Автореферат (1137283)
Текст из файла
На правах рукописиУДК 004.942: 621.382.323САМБУРСКИЙ ЛЕВ МИХАЙЛОВИЧРАЗРАБОТКА И ИССЛЕДОВАНИЕ СХЕМОТЕХНИЧЕСКИХSPICE-МОДЕЛЕЙ ЭЛЕМЕНТОВ РАДИАЦИОННО-СТОЙКИХИ ФОТОЧУВСТВИТЕЛЬНЫХ КМОП БИССО СТРУКТУРОЙ КНИ / КНССпециальность 05.13.12«Системы автоматизации проектирования»АВТОРЕФЕРАТдиссертации на соискание учёной степеникандидата технических наукМосква 2013 г.2Работа выполнена в Федеральном государственном автономном образовательном учреждении высшего профессионального образования Национальном исследовательском университете «Высшая школа экономики» и Федеральном государственномбюджетном учреждении науки Институте проблем проектирования в микроэлектронике Российской академии наук.Научный руководитель:Петросянц Константин Орестовичдоктор технических наук, профессор,заведующий кафедрой Электроникии наноэлектроники МИЭМ НИУ ВШЭОфициальные оппоненты:Стенин Владимир Яковлевич,доктор технических наук, профессоркафедры Электроники НИЯУ МИФИСавченко Евгений Матвеевич,кандидат технических наук,начальник Центра проектированияОАО «НПП „Пульсар“»Ведущая организация:Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Научно-исследовательскийинститут системных исследований Российскойакадемии наук (НИИСИ РАН).Защита состоится 26 декабря 2013 г.
в 11 часов 00 минут на заседании диссертационного совета Д.002.078.01 при Федеральном государственном бюджетном учреждении науки Институте проблем проектирования в микроэлектронике Российскойакадемии наук (ИППМ РАН) по адресу: Российская Федерация, 124365, г. Москва,Зеленоград, Советская ул., д.
3.С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ИППМ РАН, с авторефератом – на сайте ИППМ РАН www.ippm.ru.Автореферат разослан 26 ноября 2013 г.Учёный секретарьдиссертационного совета,к. т. н., доц.М. М. Жаров3Общая характеристика работыАктуальность темы. Важнейшим видом электронной компонентной базы дляаэрокосмической и военной техники, устройств управления ядерной энергетикой,систем космической связи и телекоммуникаций и других специальных примененийявляются КМОП БИС и системы на кристалле со структурой «кремний на изоляторе»(КНИ) и «кремний на сапфире» (КНС), которые помимо высокой степени интеграциина п/п кристалле, высокого быстродействия, малого потребления мощности, обладаютповышенной радиационной стойкостью.Самостоятельным направлением КМОП-технологии являются фоточувствительные КМОП СБИС, изготовленные в ультратонком слое кремния на сапфировой подложке по технологии UTSi (фирмы Peregrine), которые используются в космическихсистемах мониторинга и зондирования Земли, устройствах аналоговой и цифровойоптической обработки информации, специальных фотоприёмных устройствах и др.По оценкам специалистов NASA, радиационно-стойкие КМОП БИС и фоточувствительные КМОП-ФД СБИС, изготовленные на КНИ/КНС подложках, являютсяперспективной электронной элементной базой современных и будущих космическихсистем.Очевидно, что успешное решение задач проектирования и разработки КМОПСБИС со структурой КНИ/КНС, а также построения систем на их основе невозможнобез широкого применения САПР как на элементном, так и на схемо- и системотехнических уровнях.
Причём для радиационно-стойких и фоточувствительных БИС задачи существенно усложняются, т. к. в рамках традиционных этапов проектированиянеобходимо дополнительно учитывать воздействие радиационных и фотоэлектрических факторов, соответственно, а в ряде случаев (например, в условиях космическогопространства) их совместное влияние.Эти обстоятельства в последние годы стимулировали у нас в стране и за рубежом разработку проблемно-ориентированных подсистем САПР для радиационностойких схем (Radiation-Hardened CAD – RHCAD)* и оптоэлектронных схем (ОЭС)**.Эти подсистемы, как правило, встраиваются в существующие промышленные САПРБИС.Ключевая роль в таких САПР принадлежит моделям КМОП-элементов, поскольку от степени учёта влияющих факторов и их точности в первую очередь зависит достоверность результатов схемотехнического и топологического проектирования.Таким образом, разработка новых и улучшение существующих SPICE-моделейэлементов радиационно-стойких и фоточувствительных КНИ/ КНС КМОП БИС является актуальной задачей.Состояние исследований по проблеме.1.
Модели КНИ/КНС КМОП-элементов для радиационно-стойких БИС. Физические модели влияния радиационного облучения на электрические параметры элементов КНИ / КНС КМОП БИС приведены в работах отечественных авторов: ЗебреваГ. И., Никифорова А. Ю., Першенкова В. С., Скоробогатова П. К., Тельца В. А.,Чумакова А.
И., Улимова В. Н. и др., а также зарубежных авторов: T. P. Ma, P. V.Dressendorfer, T. R. Oldham, J. R. Schwank, V. Ferlet-Cavrois, M. R. Shaneyfelt, P. E.Dodd и др.*Hierarchical CAD Tools for Radiation Hardened Mixed Signal Electronic Circuits, DTIC ReportNo. ADA429971, 2005;**Оптоэлектронные приборы, системы и сети. – М. : Наука, 2007;4Существенный вклад в разработку схемотехнических моделей с учётом радиационного воздействия и их использование для расчёта радиационно-стойких КМОПБИС внесли Волков И.
С., Зебрев Г. И., Кокин С. А., Петросянц К. О., Стенин В. Я.,Харитонов И. А., Ятманов А. П. и др.Для формирования компактных моделей, учитывающих факторы радиационноговлияния в промышленных схемотехнических САПР, отечественные и зарубежныеспециалисты используют два основных подхода.Первый – создание набора программных функций на языке C, Verilog-AMSи др., описывающих радиационное воздействие и подключаемых к стандартным моделям. Встраиваемый модуль рассчитан на конкретную версию симулятора, что требует взаимодействия с фирмой-производителем САПР и высокой квалификации программиста.Второй путь – формирование макромодели на основе схемотехнической модели,уже включённой в библиотеку моделей данной САПР.
В этом случае модель работаетбыстрее, чем при подключении достаточно сложных выражений, вычисляемых с помощью модулей C, Verilog-AMS и др., но от разработчика требуется хорошее знаниесхемотехники и особенностей конкретного симулятора. Также макромодельный подход позволяет достаточно просто модифицировать модель для учёта дополнительныхэффектов, обусловленных влиянием радиации и температуры.Анализ известных работ показал, что стандартные схемотехнические моделиМОП-транзисторов со структурой КНИ/КНС, включённые в SPICE-подобные программы анализа ИС и БИС, или вообще не учитывают радиационные эффекты, илиучитывают их в недостаточной степени.
Для элементов радиационно-стойкихКНИ/КНС КМОП БИС основная задача состоит, во-первых, в определении перечнярадиационно-зависимых параметров и, во-вторых, в корректном их учёте в той илииной форме. В настоящей диссертационной работе предпочтение отдаётся макромодельному подходу.2. Модели фоточувствительных элементов БИС. Разработке схемотехническихмоделей фоточувствительных п/п приборов и элементов ИС посвящены работы Горохова В. А., Дмитриева В. П., Носова Ю.
Р., Сидорова А. С., Шилина В. А. и др.Для элементов фоточувствительных КНИ/КНС КМОП БИС вопрос учётавнешнего светового излучения на электрические характеристики элементов слабо освещён в литературе. В SPICE-подобных программах практически отсутствуют моделифотоприёмных элементов, совместимых с технологией КНИ/КНС КМОП.3. Определение параметров моделей. Помимо разработки собственно самих моделей МОПТ, учитывающих радиационные и фотоэлектрические эффекты, не менееважное значение имеют вопросы определения (экстракции) параметров этих моделей.Однако, в большинстве опубликованных работ процедуры измерения тестовыхструктур и процедуры экстракции параметров для приборов, подвергнутых воздействию радиации и света, освещены крайне недостаточно. Проблема автоматизации таких процедур с использованием комплекса экстракции параметров моделей и макромоделей (например, IC-CAP или аналогичного) практически не описана.Таким образом, настоящая диссертация посвящена разработке и исследованиюсхемотехнических SPICE-моделей элементов радиационно-стойких и фоточувствительных КМОП БИС со структурой КНИ / КНС, а также разработке методик определения (экстракции) их параметров на основе электрических, радиационных и фотоэлектрических измерений характеристик тестовых приборов или на основе их TCADмоделирования.Цель диссертационной работы и задачи исследования.
Целью диссертационной работы является разработка и исследование компактных SPICE-моделей элемен-5тов радиационно-стойких и фоточувствительных КНИ/КНС КМОП и КМОП-ФД БИСдля анализа схемотехнических решений с помощью промышленных САПР.Цель достигается путём решения следующих задач:1) разработка новых и совершенствование существующих схемотехническихмоделей элементов КНИ/КНС КМОП БИС, учитывающих факторы радиационногои светового воздействия за счёт применения макромодельного подхода;2) разработка методик определения параметров моделей КМОП-элементовсо структурой КНИ/КНС по результатам измерений их электрических, радиационныхи фотоэлектрических характеристик;3) разработка полуавтоматизированного аппаратно-программного комплексадля измерения электрических характеристик и экстракции параметров разработанныхмоделей; в том числе программного обеспечения, предназначенного для управлениякомплексом, обработки экспериментальных результатов и выполнения процедурыидентификации параметров моделей;4) включение разработанных и усовершенствованных моделей в существующие промышленные программы схемотехнического расчёта БИС;5) использование всей совокупности разработанных моделей и методикв практике проектирования радиационно-стойких и фоточувствительных КНИ/КНСКМОП ИС и БИС.Методы исследования: методы экспериментального определения электрических характеристик тестовых структур, математические методы обработки результатов измерений, методы оптимизации, компьютерный анализ и моделирование, методы проведения вычислительных экспериментов.Научная новизна работы.1) Для построения SPICE-моделей элементов КНИ/КНС КМОП БИС, подвергнутых воздействию радиационного и светового излучений, предложен и развит единый подход, заключающийся в одновременном использовании двух методов: макромоделирования (подключения в эквивалентную схему дополнительных элементов,учитывающих соответствующий физический эффект), и введения радиационнозависимых параметров.
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.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
