Автореферат (1137279)

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла

На правах рукописиУДК 004.942: 621.382.33КОЖУХОВ МАКСИМ ВЛАДИМИРОВИЧРАЗРАБОТКА И ИССЛЕДОВАНИЕ МОДЕЛЕЙ РАДИАЦИОННЫХВОЗДЕЙСТВИЙ ДЛЯ РАСЧЕТА ХАРАКТЕРИСТИК КРЕМНИЕВЫХ ИКРЕМНИЙ-ГЕРМАНИЕВЫХ БИПОЛЯРНЫХ ТРАНЗИСТОРОВ СПОМОЩЬЮ СИСТЕМЫ TCADСпециальность 05.13.12«Системы автоматизации проектирования»АВТОРЕФЕРАТдиссертации на соискание учёной степеникандидата технических наукМосква – 20162Работа выполнена в Федеральном государственном автономном образовательномучреждении высшего профессионального образования «Национальный исследовательский университет «Высшая школа экономики». (НИУ ВШЭ)Научный руководитель:Петросянц Константин Орестович,доктор технических наук, профессор,профессор Департамента электронной инженерииМИЭМ НИУ ВШЭОфициальные оппоненты:Першенков Вячеслав Сергеевич,доктор технических наук, профессор,заведующий кафедрой«Микро- и наноэлектроника»НИЯУ «МИФИ»Макарчук Владимир Васильевич,кандидат технических наук, доцент, доценткафедры «Проектирование и технология производства электронной аппаратуры»МГТУ им.

Н.Э. БауманаВедущая организация:Федеральное государственное учреждение«Федеральный научный центр Научноисследовательский институт системных исследований Российской академии наук»(г. Москва)Защита состоится 16 июня 2016 г. в 11 часов 00 минут на заседании диссертационного совета Д.002.078.01 на базе ФГБУН Института проблем проектирования вмикроэлектронике Российской академии наук (ИППМ РАН) по адресу: 124365,г. Москва, Зеленоград, ул. Советская, д. 3.С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ИППМ РАН и на сайте:http://www.ippm.ru/data/dissrt/Kozhuhov/text.pdfОтзыв на автореферат в 2-х экз., заверенный гербовой печатью организации иоформленный согласно «Положению о порядке присуждения ученых степеней»(п. 28), просим направлять в ИППМ РАН по адресу: 124365, г.

Москва, Зеленоград,ул. Советская, д. 3.Автореферат разослан __ мая 2016 г.Учёный секретарьдиссертационного совета Д 002.078.01,кандидат технических наук, доцентЖаров Михаил Михайлович3Общая характеристика работыАктуальность темы. К электронным устройствам систем глобальной космической связи и телекоммуникаций, систем управления ядерными энергетическими установками, ракетно-космической, военной техники и др. предъявляются повышенныетребования по радиационной стойкости к воздействию стационарных видов излучения и влиянию одиночных заряженных частиц (ОЯЧ).

По оценкам зарубежных и отечественных специалистов, перспективной элементной базой для таких систем являются современные кремниевые и кремний-германиевые СВЧ транзисторы, которыепомимо хороших усилительных свойств, обладают высокой радиационной стойкостью к воздействию различных видов излучения.Очевидно, что успешное решение задач проектирования и разработки радиационно-стойких кремниевых и кремний-германиевых биполярных транзисторов, а также интегральных схем и систем на их основе невозможно без широкого применениясистем автоматизированного проектирования (САПР).

Важность такой проблемы ещёболее возрастает в связи с имеющей место тенденцией к уменьшению размеров элементов, которые становятся все более чувствительными к факторам внешних воздействий, в частности, различных видов радиации1.К сожалению, только экспериментальные подходы не позволяют оценить влияние радиационных эффектов до изготовления – на стадии разработки полупроводниковых приборов.

В этой связи, важное значение приобретают методы моделированияи проектирования с использованием САПР, которые могут использоваться на двухуровнях: приборно-технологическом и схемотехническом.Таким образом, одной из важнейших задач приборно-технологического(TCAD) и схемотехнического (SPICE) проектирования является создание математических моделей, учитывающих влияние стационарных видов излучений и импульсных, в том числе и влияние ОЯЧ, на характеристики субмикронных кремниевых икремний-германиевых биполярных транзисторов. Основные требования, предъявляемые к этим моделям – адекватность физического описания и достаточная точность,так как от этого зависит достоверность приборно-технологического и схемотехнического проектирования.Состояние исследований по проблеме.1.Модели для приборно-технологического проектирования. Существенныйвклад в разработку математических моделей для приборно-технологического проектирования с учётом радиационного воздействия и их использование для расчёта радиационно-стойких БТ и ГБТ внесли Д.Г.

Дроздов, Т.Ю. Крупкина, В.С. Першенков,К.О. Петросянц, Е.М. Савченко, А.И. Чумаков, Н.А. Шелепин и др., также зарубежные авторы: R. J. Milanowski, A.K. Sutton, J. D. Cressler, M. Bellini, K. A. Moen, M.Benoit и др.Однако, в существующих сегодня коммерческих системах приборнотехнологического моделирования используются встроенные физические модели радиационных эффектов с рядом существенных ограничений, учитывающие влияниетолько одного стационарного вида радиации – гамма-излучения, либо обобщенныемодели ионизационных и структурных эффектов, не учитывающие специфики структур современных биполярных приборов. Работы по моделированию с помощьюTCAD радиационной стойкости Si БТ и SiGe ГБТ после облучения нейтронами и про1Стемпковский А.Л.

О некоторых проблемах при проектировании СБИС с наноразмерными компонентами. Нанотехнологии в электронике, вып. 3, 2015, с. 290-317.4тонами не публиковались. Наряду с этим, в TCAD достаточно хорошо развиты модели учета влияния ОЯЧ на переходные характеристики полупроводниковых приборов.Таким образом, в промышленных приборно-технологических САПР сегодняотсутствуют математические модели радиационных эффектов, которые бы полностьюудовлетворяли потребности разработчиков полупроводниковых приборов и схем вчасти учёта влияния стационарного нейтронного, протонного и гамма-излучений нахарактеристики Si БТ и SiGe ГБТ.2.

SPICE-модели Si БТ и SiGe ГБТ для радиационно-стойких БИС. Существенный вклад в разработку математических моделей для схемотехнического проектирования с учётом радиационного воздействия и их использование для расчёта радиационно-стойких БИС на БТ внесли Ю.Ф. Адамов, В.Н. Гришков, О.В. Дворников,А.И.

Титов, К. О. Петросянц, В.В. Репин, П.К. Скоробогатов, И. А. Харитонов, а также ряд зарубежных авторов: M. Van Uffelen, T.A Deng Yanqing, T. Zimmer, R.W.Dutton, H. Barnaby и др.Для учёта влияния радиационных эффектов используются два подхода: 1) введение в SPICE-модель зависимости параметров модели биполярного транзистора отпоглощенной дозы; 2) макромодельный подход, который заключается в добавлении косновному транзистору, описываемому одной из известных стандартныхSPICE-моделей Si БТ или SiGe ГБТ, дополнительных схемных элементов, учитывающих влияние разных видов радиационных излучений.Анализ существующих работ показал, что стандартные схемотехнические модели субмикронных Si БТ и SiGe ГБТ, включённые в SPICE-подобные программыанализа ИС и БИС, или вообще не учитывают радиационные эффекты, или имеют ряднедостатков, а именно: низкая точность моделирования деградации характеристиктранзисторов, обусловленной влиянием радиации; использование различных эквивалентных схем, систем уравнений и параметров для учёта влияния разных типов излучений, существенно отличающихся от стандартных и поэтому мало знакомых разработчикам приборов и схем; слишком сложные системы измерений дополнительныххарактеристик, необходимых для учёта радиационных эффектов и др.Кроме разработки самих компактных моделей БТ, учитывающих радиационныеэффекты, необходимо решать вопросы по экстракции радиационно-зависимых параметров этих моделей.

Однако, в большинстве опубликованных работ процедуры измерения тестовых структур и процедуры экстракции параметров приборов, подвергнутых воздействию радиации, освещены крайне недостаточно.Поэтому одной из задач настоящей диссертация является разработка и исследование универсальной схемотехнической SPICE-модели субмикронных Si БТ и SiGeГБТ, а также разработка методики экстракции ее параметров на основе измеренныхэлектрических характеристик до и после облучения тестовых приборов или на основерезультатов их моделирования с помощью TCAD.Цель диссертационной работы и задачи исследования. Целью диссертационной работы является разработка математических моделей для приборнотехнологического и схемотехнического моделирования субмикронных Si БТ и SiGeГБТ с учетом различных видов радиации (нейтронов, протонов, электронов и гаммаквантов).Цель достигается путем решения следующих задач:1) Разработка математических моделей физических эффектов, встроенных всистему TCAD и учитывающих влияние различных видов радиационного воздействия: нейтронного, протонного и гамма-излучения на электрофизические и электрические характеристики биполярных Si и SiGe транзисторных структур.52) Разработка унифицированной SPICE-модели для Si БТ и SiGe ГБТ, имеющей единую эквивалентную схему и систему уравнений для учета различных видовстационарного радиационного воздействия (электронного, нейтронного, протонного игамма-излучения).3) Включение разработанных моделей физических эффектов и компактнойSPICE-модели Si БТ и SiGe ГБТ в существующие промышленные системы приборнотехнологического и схемотехнического проектирования с целью расчета приборов исхем с учетом радиационных эффектов.4) Использование всей совокупности разработанных моделей в практике проектирования радиационно-стойких Si и SiGe биполярных структур и БИС на их основе.Методы исследования: методы экспериментального определения электрических характеристик полупроводниковых структур, математические методы обработкирезультатов измерений, компьютерный анализ и моделирование, методы проведениявычислительных экспериментов.Научная новизна работы состоит в том, что разработаны и встроены в средупромышленных приборно-технологических и схемотехнических САПР модели длярасчета электрофизических и электрических характеристик Si и SiGe биполярныхтранзисторов с учетом влияния нейтронного, протонного, электронного и гаммаизлучений, в частности: для систем приборно-технологического моделирования:1) Предложена модель, учитывающая воздействие нейтронов на основнойэлектрофизический параметр структуры БТ – время жизни неосновных носителей заряда, для которого введены зависимости от величины флюенса, уровня инжекции илегирования активной области прибора, что впервые позволило с достаточной точностью расчетным путем оценить воздействие нейтронов на электрические характеристики Si БТ и SiGe ГБТ.2) Предложена модель для учета воздействия гамма-излучения на характеристики Si БТ и SiGe ГБТ, которая помимо ранее известной зависимости скорости генерации электронно-дырочных пар в SiO2 от поглощённой дозы, дополнительно учитывает изменение скорости поверхностной рекомбинации и накопление ловушек на границе раздела Si/SiO2 от поглощённой дозы, что существенно повышает точность моделирования.3) Предложена модель, учитывающая совместное влияние структурных иионизационных эффектов, обусловленных действием протонов, на электрофизические и электрические характеристики Si БТ и SiGe ГБТ.

Характеристики

Тип файла PDF

PDF-формат наиболее широко используется для просмотра любого типа файлов на любом устройстве. В него можно сохранить документ, таблицы, презентацию, текст, чертежи, вычисления, графики и всё остальное, что можно показать на экране любого устройства. Именно его лучше всего использовать для печати.

Например, если Вам нужно распечатать чертёж из автокада, Вы сохраните чертёж на флешку, но будет ли автокад в пункте печати? А если будет, то нужная версия с нужными библиотеками? Именно для этого и нужен формат PDF - в нём точно будет показано верно вне зависимости от того, в какой программе создали PDF-файл и есть ли нужная программа для его просмотра.

Список файлов диссертации