНИ КМОП ОЗУ методами смешанного 3D TCAD-SPICE моделирования // Сб.

науч. тр. «Проблемы разработки перспективных микро- и наноэлектронных систем – 2012. – С. 413-418;[10]. K. O. Petrosyants, I. A. Kharitonov, L. M. Sambursky Hardware-Software Subsystem for MOSFETs Characteristic Measurement and Parameter Extraction with Accountfor Radiation Effects // Adv. Materials Research. – 2013. – Vol.

718–720. – p. 750-755;– в изданиях, не входящих в перечень ВАК:[11]. Самбурский Л. М. Проектирование блоков АЦП спец-ЭВМ на базе КМОПКНС БИС // «Микроэлектроника и информатика – 2003», 10-я Всероссийская межвузовская НТК студентов и аспирантов. Тезисы докладов. – М.: МИЭТ, 2003 г.

– стр. 90;[12]. Петросянц К. О., Харитонов И. А., Самбурский Л. М. Компактные моделиМОПТ со структурой КНИ для схемотехнических расчётов // Тезисы докладов II-ойВсероссийской дистанционной НТК «Электроника». – М., МИЭТ, 2003. – С. 69–70;[13]. Харитонов И. А., Самбурский Л. М. Определение параметров моделейМОП-транзисторов со структурой КНИ/КНС // НТК студентов, аспирантов и молодых специалистов МИЭМ. Тезисы докладов.

– М.: МИЭМ, 2004 г. – стр. 447-449;[14]. Самбурский Л. М. Моделирование КНИ/КНС КМОП БИС с учётом воздействия радиации // «Микроэлектроника и информатика – 2004», 11-я Всероссийскаямежвузовская НТК студентов и аспирантов. Тез. докл.. – М.: МИЭТ, 2004 г. – стр. 95;[15]. Петросянц К. О., Харитонов И. А., Самбурский Л. М. Модель КНС МОПтранзистора, учитывающая воздействие радиации // «Электроника, микро- и наноэлектроника». Сб. научн. трудов. – М.: МИФИ, 2004 г. – стр. 267-272;[16].

Петросянц К. О., Самбурский Л. М. Учёт статических эффектов плавающей рабочей области в неполностью обеднённых КНИ/КНС МОПТ // Электроника,микро- и наноэлектроника. Тр. конф. – М.: МИФИ, 2005. – С. 59–62;[17]. Самбурский Л. М. Обзор методов экстракции параметров моделей МОПтранзисторов, изготовленных по технологии КНИ/КНС // НТК студентов, аспирантови молодых специалистов МИЭМ. Тезисы докладов. – М.: МИЭМ, 2006 г. – стр.

34–35;[18]. Petrosjanc K. O., Sambursky L. M., Yatmanov A. P. Comparison of Commercial Parameter Extraction Tools for Spice SOI MOSFET Models // Proc. of 5th IEEE EastWest Design & Test Intl. Symp. (EWDTS'07), Yerevan, Armenia, Sept. 2007, p. 69–72;[19]. Petrosjanc K. O., Kharitonov I. A., Orekhov E. V., Sambursky L. M, et al. ACompact SOI/SOS MOSFET Macromodel Accounting for Radiation Effects // там же,p. 360;[20]. Харитонов И. А., Самбурский Л. М. и др. Использование комплекса ICCAP для экстракции параметров КНИ/КНС МОПТ // НТК студентов, аспирантов имолодых специалистов МИЭМ.

Тезисы докладов. – М.: МИЭМ, 2008 г. – стр. 378-379;[21]. Прокофьев Г. В., Богатырёв В. Н., Поварницына З. М., Чёрный А. И., Петросянц К.О., Харитонов И.А., Самбурский Л.М. Исследование радиационной стойкости к накопленной дозе рентгеновского излучения интегральных датчиков Холла наструктурах «кремний на изоляторе» // Российская НТК «Элементная база космических систем». Сб.

тр., 2008, Сочи, с. 132;[22]. Петросянц К. О., Харитонов И. А., Орехов Е. В., Самбурский Л. М. и др.Комплексное исследование радиационной стойкости интегральных схем космического назначения // Отраслевая НТК приборостроительных организаций Роскосмоса«Информационно-управляющие и измерительные системы – 2008». Тез докл.,г.

Королёв Моск. обл., 2008, с. 41;28[23]. Прокофьев Г. В., Богатырёв В. Н., Поварницына З. М., Чёрный А. И., Петросянц К. О., Харитонов И. А., Самбурский Л. М. Исследование рад. стойкости интегральных датчиков Холла на структурах «кремний на изоляторе» // там же, с. 42;[24]. Петросянц К. О., Харитонов И. А., Самбурский Л.

М. и др. Исследованиехарактеристик элементной базы аналоговых КНИ КМОП схем, изготовленных потехнологии XFAB, с учётом суммарной поглощённой дозы // «Электроника, микро- инаноэлектроника». Сб. научных трудов – М.: МИФИ, 2009 г. – с. 57–66;[25]. Петросянц К. О., Харитонов И.

А., Самбурский Л. М. и др. Влияние суммарной поглощённой дозы на характеристики элементной базы КНИ КМОП БИСОЗУ // Российская НТК «Элементная база космических систем». Сб. тр.. 2009. – с. ;[26]. Simulation of Radiation Effects in SOI CMOS Circuits with BSIMSOI-RADmacromodel / Petrosjanc K. O., Kharitonov I. A., Orekhov E. V., Sambursky L.. M, Yatmanov A. P. // Proc. of 7th IEEE East-West Design & Test Intl. Symposium (EWDTS'09),Moscow, Russia, Sept. 2009. – p. 243–246;[27]. К.

О. Петросянц, Е. В. Орехов, Л. М. Самбурский и др. Трехмерное моделирование радиационных токов утечки в субмикронных КНИ МОП-транзисторах cразличной топологией // «Электроника, микро- и наноэлектроника». Сб. научных трудов. – М.: МИФИ, 2010 г. – с. 84–89;[28]. Петросянц К. О., Харитонов И. А., Самбурский Л. М.