Программно-аппаратный комплекс измерения и идентификации параметров схемотехнических моделей полупроводниковых структур тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.12.17, кандидат технических наук Петров, Владимир Николаевич

• Петров, Владимир Николаевич
• кандидат технических наук
• 1998

Оглавление диссертации кандидат технических наук Петров, Владимир Николаевич

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ

1 МЕТОДЫ ИДЕНТИФИКАЦИИ ПАРАМЕТРОВ МОДЕЛЕЙ КОМПОНЕНТОВ ЭЛЕКТРОННЫХ СХЕМ

1.1 Средства САПР электронных схем

1.2 Модели компонентов электронных схем

1.2.1 Модели биполярных транзисторов

1.2.2 Модели МОП транзисторов

1.3 Методы идентификации параметров моделей

1.3.1 Библиотеки моделей микроэлектронных приборов

1.3.2 Общие принципы идентификации параметров моделей по экспериментально измеренным характеристикам

1.3.3 Методы упрощения нелинейных уравнений модели

1.3.4 Методы формирования целевых функций

1.4 Методы оптимизации

1.4.1 Метод сопряженных направлений Пауэлла

1.4.2 Методы Дэвидона-Флетчера-Пауэлла и

Бройдена-Флетчера-Шанно

1.4.3 Метод Левенберга-Маркварта

1.4.4 Оптимизация с ограничениями: метод штрафных функций

1.5 Выводы

2 РАЗРАБОТКА ПРОГРАММНО-УПРАВЛЯЕМОГО ИЗМЕРИТЕЛЬНОГО КОМПЛЕКСА

2.1 Традиционные методы измерения характеристик на постоянном токе

2.1.1 Метод вольтметра — амперметра

2.1.2 Измерения с помощью характериографа

2.2 Постановка задачи

2.3 Автоматизированный измерительный комплекс

2.3.1 Интерфейсная плата НВЛ-19

2.3.2 Управляемый источник напряжения

2.3.3 Управляемый источник тока

2.3.4 Измеритель тока

2.3.5 Измеритель напряжения

2.3.6 Цифровое устройство управления

2.4 Проведение измерений

2.4.1 Измерение вольт-амперных характеристик двухполюсников

2.4.2 Измерение статических характеристик транзисторов

2.5 Обработка результатов измерений

2.6 Программное обеспечение для управления измерительным комплексом

2.7 Выводы

3 ИДЕНТИФИКАЦИЯ ПАРАМЕТРОВ МОДЕЛЕЙ

ПОЛУПРОВОДНИКОВЫХ ПРИБОРОВ

3.1 Задача идентификации параметров нелинейной модели

3.2 Идентификация параметров модели диода

3.2.1 8Р1СЕ-модель диода

3.2.2 Алгоритм идентификации параметров модели диода

3.2.3 Апробация методики

3.3 Идентификация модели биполярного транзистора

3.3.1 8Р1СЕ-модель биполярного транзистора

3.3.2 Алгоритм определения параметров модели

биполярного транзистора

3.3.3 Апробация методики

3.4 Идентификация параметров модели МОП-транзистора

3.4.1 8Р1СЕ-модель МОП-транзистора первого уровня

3.4.2 Алгоритм идентификации параметров модели

первого уровня

3.5 Выводы

4 РАСЧЕТ ПАРАМЕТРОВ МОДЕЛИ БИПОЛЯРНОГО ТРАНЗИСТОРА ПО ЭЛЕКТРОФИЗИЧЕСКИМ ХАРАКТЕРИСТИКАМ ТРАНЗИСТОРНОЙ СТРУКТУРЫ

4.1 Моделирование температурных зависимостей сопротивлений резистивных и квазинейтральных слоев

4.2 Основные аналитические зависимости, используемые при расчете температурных коэффициентов

4.2.1 Распределение примесей

4.2.2 Подвижность носителей заряда

4.2.3 Собственная концентрация носителей заряда

4.3 Апробация методики расчета температурных коэффициентов

4.3.1 Тестовые структуры

4.3.2 Измерение и расчет температурных коэффициентов диффузионных слоев

4.4 Расчет параметров модели биполярного транзистора

4.4.1 Время жизни и диффузионная длина

4.4.2 Моделирование эффекта эмиттерного выдавливания

4.4.3 Коэффициент усиления

4.4.4 Ток насыщения, токи перехода к высокому уровню

инжекции и время пролета базы

4.4.5 Параметры областей объемного заряда

4.4.6 Напряжения Эрли

4.4.7 Сопротивления нейтральных областей

4.5 Апробация методики расчета параметров модели биполярного транзистора по электрофизическим характеристикам

4.6 Выводы

5 БАЗА ДАННЫХ МОДЕЛЕЙ ПОЛУПРОВОДНИКОВЫХ ПРИБОРОВ

5.1 Определение требований к СУБД

5.2 Использование СУБД элементов ЭТ в качестве ядра АРМ схемотехника

5.2.1 Определение требований к АРМ схемотехника

5.2.2 Структура интегрированной САПР

5.3 Разработка БД элементов электронной техники

5.3.1 Структура программы БД

5.3.2 Разработка алгоритма функционирования БД

5.3.3 Программирование БД в среде СУБД FoxPro

5.3.4 Структура данных

5.4 Работа с СУБД элементов электронной техники

5.4.1 Условия выполнения программы

5.4.2 Установка и конфигурирование программы

5.4.3 Запуск и работа с программой

5.4.4 Редактирование БД биполярных транзисторов

5.4.5 Работа с базой данных

5.4.6 Связь с программой САПР PSpice

5.4.7 Работа с проектом пользователя

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Программно-аппаратный комплекс измерения и идентификации параметров схемотехнических моделей полупроводниковых структур»

ВВЕДЕНИЕ

Сложность изделий микроэлектроники, включающих в себя миллионы активных и пассивных компонентов, предъявляет повышенные требования к средствам автоматизированного проектирования. Прежде всего это касается моделирования элементов ИС поскольку прогрессивное снижение топологических норм обуславливает нелинейный характер процессов токопереноса и, как следствие, необходимость учета большого количества нелинейных эффектов для адекватного моделирования протекающих в них процессов. Развитие средств автоматизированного проектирования привело к создания специального класса моделей полупроводниковых приборов и элементов ИС, известных под названием БРЮЕ-моделей. Они представляют собой универсальные нелинейные физические модели, на базе которых можно достаточно легко перейти к любой традиционной системе параметров полупроводниковых приборов, включая малосигнальные модели г, у или Ь-параметров. Количество параметров, необходимых для описания таких моделей! определяется уровнем развития технологии, характеризуемой величиной топологической нормы. Для 8Р1СЕ-моделей МОП транзисторов, используемых в качестве элементной базы современных микропроцессоров и схем памяти, оно приближается к сотне.

На сегодняшний день большинство крупных зарубежных фирм-произво-

}

дителей микроэлектронных компонентов наряду с традиционным способом представления параметров выпускаемых приборов дает в руки разработчиков их 8Р1СЕ-модели. Современные пакеты автоматизированного проектирования, являясь в основном зарубежными разработками, включают в себя обширные библиотеки моделей компонентов электронной техники, выпускаемых иностранной промышленностью. Однако в библиотеках БРЮЕ-моделей заданы усредненные параметры прибора и, как правило, не указан их допустимый разброс. Что касается отечественных полупроводниковых приборов, то большинство из них пока не имеют 8Р1СЕ-моделей. Поэтому для использования современных САПР при разработке схем, содержащих микроэлектронные компоненты отечественного производства, необходимо создание адекватных им 8Р1СЕ-моделей с последующей реализацией на их базе библиотек отечественных компонентов. В этой связи принципиальное значение приобретает разработка методик измерения и идентификации параметров 8Р1СЕ-моделей.

Для проведения эффективного и точного моделирования электронных схем необходимо обеспечение следующих возможностей:

- наличие обширных библиотек моделей;

- возможность модификации моделей библиотечных элементов;

- создание иерархии моделей, позволяющих выбирать между точностью и скоростью расчета;

- наличие средств построения моделей, так как ни одна библиотека не может содержать полный набор моделей, удовлетворяющий всех пользователей;

- наличие измерительных средств, позволяющих проводить измерения характеристик приборов с целью создания моделей.

Успешное решение задачи идентификации параметров SPICE-моделей полупроводниковых приборов в существенной степени определяется измерительной базой, методом аппроксимации, способом формирования целевой функции и используемыми методами нелинейной оптимизации. Анализ эффективности методов нелинейной регрессии необходимо проводить для широкого круга приборов, так как эффективность того или иного метода в значительной степени зависит от вида целевой функции, которая в данной задаче определяется характеристиками приборов и методами измерения.

В большинство публикаций, посвященных вопросам идентификации параметров SPICE-моделей, рассматриваются в основном проблемы расчета параметров модели МОП транзистора и мало внимания уделяется биполярным транзисторам. Практически важным является интеграция методов идентификации параметров моделей с измерительными приборами в единый комплекс.

Цель данной работы — разработка методик измерения и идентификации статических параметров SPICE-моделей полупроводниковых и микроэлектронных приборов.

Для достижения поставленной цели ставились следующие задачи:

- разработка автоматизированного измерительного комплекса, работающего под управлением персонального компьютера IBM PC и обеспечивающего измерение статических вольт-амперных характеристик полупроводниковых приборов;

- разработка методик идентификации параметров SPICE-моделей полупроводниковых приборов на основании измеренных вольт-амперных характеристик;

- адаптация методов безусловной оптимизации к решению задачи идентификации параметров SPICE-моделей полупроводниковых приборов, анализ эффективности ряда методов оптимизации при решении данной задачи;

- разработка программного обеспечения, обеспечивающего управление измерительным комплексом, обработку экспериментальных результатов и проведение идентификации параметров моделей;

- разработка методики расчета параметров моделей компонентов биполярных интегральных схем на основании информации об их электрофизических и топологических параметрах;

- разработка системы управления базой данных полупроводниковых элементов, интегрирующей программно-аппаратный комплекс измерения и идентификации параметров SPICE-моделей и стандартные средства САПР в единую систему.

Для решения поставленных задач использовались следующие методы. С целью сопряжения аналогового измерительного комплекса с персональным компьютером использовались аналого-цифровые и цифро-аналоговые преобразователи, обменивающиеся данными с компьютером через шину ISA. За основу метода нелинейного моделирования взят метод наименьших квадратов. Для минимизации целевой функции использовались метод сопряженный направлений Пауэлла, методы переменной метрики Бройдена - Флетчера - Шанно и Дэ-видона — Флетчера - Пауэлла, а также ньютоновский метод Левенберга — Мар-кварта. Использовался методы штрафных функций для задания ограничений области определения целевой функции. Применялись оригинальные методы декомпозиции целевой функции, позволяющие повысить эффективность оптимизации.

Решение поставленных задач осуществлялось автором на кафедре физики твердого тела и микроэлектроники Новгородского государственного университета.

Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения и списка цитируемой литературы.

В первой главе проведен анализ состояния проблемы разработки моделей полупроводниковых приборов по данным литературы. Проведено обоснование выбора моделей, методов нелинейной регрессии и методов оптимизации. Определены основные проблемы, требующие разработки и исследований.

Во второй главе рассмотрена реализация разработанного измерительного комплекса. Изложены реализованные методики проведения измерений. Дано подробное описание программного обеспечения, управляющего измерительным комплексом.

В третьей главе излагается методика идентификация параметров SPICE-моделей полупроводниковых приборов. Приведены результаты анализа эффективности различных методов оптимизации при решении задачи идентификации. Даны результаты апробации разработанных методик для диодов, биполярных и МОП транзисторов.

В четвертой главе предлагается метод расчета параметров SPICE-моделей, представляющих температурные зависимости резистивных и квазинейтральных областей полупроводниковых приборов. Приведены результаты апробации разработанного метода для структур, изготовленных по биполярной диффузионной интегральной технологии.

В пятой главе приводится описание реализованной системы управления базой данных полупроводниковых элементов, интегрирующей разработанный программно-аппаратный комплекс и САПР PSPICE, PCAD и AutoCAD в единое рабочее место инженера-схемотехника.

В результате проведенных исследований получены новые научные результаты, позволяющие сформулировать следующие научные положения, выносимые на защиту:

1) интеграция средств измерения и методов идентификации параметров моделей полупроводниковых приборов в единый программно-аппаратный комплекс повышает эффективность расчета параметров моделей;

2) декомпозиция уравнений модели, основанная на физических особенностях работы прибора позволяет увеличить точность и уменьшить время расчета параметров модели.

Основные результаты опубликованы в 15 работах, доложены на 3 конференциях и семинарах, используются в лекционных курсах для студентов, лабораторных практикумах, курсовом и дипломном проектировании в Новгородском государственном университете.

1 МЕТОДЫ ИДЕНТИФИКАЦИИ ПАРАМЕТРОВ МОДЕЛЕЙ КОМПОНЕНТОВ ЭЛЕКТРОННЫХ СХЕМ

1.1 Средства САПР электронных схем

Современные электронные схемы достигли такого уровня сложности, что их проектирование невозможно без использования средств вычислительной техники. На сегодняшний день разработаны эффективные средства автоматизированного проектирования электронных схем, позволяющие осуществить цикл сквозного проектирования, состоящий из следующих основных этапов:

1) синтез структуры и принципиальной схемы устройства;

2) анализ характеристик устройства в различных режимах работы с учетом разброса параметров компонентов, параметрическая оптимизация;

3) размещение элементов на плате и трассировка межсоединений;

4) разработка конструкторской документации.

Задача структурного синтеза в целом не решена, однако существует ряд узкоспециализированных программ, ориентированных на устройства определенного типа, например разработаны программы синтеза согласующих цепей, аналоговых и цифровых фильтров [1]. Наибольшие достижения в построении программ структурного синтеза цифровых схем имеются в области проектирования устройств на базе программируемых логических матриц [2,3,4].

Поскольку для большинства электронных устройств автоматизированных синтез структуры и принципиальной схемы не реализован, наибольшее развитие получили средства САПР схемотехнического моделирования и анализа характеристик широкого класса аналоговых и цифровых устройств. Наибольшее распространение в последнее время получили программы семейства SPICE, в частности пакет программ схемотехнического проектирования Design Center фирмы MicroSim [5,6]. Основу системы Design Center составляет программа PSPICE, которая является модификацией известной программы схемотехнического моделирования SPICE (Simulation Program with Integrated Circuit Emphasis), разработанной в начале 70-х годов в Калифорнийском университете [7]. На сегодняшний день данную программу можно считать эталонной программой моделирования аналоговых устройств. Принятые в ней математические модели полупроводниковых приборов, известных под названием SPICE-моделей фактически являются стандартом и используются во многих аналогичных программах.

Программа PSPICE, входящая в состав пакета Design Center работает в среде Windows и позволяет моделировать аналоговые, цифровые и смешанные аналого-цифровые устройства, а также обеспечивает графический ввод принципиальных схем. В последних версиях системы Design Center (получивших название Design Lab) включен ряд дополнительных программ, обеспечивающих возможности параметрической оптимизации схем, расчета паразитных эффектов печатной платы, средствами проектирования программируемых логических матриц, а также реализована возможность разработки печатных плат (размещение элементов и трассировка межсоединений) [5]. Таким образом, система De_ »

sign Center (Design Lab) представляет собой систему сквозного проектирования печатных плат, функционирующую на персональном компьютере IBM PC.

Программы семейства SPICE позволяют моделировать аналоговые схемы, содержащие не более 50 тысяч транзисторов. Для моделирования более сложных схем компанией Cadence Design Systems Inc. разработан пакет программ аналогового моделирования Spectre, обеспечивающий моделирование сложных ИС со скоростью, примерно в 10 раз превосходящей скорость SPICE при той же точности расчета [8]. Модели элементов, используемые в пакете Spectre аналогичны SPICE-моделям и данный пакет совместим с программами моделирования на основе SPICE.

Из существующих программ конструкторского проектирования наиболее распространены пакеты OrCAD и PCAD. Данные пакеты содержат редакторы принципиальных схем и печатных плат и средства, позволяющие проводить размещение элементов на плате и трассировку соединений как в ручном так и в автоматическом режиме [1,9]. Наилучшими характеристиками на сегодняшний день обладает система автоматической трассировки Specctra, разработанная фирмой Cooper and Chyan Technology Inc [10]. Следует также отметить системы конструкторского проектирования MaxRoute и Tango Pro, обеспечивающие высокое качество трассировки соединений. Все перечисленные программы трассировки имеют интерфейс с программой PSPICE, а трассировщик Specctra включен в состав системы Design Lab.

В последние несколько лет концепция структуры системы автоматизированного проектирования развивалась таким образом, чтобы облегчить решение проблем интеграции системы проектирования и управления проектированием. Такая система должны содержать следующие основные компоненты [14]:

1) общий интерфейс пользователя, который обеспечивает связь с комплексом технических средств системы автоматизированного проектирования;

2) систему управления данными проектирования;

3) комплект самых лучших из доступных средств проектирования.

Перечисленные выше компоненты формируют так называемую инфраструктуру САПР (CAD Framework) — комплекс средств автоматизированного проектирования, представляющий программную среду, которая обеспечивает совместную работу инструментальных средств проектирования, предлагаемых различными поставщиками программных продуктов САПР электроники [11,14]. Вследствие значительного увеличения сложности разрабатываемых интегральных схем современные проекты могут требовать использования более 20 инструментальных систем. В то же время данные, полученные с помощью одной инструментальной системы, как правило, достаточно сложно передать для обработки системе следующего этапа. Таким образом, одной из основных проблем, возникающих при разработке инфраструктур САПР является сложность организации взаимодействия между пакетами программ различных производителей. Данная проблема может быть решена созданием стандартов, которые обеспечили бы повышение эффективности использования наборов инструментальных средств САПР электроники. Разработкой стандартов на САПР в настоящее время занимается некоммерческая организация CFI (CAD Framework Initiative) и лаборатория по инфраструктурам САПР CFL (CAD Framework Laboratory), которая призвана обеспечить поддержку работ по стандартизации средств САПР электроники [11]. В CFL входит ряд ведущих компаний, производящих полупроводниковых приборы, а также АРМ и САПР электроники: Cadence Design Systems, Harris Corp., Hewlett-Packard, Motorola Inc., National Semiconductor, Texas Instruments и ряд других.

Несмотря на отсутствие стандартов, многие крупные компании, специализирующиеся в области САПР электроники уже предлагают собственные инфраструктуры. Например, известный пакет Design Lab можно считать инфраструктурой САПР, так как он включает в свой состав программы третьих фирм (систему трассировки Specctra). Мощный комплекс средств автоматизированного проектирования аналоговых интегральных схем Artist (компания Cadence) реализован на базе проектной инфраструктуры Cadence Design Framework и использует для осуществления схемного моделирования программу SPICE [12].'

Вторая серьезная проблема реализации инфраструктур САПР — необходимость обеспечения эффективного и надежного управления данными проектирования. Основной способ решения данной проблемы — создание инфраструктур САПР, предусматривающих интеграцию инструментальных средств проектирования и средств управления данными при помощи единого интерфейса пользователя. В дополнение к общему интерфейсу такие программные

инфраструктуры, строящиеся на основе базовых прикладных пакетов САПР, должны также содержать общую базу данных, с которой работают все инструментальные средства, входящие в состав инфраструктуры [13,14]. Под базой данных понимается совокупность данных, которая более или менее постоянно храниться в компьютере [15]. Программное обеспечение, которое позволяет модифицировать эти данные, называется системой управления базой данных (СУБД).

В сложных инженерных проектах компоненты некоторого стандартного типа могут использоваться многократно. Возможность однократного описания компонента конкретного типа и последующего обращения к этому описанию, когда необходима копия компонента данного типа, представляет собой мощный и важный механизм, который существенно уменьшает сложность инженерного описания. Такой подход называется иерархическим и его использование в СУБД позволяет уменьшить объем памяти, требуемый для представления сложных проектов [16,17]. В существующих подходах к реализации управления интегрированными данными в САПР можно выделить четыре основных направления [17]:

1) использование универсальных СУБД;

2) усовершенствование универсальных СУБД с целью их адаптации к специфическим требованиям САПР;

3) создание систем управления проектными данными на основе универсальной СУБД, используемой в качестве центральной системообразующей части;

4) создание специализированных СУБД.

Использование подхода, при котором система управления проектными данными строится вокруг универсальной СУБД позволяет использовать богатые возможности управления данными, которыми обладает СУБД при одновременной поддержке многих специфичных особенностей работы с данными в САПР. Кроме того, создаются условия, позволяющие исключить зависимость прикладных программ от типа СУБД.

Несмотря на значительный прогресс в развитии средств автоматизированного проектирования электронных схем, имеется ряд не решенных полностью задач, основными из которых являются следующие:

- получение адекватных моделей компонентов интегральных схем;

- формализация системного (архитектурного) этапа проектирования;

- разработку эффективных алгоритмов трассировки и размещения.

Если вторую и третью задачу приходится решать только разработчикам программного обеспечения, то с первой проблемой сталкиваются и пользователи САПР, а также производители микроэлектронных компонентов.

Построение точных моделей цепей — важное условие успешной разработки электронной схемы. В настоящее время решены основные проблемы, связанных с моделированием электрических цепей: разработаны эффективные алгоритмы формирования и решения систем уравнений, описывающих электронные схемы, созданы точные модели большинства компонентов схем. Слабым звеном в моделировании электронных схем остается моделирование отдельных полупроводниковых элементов в различных режимах работы [18]. Для этого кроме точной модели прибора требуется надежный метод сбора информации, на основании которой строится модель [18].

1.2 Модели компонентов электронных схем

Точность моделирования схем в значительной степени зависит от применяемых моделей элементов, которые должны отражать свойства моделируемого элемента, зависимости его характеристик от электрических режимов работы, температуры и других внешних факторов [19]. Математической моделью радиоэлектронной схемы на схемотехническом уровне является система уравнений, описывающая электрические процессы в РЭС. Она представляет собой систему обыкновенных дифференциальных и алгебраических уравнений.

При разработке моделей необходимо находить компромисс между двумя противоречивыми требованиями: высокой точностью модели и минимизацией машинного времени, требуемого при ее использовании. Современный уровень развития вычислительной техники позволяет выдвинуть на первый план требование достижения максимальной точности модели, что привело к разработке высокоточных, но крайне сложных моделей полупроводниковых приборов.

1.2.1 Модели биполярных транзисторов

Модель Эберса - Молла [20,21, 23,24], разработанная еще в 1954 году до сих пор составляет основу для построения многих более сложных моделей. Данная модель построена на интерпретации работы транзистора как прибора на взаимодействующих р-п переходах. Исходная модель Эберса - Молла [25] многократно модифицировалась с целью повешения ее точности, поэтому сейчас различают три уровня данной модели [20]:

1) исходная нелинейная модель, удовлетворительно моделирующая работу транзистора только на постоянном токе и низких частотах;

2) модель, учитывающая динамические свойства (эффекты накопления зарядов) и сопротивления нейтральных областей транзистора;

3) моделируются эффекты модуляции толщины базы (эффект Эрли), зависимость коэффициента, передачи транзистора и времени пролета базы носителями заряда от тока, учтен распределенный характер емкости база - коллектор, улучшены модели температурных зависимостей параметров транзистора.

Эквивалентная схема исходной модели (так называемый инжекционный вариант модели) изображена на рис. 1.1. Уравнения, описывающие токи через диоды, моделирующие эмиттерный (1Р) и коллекторный (/#) р-п переходы, имеют следующий вид:

Заключение диссертации по теме «Радиотехнические и телевизионные системы и устройства», Петров, Владимир Николаевич

Выход

I

Рисунок 5.27 — Работа с интегральными транзисторами

5.4.7.6 Расчёт и просмотр результатов расчёта

Расчёт в проекте осуществляется после нажатия кнопки «Расчёт» окна «Работа с проектом пользователя», рисунок 5.22. Сначала формируется файл для расчета, куда записываются все описания моделей и все схемы из поля «Схема РЭрюе». Затем запускается программа расчёта. Если было выведено сообщение об ошибке во время расчёта необходимо: а) определить место возникновения ошибки. Для этого надо просмотреть выходной файл вызываемый кнопкой «Ошибка ?»; б) исправить ошибку в моделях или описании схемы; в) повторить расчёт схемы.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

На основании проведенных исследований методов определения параметров 8Р1СЕ-моделей полупроводниковых приборов установлено следующее.

1. Предложена методика расчета ряда параметров физических моделей диодов, биполярных и полевых транзисторов по измеренным вольт-амперным характеристикам. Разработаны методы уменьшения размерности пространства функций, представляющих математические модели диодов и биполярных транзисторов, позволяющие использовать для решения задачи идентификации параметров моделей методы безусловной оптимизации.

2. Разработано программное обеспечение для определения параметров 8Р1СЕ-моделей полупроводниковых диодов, биполярных и полевых транзисторов по вольт-амперным характеристикам.

3. Предложен метод расчета температурных коэффициентов диффузионных слоев по их электрофизическим параметрам. Разработано программное обеспечение, реализующее данный метод.

4. Разработана автоматизированная измерительная установка и методика измерения вольт-амперных характеристик полупроводниковых приборов. Реализовано программное обеспечение для управления измерительной установкой.

5. Реализована система управления базой данных моделей полупроводниковых приборов, объединяющая разработанные аппаратные и программные средства в единый комплекс идентификации параметров 8Р1СЕ-моделей.

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Петров, Владимир Николаевич, 1998 год

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

1. Разевиг В. Д. Применение программ P-CAD и PSpice для схемотехнического моделирования на ПЭВМ.

2. Милн Б. Усовершенствованные САПР электронных схем на базе ПЛИС // Электроника. — 1989. — № 8. — с. 61-67.

3. Маклауд Д., Дамьян Ж. Программируемые логические ИС — серьезный конкурент вентильных матриц на рынке специализированных ИС // Электроника. — 1991. — № 13. — с. 55-57.

4. Малиньяк Л. Набор инструментальных средств проектирования вентильных матриц, программируемых пользователем // Электроника. — 1992. — №7-8. —с. 69-71.

5. Разевиг В. Д. Система схемотехнического моделирования и проектирования печатных плат Design Center (PSpice)

6. The Design Center. Circuit Analysis Reference Manual. - MicroSim Corporation, 1994. — 560 p.

7. Banzhaf W. Computer aided circuit analysis using SPICE. — Prentice Hall,

1989.

8. Малиньяк Л. Программа аналогового моделирования схем с предельной сложностью более 50 тыс. транзисторов // Электроника. — 1991. — № 13. — с. 68-69.

9. Разевиг В. Д., Блохин С. М. Система PCAD 8.5. Руководство пользователя. — М: ООО «ИЛЕКСА», 1996. — 288 с.

10. Малиньяк Л. Дальнейшее расширение функциональных возможностей САПР // Электроника. — 1991. — № 11-12. — с. 15-23.

11. Ганн Л. CFL вырабатывает важные стандарты на средства САПР электроники // Электроника. — 1989. — № 25. — с. 53-54.

12. Гудинаф Ф. Высокоразвитая система автоматизированного проектирования аналоговых ИС // Электроника. — 1989. — № 26. — с. 46-51.

13. Управление данными проектирования средствами инфраструктуры САПР // Электроника. — 1991. — № 11-12. — с. 23-31.

14. Кейвин Р. К., Хилберт Дж. Л. Проектирование интегральных схем: направления и проблемы // ТИИЭР. — 1990. — Т. 78. — № 2. — с. 213-235.

15. Ullman J. D. Principles of Database Systems. — Rockville. — MD: Computer Press, 1982.

16. Харрисон Д. С., Ньютон А. Р., Спикелмайр P. JL, Барнс Т. Дж. Среда САПР для проектирования интегральных схем и электронных схем // ТИИЭР.

— 1990. — Т. 78, — № 2.— с. 185-212.

17. Беляков Ю. Н., Руденко А. А., Топузов И. Г. Проблемы интеграции данных в САПР БИС // Микроэлектроника. — 1989. — Вып. 3. — 80 с.

18. Silburt A. L., Laurent R. S. Interactive Circuit Simulation and Model Parameter Extraction for the CAD Work Station // IEEE Custom Integrated Circuit Conference. —NY. — 1984. — p. 221-225.

19. Чахмахсазян E. А., Мозговой Г. П., Силин В. Д. Математическое моделирование и макромоделирование биполярных элементов электронных схем.

— М: Радио и связь, 1985. — 144 с.

20. Getreu I. Е. Modeling the Bipolar Transistor. — Amsterdam: Elsevier Scientific Publishing Company, 1978 — 261 p.

21. Ashburn P. Design and realization of bipolar transistors. — NY: John Wiley & Sons. — 198 p.

22. Sischka F. Eine Methode zur Bestimmung der SPICE-Parameter fiir bipolar Transistoren // AEU. — 1985. — B. 39. — №. 4. — p. 225-232.

23. Маллер P., Кейминс Т. Элементы интегральных схем. — Пер. с англ.

— М:Мир, 1989. —630 с.

24. Тилл У., Лаксон Дж. Интегральные схем: Материалы, приборы, изготовление. Пер. с англ. — М: Мир, 1985. — 501 с.

25. Ebers J. J., Moll J. L. Large-Signal Behavior of Junction Transistors. — Proc. IRE. —Dec. 1954, —V. 42. —p. 1761-1762.

26. Gummel H. К., Poon H. C. An Integral Charge Control Model of Bipolar Transistor. — Bell Syst. Tech. J. — May 1970. — V. 49. — p. 827-852.

27. Nagel L. W. SPICE2: A Computer Program to Simulate Semiconductor Circuits. — Electronics Research Laboratory Report. — № ERL-M520, Berkeley: University of California. — 1975.

28. Hodges D. A., Schichman H. Modeling and Simulation of Insulated-Gate Field-Effect Transistor Switching Circuits // IEEE Solid-State Circuit. — 1968. — V. SC-2. —p. 285.

29. Ганн Л. Стандартизация и интеграция инструментальных средств — главные темы выставки-конференции по САПР // Электроника. — 1990. — № 12-13. —с. 18-24.

30. Гудинаф Ф. Смешанное моделирование: проблемы и решения // Электроника. — 1993. — № 9-10. — с. 41-48.

31. Агнью Д. Сквозное моделирование звукочастотных схем с помощью пакета SPICE // Электроника. — 1992. — № 5-6. — с. 17-23.

32. Dolny G. М., Ronan Н. R., Wheatley С. F. A SPICE II Subcircuit Representation for Power MOSFETs Using Empirical Methods // RCA Review. — 1985. — V. 46. — № 9. — p. 308-320.

33. Tekeira B. Modeling of Bipolar Power Transistors for CAD // IEEE Journal of Solid State Circuit. — 1982. — V. 24. — № 5. — p. 29-33.

34. Cheng H., Milnes A. G. Power MOSFET Characteristics with Modified SPICE Modeling // Solid-State Electronics. — 1982. — V. 25. — № 12. — p. 12091212.

35. de Graaff H. C., Klosterman W. J. New Formulation of the Current and Charge Relations in Bipolar Transistor Modeling for CAD Purposes // IEEE Transaction on Electron Devices. — 1985. — V. ED-32. — № 11. — p. 2415-2419.

36. Chung S. S., Lin T. S., Chen Y. G. An Improved I-V Model of Small Geometry MOSFETs for SPICE // IEEE Custom Integrated Circuits conference. — 1989. —p.9.5.1-9.5.4.

37. Doyle D. J., Lane W. A. Circuit Modeling of Bipolar Transistors for BiCMOS // IEEE Journal of Solid State Circuit. — 1989. — V. 24. — № 1. — p. 189-193.

38. Yang P., Chatterjee P. K. SPICE Modeling for Small Geometry MOSFET Circuit // IEEE Transaction on Computer-Aided Design of Integrated Circuit and Systems. — 1982. — V. CAD-1. — № 4. — p. 169-182.

39. Смит О., Кавано Д. Моделирование с помощью программы SPICE // Электроника. — 1989. — № 8. — с. 43-48.

40. Kit Man Cham, Soo-Young Oh, Daeje Chin, Moll J. L. Computer-Aided Design and VLSI Device Development. — Hingham: Kluwer Academic Publishers, 1985. —315 p.

41. Engl W. L., Dirks H. K. Functional Device Simulation by Merging Numerical Building Blocks, Numerical Analysis of Semiconductor Devices and Integrated Circuits // Proc. of NASECODE II Conference. — Dublin, 1981. — p. 34-62.

42. Engl W.L., Laur R., Dirks H. K. MEDUSA — A Simulator for Modular Circuits // IEEE Trans. Computer-Aided Des. — 1982. — V. CAD-1. — p. 85-93.

43. Process and Device Modeling / Edited by W. L. Engle. — Amsterdam: Elsevier Scientific Publishing Company, 1986. — 461 p.

44. Малиньяк Jl. Методика и технология построения точных поведенческих моделей СБИС // Электроника. — 1993. — № 18. — с. 19-23.

45. Selberherr S., Schiitz A., Pôtzl H. W. MINIMOS — A Two-Dimensional MOS Transistor Analyzer // IEEE Journal of Solid State Circuits. — 1980. — V. SC-15, —№4,—p. 605-615.

46. Engl W. L., Dirks H. K., Meinerzhagen B. Device Modeling // Proc. of the IEEE. — 1983. — V. 71. — № 1.—p. 10-33.

47. Старосельский В. И. Моделирование тока генерации-рекомбинации носителей заряда в р-n переходе // Микроэлектроника. — 1994. — Т. 23. — Вып. 2. — с. 50-56.

48. Старосельский В. И. Об использовании уравнений переноса частиц при моделировании биполярных транзисторов // Микроэлектроника. — 1994. — Т. 23. — Вып. 2. — с. 39-50.

49. Kiyoyuki Yokoyama, Akira Yoshii, Tohru Adachi, Ryota Kasai Application of Fletcher-Powell's Optimization Method to Process/Device Simulation of MOSFET Characteristics // Solid-State Electronics. — 1982. — V. 25. — № 3. — p. 201-203.

50. Ward D. E., Doganis K. Optimized Extraction of MOS Model Parameters // IEEE Transaction on Computer-Aided Design of Integrated Circuit and Systems.

— 1982. — V. CAD-1. — № 4. — p. 163-168.

51. Cahill C. G., McCarthy K., Lane W. A. MOS Model Parameter Extraction Techniques: A Comparison // IEEE Transaction on Computer-Aided Design of Integrated Circuit and Systems. — 1985. — V. CAD-4. — № 4. — p. 16-29.

52. Doganis K., Scharfetter D. L. General Optimization and Extraction of 1С Device Model Parameters // IEEE Transaction on Electron Devices. — 1983. — V. ED-30. — № 9. — p. 1219-1228.

53. Yang P., Chatterjee P. K. An Optimal Parameter Extraction Program for MOSFET Models // IEEE Transaction on Electron Devices. — 1983. — V. ED-30.

— №9. —p. 1214-1219.

54. Conway P., Cahill C. G., Lane W. A., Lidholm S. U. Extraction of MOSFET Parameters Using the Simplex Direct Search Method // IEEE Transaction on Computer-Aided Design of Integrated Circuit and Systems. — 1985. — V. CAD-4.

— №4. —p. 694-698.

55. Yeu-Haw Yang, Chung-Yu Wu, Wen-Yang Chen A New Method for Determining the Terminal Series Resistance and High-Injection Coefficient of Bipolar Transistors in CMOS Integrated Circuits for Computer-Aided Circuit Modeling // Solid-State Electronics. — 1988. — V. 31. — № 5. — p. 929-936.

56. De La Moneda F. H., Kotecha H. N.. Shatzkes M Measurement of MOSFET Constants // IEEE Electron Device Letters. — 1982. — V. EDL-3. — № 1. — p. 10-12.

57. Pieczynski J., Vogt H. Automatic Parameter Extraction System with Process Failure Diagnostics for CMOS Process // Proc. IEEE Conference on Microelectronic Test Structures. — 1989. — V. 2. — № 1. — p. 205-210.

58. Bendix P. Subtleties of SPICE MOSFET Parameter Extraction // Proc. IEEE Conference on Microelectronic Test Structures. — 1989. — V. 2. — № 1. — p. 65-68.

59. Носач В. В. Решение задач аппроксимации с помощью персональных компьютеров. — М: МИКАП, 1994. — 382 с.

60. Валеев С. Г. Регрессионное моделирование при обработке наблюдений. — М: Наука, 1991.

61. Бахвалов Н. С., Жидков Н. П., Кобельков Г. М. Численные методы. — М: Наука, 1987.

62. Fernandez J., Hidalgo S., Berta F., Paredes J., Rebollo J., Millan J., Serra-Mestres F. Parameter Extraction for a SPICE II VDMOS Model // Proc. IEEE Conference on Microelectronic Test Structures. — 1989. — V. 2. — № 1. — p. 35-37.

63. Destine J. Estimation des paramétrés statiques d'un modele de transistor a effet de champ par une methode d'optimalisation // Journee d'etude de SITEL. — 1982. —p. 45-54.

64. Hornung R. Discrete Minimax Problem: Algorithms and Numerical Comparisons // Computing. — 1982. — V. 28. — № 2. — p. 139-154.

65. Sussman-Fort S. E. Approximate Direct-Search Minimax Circuit Optimization // International Journal for Numerical Methods in Engineering. — 1989. — V. 28.—p. 359-368.

66. Химмельблау Д. Прикладное нелинейное программирование. — M: Мир, 1975. —534 с.

67. Реклейтис Г., Рейвиндран А., Регсдел К. Оптимизация в технике: В 2-х кн. Кн. 1. Пер. с англ. — М: Мир, 1986. — 349 с.

68. Реклейтис Г., Рейвиндран А., Регсдел К. Оптимизация в технике: В 2-х кн. Кн. 2. Пер. с англ. — М: Мир, 1986. — 320 с.

69. Cuthbert Т. R. Optimization Using Personal Computers. — NY: John Willey & Sons, 1987. — 474 p.

70. Гилл Ф., Мюррей У., Райт M. Практическая оптимизация: Пер. с англ. — М: Мир, 1985. — 509 с.

71. Петров В. Н., Петров М. Н. Автоматизированный измеритель статических параметров полупроводниковых приборов // Измерительная техника. — 1996, —№ 12, —с. 22-26.

72. Петров В. Н., Петров М. Н. Автоматизированный характериограф // Вестник НовГУ. — 1996. — № 3. — с. 101-102.

73. Петров В. Н. Автоматизированный измеритель статических характеристик полупроводниковых приборов // Тез. докл. межвуз. конференции «Электроника и информатика»: Москва, 1997.

74. Математика и САПР: В 2-х кн. Кн. 2. Пер. с франц. / Жермен-Лакур П., Жорж П. Л., Пистр Ф., Безье П. — М: Мир, 1989. — 264 с.

75. Feiring В., Phillips D., Hogg G. Computational Experience with an Exact Penalty Function Technique // Computers and Industrial Engineering. — 1981. — V. 5. —№3.—p. 205-216.

76. Ross G. J. Uses of non-linear Transformation in non-linear Optimization Problems // Proc. Comput. Statist. 4-th Symp. — Edinburgh. — 1980. — p. 382-388.

77. Достал И. Операционные усилители: Пер. с англ. — М.: Мир, 1982. — 512 с.

78. Хоровиц П., Хилл У. Искусство схемотехники: В 2-х т. Т.1: Пер. с англ. — М.: Мир, 1983. — 590 с.

79. Ленк Дж. Электронные схемы: Пер. с англ. — М.: Мир, 1985. — 343

с.

80. Пейтон А. Дж., Волш В. Аналоговая электроника на операционных усилителях: Пер. с англ. — М.: Бином, 1994 . — 352 с.

81. Сопряжение датчиков и устройств ввода данных с компьютерами IBM РС: Пер. с англ. / Под ред. У. Томпкинса, Дж. Уэбстера. — М.: Мир, 1992.

82. Кауфман М., Сидман А. Г. Практическое руководство по расчетам схем в электронике: Справочник. В 2-х т. Т. 1: Пер. с англ. / Под ред. Ф. Н. Покровского. — М.: Энергоатомиздат, 1991. — 368 с.

83. Кар Дж. Проектирование и изготовление электронной аппаратуры: Пер. с англ. — М.: Мир, 1986. — 387 с.

84. Бурдун Г. Д., Марков Б. Н. Основы метрологии. — М.: Изд-во стандартов, 1972. —318 с.

85. Селиванов М. С., Фридман А. Э., Кудряшова Ж. Ф. Качество измерений: Метрологическая справочная книга. — Л.: Лениздат, 1987. — 295 с.

86. Дэннис Дж., Шнабель Р. Численные методы безусловной оптимизации и решения нелинейных уравнений. - М.: Мир, 1988. — 440 с.

87. Зи С. Физика полупроводниковых приборов: В 2-х кн. — Кн. 1.— М.: Мир, 1984. —456 с.

88. Петров В. Н., Петров М. Н. Программные компоненты интегрированной сквозной САПР ИМС: Моделирование и идентификация параметров SPICE-моделей МОП транзисторов: Учеб. пособие / НовГУ им. Ярослава Мудрого. — Новгород, 1997. — 63 с.

89. Петров В. Н., Петров М. Н. Расчет параметров модели интегрального диффузионного резистора. — М., 1993. — 8 с. — Деп. в ВИНИТИ 16.04.93, № 1003-В93.

90. Петров В. Н., Петров М. Н. Программные компоненты интегрированной сквозной САПР ИМС: Проектирование, моделирование и анализ параметров интегральных резисторов: Учеб. пособие / НовГУ им. Ярослава Мудрого. — Новгород, 1997. — 52 с.

91. Gaiis S. P. Two-dimensional device simulation program // LDP. — IBM J. Res. Develop. — 1985. — V. 29. — № 3 . — P. 242-251.

92. J. del Alamo, Swirhun S. E., Swanson R. M. Simultaneous measurement of hole lifetime, hole mobility and bandgap narrowing in heavily doped n-type silicon // IEDM Technical Digest. — 1985. — № 290. — P. 264-272.

93. Swirhun S. E., Kwark Y. H., Swanson R. M. Measurement of electron lifetime, electron mobility and bandgap narrowing in heavily doped p-type silicon // IEDM Technical Digest. — 1986. — № 24. — P. 196-211.

94. Moinian S. BITPAR: Process — Derived Bipolar Transistor Parameterization // IEEE J. of SSC. — 1986. — V. 21. — № 2. — P. 243-252.

95. Gaus S. P., Srenivasan C. R., Antipov I. Verification of heavy doping parameters in semiconductor device modeling. — Washington: IEEE Information Electron Devices Mufig. — 1980, 265 P.

96. Roulston D. J., Arora N. D., Chamberain S. G. Modeling and measurement of minority carrier lifetime versus doping in diffused layers of silicon diodes // IEEE Trans. Electron Devices. — 1982. — V. ED-29. — P. 284-291.

97. Mock M. S. Transport equations in heavily-doped silicon and the current gain of a bipolar transistor // Solid-State Electron. — 1973. — V. 16. — № 11. — P. 84-90.

98. Технология СБИС: В 2-х кн. Кн. 1. Пер. с англ. / Под ред. С. Зи. — М: Мир, 1986. —404 с.

99. Burns J. L., Choma J. Computer-aided prediction of high-frequency performance limits in silicon bipolar integrated circuits // IEEE Circuits Syst. — 1982. — V. 3. —P. 19-22.

100. Ферри Д., Эйкерс JL, Гринич Э. Электроника ультрабольших интегральных схем: Пер. с англ. — М: Мир, 1991. — 327 с.

101. Burger R. М., Donovan R. P. Fundamentals of Silicon Integrated Device Technology. — N. Y.: Prentice-Hall. — 1968, 115 p.

102. Бэндлер Дж. У., Салама А. Э. Диагностика неисправностей в аналоговых цепях // ТИИЭР. — 1985. — Т. 73. — № 8. — с. 35-104.

103. Петров В. Н., Петров М. Н., Шишлянников Б. М. Прогнозирование и анализ отказов биполярных транзисторов // Шумовые и деградационные процессы в полупроводниках: Материалы докл. научн.-техн. семинара. — Москва, 1996. —с. 168-172.

104. Автоматизация проектирования БИС. В 6 кн.: Практ. пособие. Кн. 1. Г. Г. Казеннов, А. Г. Соколов. Принципы и методы построения САПР БИС / под. ред. Г. Г. Казеннова. — М: Высш. шк., 1990. — 142 с.

105. Каратыгин С. А., Тихонов А. Ф. Программирование в FoxPro для Windows на примерах: М.: БИНОМ. — 496 с.

106. Paradox for Windows: Практическое руководство / Под редакцией Оспищева Д. А. — Издательство АОЗТ "Алевар", 1993 (2 части).

107. Петров В. Н., Петров М. Н. Интегрированная САПР биполярных интегральных схем на базе пакетов PSpice и AutoCAD // Тез. докл. Всероссийской научно-технической конференции "Электроника и информатика". — Москва, 1996. —с. 99.

108. Петров В. Н., Петров М. Н. Интегрированная САПР интегральных схем // Вестник НовГУ. — 1997. — № 5. — с. 44-47.

109. Петров В. Н., Петров М. Н., Савельев О. Ю., Соловьев А. К. Программные компоненты интегрированной сквозной САПР ИМС: применение программы AutoCAD при проектировании базового элемента БИС: Учеб. пособие / НовГУ им. Ярослава Мудрого. — Новгород, 1997. — 59 с.

110. Петров В. Н., Петров М. Н. Программные компоненты интегрированной сквозной САПР ИМС: автоматизация проектирования печатных плат и матричных БИС с помощью САПР PCAD: Учеб. пособие / НовГУ им. Ярослава Мудрого. —Новгород, 1997. — 59 с.

111. Петров В. Н., Петров М. Н. Макромоделирование цифровых схем. — М., 1994. — 8 с. — Деп. в ВИНИТИ 25.10.94, № 2419-В94.

112. Петров В. Н., Петров М. Н. Автоматизация определения функциональных параметров цифровых микросхем. — М., 1994. — 7 с. — Деп. в ВИНИТИ 25.10.94, № 2418-В94.