Разработка и исследование схемотехнических SPICE-моделей элементов радиационно-стойких и фоточувствительных КМОП БИС со структурой КНИ / КНС тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.13.12, кандидат наук Самбурский, Лев Михайлович

• Самбурский, Лев Михайлович
• кандидат наук
• 2013

Оглавление диссертации кандидат наук Самбурский, Лев Михайлович

ОГЛАВЛЕНИЕ

Введение

Глава 1 Анализ современного состояния в области разработки

схемотехнических SPlCE-моделей элементов КНИ / КНС КМОП БИС

1.1 Анализ современного состояния исследований в области компактного

моделирования радиационных эффектов в структуре КНИ / КНС МОПТ

1.2 Обзор современного состояния в области компактного моделирования

фоточувствительных элементов КНИ / КНС КМОП БИС

1.3 Выводы по главе 1

Глава 2 Схемотехнические SPICE-модели МОП-транзисторов

со структурой КНИ/КНС с учётом радиационных эффектов

2.1 Общая характеристика разработанных макромоделей

2.2 Макромодель SOI /SOS-MIEM для длинноканальных МОП-транзисторов

со структурой КНИ / КНС

2.3 Макромодели BS1MSOI-RAD и EKV-RAD для субмикронных МОП-транзисторов

со структурой КНИ / КНС

2.4 Процедуры экстракции параметров разработанных макромоделей

2.5 Сравнение разработанных моделей

2.6 Выводы по главе 2

Глава 3 Модели элементов фоточувствительных КНИ/КНС КМОП

БИС

3.1 КМОП ФД БИС со структурой КНС

3.2 Схемотехническая модель фотодиода с управляющим затвором (ФДУЗ)

3.3 Схемотехническая модель фототрашистора

3.4 Выводы по главе 3

Глава 4 Использование разработанных макромоделей в практике

проектирования

4.1 Введение

4.2 Использование разработанных моделей для расчёта узлов радиационно-стойких

БИС

4.3 Использование разработанных моделей для расчёта узлов фотоприёмных БИС

Заключение

Список использованной литературы

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Разработка и исследование схемотехнических SPICE-моделей элементов радиационно-стойких и фоточувствительных КМОП БИС со структурой КНИ / КНС»

Введение

Актуальность темы. Важнейшим видом электронной компонентной базы для аэрокосмической и военной техники, устройств управления ядерной энергетикой, систем космической связи и телекоммуникаций и других специальных применений являются КМОП БИС и системы на кристалле со структурой «кремний на изоляторе» (КНИ) и «кремний на сапфире» (КНС), которые помимо высокой степени интеграции на п/п кристалле, высокого быстродействия, малого потребления мощности, обладают повышенной радиационной стойкостью.

Самостоятельным направлением КМОП-технологии являются фото чувствительные КМОП СБИС, изготовленные в ультратонком слое кремния на сапфировой подложке по технологии UTSi (фирмы Peregrine), которые используются в космических системах мониторинга и зондирования Земли, устройствах аналоговой и цифровой оптической 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, являются перспективной электронной элементной базой современных и будущих космических систем.

Очевидно, что успешное решение задач проектирования и разработки КМОП СБИС со структурой КНИ/КНС, а также построения систем на их основе невозможно без 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 проектирования необходимо дополнительно учитывать воздействие радиационных и фотоэлектрических факторов, соответственно, а в ряде случаев (например, в условиях космического пространства) их совместное влияние.

Эти обстоятельства в последние годы стимулировали у нас в стране и за рубежом разработку проблемно-ориентированных подсистем САПР для радиационно-стойких

схем (Radiation-Hardened CAD - RHCAD)* и оптоэлектронных схем (ОЭС)**. Эти подсистемы, как правило, встраиваются в существующие промышленные САПР БИС.

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-моделей элементов радиационно-стойких и фоточувствительных КНИ/ КНС КМОП БИС является актуальной задачей.

Состояние исследований по проблеме.

1. Модели КНИ/КНС КМОП-элементов для радиациоино-стойких БИС. Физические модели влияния радиационного облучения на электрические параметры элементов КНИ / КНС КМОП БИС приведены в работах отечественных авторов: Зебрева Г. 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: Т. P. Ma, P. V. Dressendorfer, Т. R. Oldham, J. R. Schwank, V. Ferlet-Cavrois, M. R. Shaneyfelt, P. E. Dodd и др.

Существенный вклад в разработку схемотехнических моделей с учётом радиационного воздействия и их использование для расчёта радиационно-стойких КМОП БИС 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 радиационного влияния в промышленных схемотехнических САПР, отечественные и зарубежные специалисты используют два основных подхода.

Первый - создание набора программных функций на языке С, Verilog-AMS и 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 работает быстрее, чем при подключении достаточно сложных выражений, вычисляемых с помо-

Hierarchical CAD Tools for Radiation Hardened Mixed Signal Electronic Circuits, DTIC Report No. ADA429971,2005;

** Оптоэлектронные приборы, системы и сети. - М. : Наука, 2007;

щью модулей С, Уеп1оц-АМ8 и др., но от разработчика требуется хорошее знание схемотехники и особенностей конкретного симулятора. Также макромодельный подход позволяет достаточно просто модифицировать модель для учёта дополнительных эффектов, обусловленных влиянием радиации и температуры.

Анализ известных работ показал, что стандартные схемотехнические модели МОП-транзисторов со структурой КНИ/КНС, включённые в БРЮЕ-подобные программы анализа ИС и БИС, или вообще не учитывают радиационные эффекты, или учитывают их в недостаточной степени. Для элементов радиациопио-стойких КНИ/КНС КМОП БИС основная задача состоит, во-первых, в определении перечня радиационно-зависимых параметров и, во-вторых, в корректном их учёте в той или иной форме. В настоящей диссертационной работе предпочтение отдаётся макромодельному подходу.

2. Модели фоточувствительных элементов БИС. Разработке схемотехнических моделей 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 учёта внешнего светового излучения на электрические характеристики элементов слабо освещён в литературе. В ЭРГСЕ-подобных программах практически отсутствуют модели фотоприёмных элементов, совместимых с технологией КНИ/КНС КМОП.

3. Определение параметров моделей. Помимо разработки собственно самих моделей МОПТ, учитывающих радиационные и фотоэлектрические эффекты, не менее важное значение имеют вопросы определения (экстракции) параметров этих моделей. Однако, в большинстве опубликованных работ процедуры измерения тестовых структур 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, 1С-САР или аналогичного) практически не описана.

Таким образом, настоящая диссертация посвящена разработке и исследованию схемотехнических ЭРГСЕ-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 ТСАЭ-моделирования.

Цель диссертационной работы и задачи исследования. Целью диссертационной работы является разработка и исследование компактных ЭРЮЕ-моделей элементов радиационно-стойких и фоточувствительных КНИ/КНС КМОП и КМОП-ФД БИС для анализа схемотехнических решений с помощью промышленных САПР.

Цель достигается путём решения следующих задач:

1) разработка новых и совершенствование существующих схемотехнических моделей элементов КНИ/КНС КМОП БИС, учитывающих факторы радиационного и светового воздействия за счёт применения макромодельного подхода;

2) разработка методик определения параметров моделей КМОП-элементов со структурой КНИ/КНС по результатам измерений их электрических, радиационных и фотоэлектрических характеристик;

3) разработка автоматизированного аппаратно-программного комплекса для измерения электрических характеристик и экстракции параметров разработанных моделей; в том числе программного обеспечения, предназначенного для управления комплексом, обработки экспериментальных результатов и выполнения процедуры идентификации параметров моделей;

4) включение разработанных и усовершенствованных моделей в существующие промышленные программы схемотехнического расчёта БИС;

5) использование всей совокупности разработанных моделей и методик в практике проектирования радиационно-стойких и фоточувствительных КНИ/КНС КМОП 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 8Р1СЕ-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 радиационно-зависимых параметров. Показано, что для элементов с размерами вплоть до субмикронных (до 0,1 мкм)

точность описания статических ВАХ 10-15% и динамических характеристик 15—20% в широком диапазоне дозы радиации и мощности светового потока;

2) в макромодели SOI/SOS-MIEM для длинноканальных (L > ~ 0,5-0,8 мкм) КНИ/КНС МОПТ учтены кинк-эффект и эффект раннего пробоя за счёт подключения к эквивалентной схеме дополнительных диодно-резистивных цепочек. Разработана методика определения параметров дополнительных элементов;

3) разработаны две макромодели BSIMSOI-RAD и EKV-RAD для субмикронных КНИ/КНС МОПТ, учитывающие дозовые радиационные эффекты. В эквивалентную схему каждой макромодели введены дополнительные транзисторы, учитывающие возникновение радиационных токов утечки по боковой и нижней граням рабочей области транзистора. Для основного и паразитных транзисторов введены аналитические зависимости, описывающие деградацию порогового напряжения, подвижности, предпорогово-го наклона от величины поглощённой дозы. Разработана полуавтоматизированная процедура определения параметров моделей из результатов измерений характеристик облучённых КНИ/КНС МОПТ;

4) разработаны схемотехнические SPICE-модели фоточувствительных элементов КМОП ФД БИС: фотодиодов с МДП-затвором, фотодиодов на основе р-n- и p-i-n-структур, 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.

Практическая значимость работы.

1) Разработанные макромодели включены в промышленные схемотехнические САПР Eldo (Mentor Graphics), Spectre, UltraSim (Cadence), HSpice (Synopsys) и могут быть использованы для проектирования радиационно-стойких и фоточувствительных КНИ/КНС КМОП БИС, позволяя достоверно прогнозировать электрические характеристики КНИ/КНС КМОП БИС в диапазоне поглощённой дозы до единиц мегарад для радиационно-стойких и в диапазоне освещённости до 75 мВт/см2 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 учётом воздействия стационарного светового воздействия на основе результатов измерений тестовых образцов или результатов приборного моделирования в системе ТСАБ, позволяющие существенно сократить время экстракции параметров моделей и снизить вероятность человеческой ошибки;

3) проведено сравнение разработанных макромоделей по затратам времени на экстракцию их параметров и даны оценки времени моделирования для различных классов схем с учётом дозовых радиационных эффектов.

Положения, выносимые на защиту.

1) Использование макромодельного подхода для разработки схемотехнических БРГСЕ-моделей радиационно-стойких и фоточувствительных элементов КНИ/КНС КМОП БИС в сочетании с использованием аппроксимирующих зависимостей параметров модели от внешних воздействующих факторов;

2) способ учёта эффекта раннего пробоя в макромодели ЗСЛ/БОБ-ГуПЕМ для длинноканальных (Ь > ~ 0,5-0,8 мкм) КНИ/КНС МОПТ за счёт введения в эквивалентную схему дополнительной диодно-резистивной цепочки; методика определения параметров дополнительных элементов;

3) макромодели В81М801-11А0 и ЕКУ-ЯАВ для субмикронных КНИ/КНС МОПТ, учитывающие дозовые эффекты; полу автоматизированная процедура определения параметров моделей из результатов измерений тестовых структур или приборного ТСАО-моделирования электрических характеристик необлучённых и облучённых КНИ/КНС МОПТ;

4) макромодели фоточувствительных элементов КМОП-ФД БИС: фотодиодов с МДП-затвором, фотодиодов на основе р-п- и р-1-п-структур, фототранзистора, изготовленных на структурах с изолирующей подложкой (КНИ/КНС); полуавтоматизированная процедура определения параметров моделей фотодиода и фототранзистора из результатов электрических и оптоэлектрических измерений характеристик реальных приборов.

5) результаты использования моделей при проектировании цифровых и аналоговых радиационно-стойких и фоточувствительных КМОП-схем со структурой КНИ / КНС.

Апробация результатов работы. Результаты данной работы докладывались и обсуждались на следующих научных мероприятиях:

• НТК студентов, аспирантов и молодых специалистов МИЭМ. — М., 2000 — 2013 г.г.;

• 10-я и 11-я Всероссийская межвузовская НТК студентов и аспирантов «Микроэлектроника и информатика». - Москва-Зеленоград, 2003, 2004 г.г.;

• 2-я Всероссийская дистанционная НТК «Электроника». — Москва, 2003 г.;

• 6, 7, 11, 12 и 13-я Российская НТК «Электроника, микро- и наноэлектроника»,. — Н. Новгород, 2004 г., 2009 г., Вологда, 2005 г., Суздаль, 2010 г. - 2013 г.г.;

• Школа молодых учёных «Интеллектуальные фотоприёмные устройства и их применение». - Софрино, Моск. обл., 2004 г.;

• 1-я, 3-я и 5-я Всероссийская НТК «Проблемы разработки перспективных микроэлектронных систем (МЭС)». - Москва, 2005 г., 2008 г., 2012 г.;

• Пятый международный аэрокосмический конгресс IAC06. — Москва, 2006 г.;

• Международная ярмарка информационных технологий, телекоммуникаций и программного обеспечения CEBIT, г. Ганновер, Германия, 2006 г. (экспонат);

• 5th, 7th, 9th и 10th IEEE East-West Design & Test Symposium (EWDTS). - Ереван, 2007 г., Москва 2009 г., Севастополь, 2011 г., Харьков, 2012 г.;

• Российская НТК «Элементная база космических систем». — Сочи., 2008, 2009.Г.;

• Отраслевая НТК приборостроительных организаций Роскосмоса «Информационно-управляющие и измерительные системы». — г. Королёв, МО, 2008, 2012 гг.;

• 10-13 Научно-практический семинар «Проблемы создания специализированных радиационно-стойких СБИС на основе гетероструктур». — г. Н. Новгород, 2010 — 2013 г.г.;

• III Всероссийская НТК «Актуальные проблемы ракетно-космического приборостроения и информационных технологий». — М., 2010 г.;

• Международная молодёжная научная школа «Приборы и методы эксперимент, ядерной физики. Электроника и автоматика эксперимент, установок». — г. Дубна, 2011 г.;

• XI и XII Научно-техническая конференция «Твердотельная электроника. Сложные функциональные блоки РЭА». - г. Дубна, МО, 2012 г., Москва, 2013 г.;

• 3rd Intl Conf. on Adv. Measurement and Test (AMT 2013). - Xiamen, China, 2013;

• VII научно-техническая конференция молодых специалистов Госкорпорации «Ро-сатом» «Высокие технологии атомной отрасли. Молодежь в инновационном процессе», г. Н. Новгород, 12-14 сентября 2013.

Публикации. Результаты диссертации опубликованы в 43 печатных работах (в период с 2003 по 2013 г.г.), из которых 10 в изданиях, входящих в перечень ВАК; 6 работ опубликованы без соавторов.

Объём и структура работы. Диссертация состоит из введения, четырёх глав, заключения, списка цитируемой литературы. Объём работы составляет 131 страницу, в том числе 74 рисунков, 16 таблиц.

приведён анализ современного состояния в области разработки схемотехнических SPICE-моделей элементов радиационно-стойких и фоточувствительных КНИ/КНС КМОП БИС.

Обобщая перечисленные в главе работы и целый ряд других работ, можно сделать вывод, что в большинстве из них не описаны необходимые процедуры измерения тестовых структур и процедуры экстракции параметров. Проблема автоматизации таких процедур с использованием известного комплекса экстракции параметров моделей и макромоделей IC-CAP или аналогичного средства также остаётся актуальной.

На основании сделанных выводов сформулирована цель и задачи настоящей диссертации, направленные на решение указанных проблем и устранение имеющихся недостатков.

излагается описание разработанных схемотехнических SPICE-моделей для моделирования КНИ/КНС МОП-транзисторов различных поколений: SOI /SOS-MIEM (для МОПТ микронного размера с L > ~ 0,8...0,5 мкм из состава преимущественно цифровых схем), BSIMSOI-RAD и EKV-RAD (для субмикронных L = 0,5...0,1 мкм КНИ/КНС КМОП-транзисторов) - с учётом радиационных эффектов: суммарной поглощённой дозы, импульсного облучения и отдельных ядерных частиц (ОЯЧ), а также методик экстракции параметров макромоделей из результатов измерения электрических характеристик необлучённых и облучённых тестовых структур или результатов приборного моделирования. Вклад автора заключается в учёте дозовых эффектов. Импульсные эффекты и влияние ОЯЧ учитываются традиционным образом и в диссертации не исследуются. Все три модели создавались и дорабатывались с использованием комбинации двух методов: макромоделирования (включения в эквива-

В главе 1

В главе 2

лентную схему дополнительных элементов), а также введения в модель аппроксимирующих выражений для параметров, зависящих от внешних факторов и электрического режима.

Адекватность разработанных моделей проиллюстрирована на примерах характеристик тестовых структур, изготовленных по различным вариантам КНИ/КНС КМОП-технологии. Показано, что для элементов с размерами вплоть до субмикронных (до 0,1 мкм) точность описания статических В АХ 10—15% и динамических характеристик 15—20% в широком диапазоне дозы радиации.

Для оценки затрат времени на схемотехническое моделирование была проведена серия машинных экспериментов с КНИ/КНС КМОП-схемами различной сложности, по результатам чего определялась величина процессорного времени счёта.

Проведено сравнение разработанных макромоделей В81М801-КАХ) и ЕКУ-РАТ) по количеству параметров и времени их экстракции.

Глава 3| посвящена разработке моделей элементов фоточувствительных КМОП БИС, пригодных для использования в SPICE.

Приведена разработанная автором схемотехническая модель фотодиода с управляющим МДП-затвором (ФДУЗ), учитывающая воздействие как монохроматического, так и широкоспектрального излучения; учитывающая электрический режим элемента (напряжение анод—катод и напряжение затвора) при облучении. Приведена процедура определения параметров модели из результатов измерения электрических характеристик. Модели для других типов фотодиодов, не содержащих МДП-затвор, могут быть легко получены из рассмотренной модели путём соответствующих упрощений.

Также приведены модели обычного светодиода, диодной и транзисторной опто-пар. Адекватность всех моделей проверена на конкретных примерах характеристик тестовых структур, изготовленных по различным технологическим вариантам. Точность совпадения расчётных и экспериментальных характеристик составила 5.. .8 %.

В главе 4| приведены результаты использования разработанных в диссертации

моделей КНИ/КНС КМОП-элементов в практике проектирования радиационно-стойких и фоточувствительных КМОП БИС со структурой КНИ/КНС.

Для моделей элементов радиационно-стойких КНИ/КНС КМОП ИС и БИС приведены примеры их использования при выполнении ряда НИР и ОКР с предприятиями Росатома и Роскосмоса в процессе проектирования аналоговых и цифровых КНИ/КНС

КМОП БИС с проектными нормами 1-3 мкм для КНС и 0,5-0,35 мкм для КИИ с учётом фактора суммарной поглощённой дозы: аналоговых фрагментов КИИ КМОП ИС, изготовленных по 1,0 мкм технологии XFAB; радиационно-стойкого прецизионного ОУ с автокоррекцией нуля, изготовленного на базе КНС КМОП-технологии с L = 3,0 мкм; цифровых фрагментов 0,5 мкм КНИ КМОП БИС статического ОЗУ (512 кбит); аналоговых узлов 0,35 мкм КНИ КМОП БИС и др. Во всех случаях необходимые экспериментальные данные были получены лично автором.

Для моделей элементов фоточувствительных КНИ/КНС КМОП ИС и БИС рассмотрены примеры двух фрагментов КНС КМОП-ФД БИС: 1) ячейки КМОП ФД пикселя на основе простого п+- р-фотодиода обычной конструкции; 2) однобитной ячейки АЦ преобразователя «освещённость - цифровой код» на основе фотодиода с управляющим МОП-затвором, изготовленных по КМОП КНС-технологии.

В приложениях! приведены акты внедрения результатов работы в различных организациях.

Глава 1 Анализ современного состояния в области разработки схемотехнических БРЮЕ-моделей элементов

КНИ / КНС КМОП БИС

1.1 Анализ современного состояния исследований в области компактного моделирования радиационных эффектов в структуре КНИ / КНС МОПТ

Физические модели влияния радиационного облучения на электрические параметры элементов КНИ / КНС КМОП БИС приведены в работах отечественных авторов: Зебрева Г. И., Никифорова А. Ю., Першенкова В. С., Скоробогатова П. К., Тельца В. А., Чумакова А. И., Улимова В. Н. и др. [10], [11], [28]-[29], а также зарубежных авторов: Т. P. Ma, P. V. Dressendorfer, Т. R. Oldham, J. R. Schwank, V. Ferlet-Cavrois, M. R. Shaney-felt, P. E. Dodd и др. [30]—[32].

Существенный вклад в разработку схемотехнических моделей с учётом радиационного воздействия и их использование для расчёта радиационно-стойких КМОП БИС внесли Волков И. С., Зебрев Г. И., Кокин С. А., Петросянц К. О., Стенин В. Я., Харитонов И. А., Ятманов А. П. и др.

1.1.1 Подходы к созданию компактных SPICE-моделей, учитывающих радиационные эффекты в структуре КНИ I КНС МОПТ

Для сокращения сроков и затрат при проектировании таких схем в дополнение к экспериментальным методам широко применяются методы моделирования на разных уровнях проектирования аппаратуры: на уровне транзисторных структур используются системы приборно-технологического проектирования (TCAD); на уровне простейших схемных фрагментов - системы схемотехнического проектирования (SPICE); на уровне сложных фрагментов или БИС в целом используются системы схемотехнического (SPICE) или логического проектирования.

Схемотехнические модели являются принципиально важным элементом в процессе проектирования, связующим звеном между уровнем отдельных транзисторов

и схемных фрагментов. Использование схемотехнических моделей дает возможность учесть влияние радиационных эффектов в транзисторах на функционирование всей схемы.

Схемы специального применения могут подвергаться воздействию различных факторов радиационного влияния: суммарной поглощенной дозы, импульсного радиационного воздействия и воздействия отдельных ядерных частиц. Известно, что с уменьшением проектных норм (в частности, толщины подзатворного диэлектрика) основным ограничивающим фактором стойкости к суммарной поглощенной дозе становятся радиационные утечки по границе раздела нижнего и бокового оксидов с рабочей областью «-канальных КНИ/КНС МОП-транзисторов [32].

Стандартные схемотехнические модели, включенные в БРГСЕ-подобные программы анализа ИС и БИС, не учитывают радиационные эффекты. Для формирования компактных моделей, учитывающих факторы радиационного влияния в промышленных схемотехнических САПР, отечественные и зарубежные специалисты используют два основных подхода.

Первый - создание набора программных функций на языке С, Verilog-AMS и др., описывающих радиационное воздействие, динамически (во время исполнения программы) или статически подключаемых к стандартным моделям [34], [35]. Статическое подключение модели подразумевает включение исполняемого кода модели в официальную версию симулятора и требует взаимодействия с фирмой-производителем САПР. Такая модель обычно создается в расчете на конкретную версию симулятора; при обновлении версии программы может потребоваться изменить код модели. Модель, подключаемая динамически, обычно создается в виде, пригодном для подключения к любой версии симулятора и любой версии САПР, поддерживающей механизм динамического подключения. Эту процедуру может выполнить квалифицированный программист. Статически подключаемые функции обычно выполняются существенно быстрее динамических.

Второй путь - формирование макромодели на основе какой-либо схемотехнической модели, уже включенной в библиотеку моделей данной САПР [36]. При таком подходе базовая модель дополняется стандартными схемотехническими элементами и достаточно простыми математическими выражениями, учитывающими особенности поведения моделируемой полупроводниковой структуры. В этом случае модель работает быстрее, чем при подключении достаточно сложных выражений, вычисляемых с помо-

щью модулей С, Verilog-AMS и др. [36], но от разработчика требуется хорошее знание схемотехники и особенностей конкретного симулятора. Не всегда оказывается возможным создать универсальную макромодель, пригодную для использования в любой версии симулятора, так как различные симуляторы часто имеют отличия в синтаксисе входного файла и в возможностях управления моделируемой схемой. Однако во многих практических случаях необходимые модификации может внести квалифицированный пользователь целевой САПР.

Макромодельный подход позволяет достаточно просто модифицировать модель за счет учета дополнительных эффектов, например электрического смещения [82] —[84] и температуры [85] при дозовом облучении, растяжении радиационно-индуцированных импульсов в цифровых схемах [86] и др.

Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Самбурский, Лев Михайлович, 2013 год

Список использованной литературы

К введению.

[1]. J. P. Collinge Silicon-on-Insulator Technology: Materials to VLSI, 2nd Edition / Klu-

wer Academic Press;

[2]. Krishnan S., Fossum J. G. Grasping SOI floating-body effects // IEEE Circuits & De-

vices Magazine. - 1998. - T. 14. - № 4. - C. 32-37;

[3]. Cristoloveanu S. VLSI Handbook, Part Silicon on Insulator Technology // UMR CNRS

& INPG, 1999 [sorin.cristo.chez.tiscali.fr/textes-pdf/articles/handbook.pdf];

[4]. Wei A., SheronyM. J., Antoniadis D. A. Effect of Floating-Body Charge on SOI

MOSFET Design // IEEE Trans, on Electron Devices. - Feb. 1998. - T. 45(2). -C. 430-438;

[5]. Young К. K, Burns J. A. Avalanche-Induced Drain-Source Breakdown in Silicon-on-

Insulator n-MOSFET's // IEEE Trans, on Electron Devices. - April 1988. -T. 35(4). -C. 426-431;

[6]. MunteanuD., WeiserD.A., Cristoloveanu S., Faynot O., Pelloie J.-L., Fossum J. G.

Generation-Recombination Transient Effects in Partially Depleted SOI Transistors: Systematic Experiments and Simulations // IEEE Trans, on Electron Devices. -Aug. 1998. -T. 45(8). - C. 1678-1683;

[7]. Chaudhry A., Kumar M. J. Controlling Short-Channel Effects in Deep-Submicron SOI

MOSFETs for Improved Reliability: A Review // IEEE Trans, on Device and Materials Reliability. - Mar. 2004. - T. 4(1). - С 99-109;

[8]. Young К. K. Short-Channel Effects in Fully Depleted SOI MOSFETs // IEEE Trans.

on Electron Devices. - Feb. 1989. - T. 36(2). - C. 399-402;

[9]. Some. R. Radiation Models and Hardware Design. - JPL, 2002;

[10]. Никифоров А. Ю., Телец В. А., Чумаков А. И. Радиационные эффекты в КМОП

НС. - М.: Радио и связь, 1994;

[11]. Агаханян Т. М., Аствацатурьян Е. Р., Скоробогатов П. К. Радиационные эффекты в интегральных микросхемах / Под. ред. Т. М. Агаханяна. - М.: Энергоатомиздат, 1989;

К главе 1.

[12]. True-HSPICE Device Models Ref. Man. - 2001 - Rel. 2001.4, rev. A;

[13]. SOI SPICE (Ver. 5.0) (SPICE2 with UFSOI MOSFET Models) User's Guide, Sept.

1994;

[14]. SmartSpice User's Manual, [www.synopsys.com];

[15]. BSIMSOI3.2 MOSFET Model User's Manual. BSIM Group, UC Berkeley.

[16]. SuhD., FossumJ. A Physical Charge-Based Model for Non-Fully Depleted SOI

MOSFET's and Its Use in Assessing Floating-Body Effects in SOI CMOS Circuits // IEEE Trans. Electron Devices. - 1995. - T. 42(4). - С 728-737;

[17]. Faynot O., Poiroux Т., Pelloie J. L. Compact Analytical Modeling of SOI Partially De-

pleted MOSFETs with LETISOI // Solid-State Electronics. - 2001. - T. 45. - C. 599605;

[18]. Petrosjanc К. O., Adonin A. S., Kharitonov I. A., Sicheva M. V. SOI Device Parameter

Investigation and Extraction for VLSI Radiation Hardness Modeling with SPICE // Proc. IEEE Intl. Conf. on Microelectronic Test Structures. - 1994. - T. 7. - C. 126129;

[19]. Enz C., Krummenacher F., Vittoz E. An analytical MOS transistor model valid in all

regions of operation and dedicated to low-voltage and low-current applications // Analog Integrated Circuit and Signal Processing. - 1995. - T. 8. - № 1. - C. 83-114.

[20]. Imguez В., Ferreira L., Gentinne В., Flandre D. A Physically Based Сое-Continuous

Fully Depleted SOI MOSFET Model for Analog Applications // IEEE Trans, on Electron Devices. - 1996. - T. 43(4). - C. 568-575;

[21]. KitamaruD., Uetsuji Y., Sadachika N., Miura-Mattausch M. Complete Surface-

Potential-Based Fully-Depleted Silicon-on-Insulator Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect-Transistor Model for Circuit Simulation // Jap. J. Appl. Phys. - 2004. — T. 43.-C. 2166-2169

[22]. Петросянц К. О., Самбурский JI. М. Учёт статических эффектов плавающей ра-

бочей области в неполностью обеднённых КНИ/КНС МОПТ // Электроника, микро- и наноэлектроника. Труды конференции. - М.: МИФИ, 2005. - С. 59—62;

[23]. Fung S. К. Н., Su Р., Ни С. Present Status and Future Direction of BSIM SOI Model

for High-Performance / Low Power / RF Application // Tech. Proc. of the 2002 Int. Conf. on Modeling and Simulation of Microsystems [www.cr.org/publications/MSM2002/pdf/X22.01.pdf];

[24]. Попов В. П., Антонова И. В., Французов А. А. и др. Кремний-на-изоляторе: мате-

риал и приборные структуры // Микросистемная техника. — 2001. — Т. 10. -С. 35-40.

[25]. Williams R. Q., Watts J. S. Compact Models for IBM's Silicon-on-Insulator Technolo-

gies // Micronews. - 2001. - Т. 7. - № 1.

[26]. Chiang M.-H., Fossum J. G. UFSOI Model Parameter Evaluation: Process-Based Cali-

bration / SOI Group, University of Florida. — Nov. 1998

[27]. BucherM., LallementC., Enz C. An Efficient Parameter Extraction Methodology for

the EKV MOST Model // Proc. Intl. Conf. on Microelectronic Test Structures. -March 1996,-T 99,-C. 145-150;

[28]. Чумаков А. И. Действие космической радиации на интегральные схемы. — М.: Ра-

дио и связь, 2004;

[29]. Першенков В. С., Попов В. Д., Шальнов А. В. Поверхностные радиационные эф-

фекты в элементах интегральных микросхем. — М.: Энергоатомиздат, 1988;

[30]. Т. P. Ma, P. V. Dressendorfer Ionizing Radiation Effects in MOS Devices and Circuits.

- New York: JohnWilley & Sons, 1989;

[31]. T. R. Oldham Ionizing Radiation Effects in MOS Oxides. - River Edge, New Jersey:

World Scientific Publishing Co., 1999;

[32]. J. R. Schwank, V. Ferlet-Cavrois, M. R. Shaneyfelt, P. Paillet, P. E. Dodd Radiation

effects in SOI technologies // IEEE Trans, on Nuclear Science. - 2003. - T. 50. -№. 3.-C. 522-538;

[33]. Tavernier C., Belhaddad K., Penzin O. Impact of technology scaling in SOI back-

channel total dose tolerance. A 2-D numerical study using self-consistent oxide code // IEEE Trans. Nucl. Sei. - 2000. - Т. 47. - № 3. - С. 620-627.

[34]. Mavis D.G., Eaton P.H. SEU and SET modeling and mitigation in deep submicron

technologies // Proc. 45-th IEEE International Reliability Physics Symposium. - 2007. - C. 293-305.

[35]. A bias-dependent single-event compact model implemented into BSIM4 and a 90 nm

CMOS process design kit / J.S.Kaluppa, A.L.Sternberg, M.L.Alles et al.// IEEE Trans, on Nuclear Science. - 2009. - T. 56. - № 6. - C. 3152-3157.

[36]. Francis A.M., Turowski M., Holmes J.A., Mantooth H.A. Efficient modeling of single

event transients directly in compact device models // Proc. IEEE International Behavioral Modeling and Simulation Conf-2007. - Sep. 2007. - C. 73-77;

[37]. P. Pavan, R. H. Tu, E. R. Minami, G. Lum, P. К. Ко, С. Hu A complete radiation reli-

ability software simulator // IEEE Trans, on Nuclear Science. — 1994. - T. 41. -C. 2619-2630;

[38]. Данилов И. А. и др. Разработка программных средств моделирования имс с по-

вышенной стойкостью к внешним воздействующим факторам космического пространства //Информационные системы и технологии. — 2011. — Т. 63. — №. 1;

[39]. Gorbunov М. S. et al. Verilog-A Modeling of Radiation-Induced Mismatch Enhance-

ment //Nuclear Science, IEEE Transactions on. - 2011. - T. 58. - №. 3. - C. 785-792;

[40]. Кокин С.А. и др. Разработка математической и программной модели транзистора

для радиационно-стойкой технологии 0.8 КНС // Материалы Научно-практического семинара «Проблемы создания специализированных рад.-стойких СБИС на основе гетероструктур». — г. Н. Новгород, 2012 г.;

[41]. J. Alvarado, Е. Boufouss, V. Kilchytska, D. Flandre Compact model for single event

transients and total dose effects at high temperatures for partially depleted SOI MOS-' FETs // Microelectronics Reliability. - 2010. -T. 50. - C. 1852-1856;

[42]. Bu Jianhui, Bi Jinshun, Liu Mengxin, Han Zhengsheng A total dose radiation model for

deep submicron PDSOI NMOS // Journal of Semiconductors. - 2011. - T. 32. - № 1. -C. 014002-1-014002-3;

[43]. E. O. Mikkola, B. Vermeire, H. G. Parks, R. Graves VHDL-AMS Modeling of Total

Ionizing Dose Radiation Effects on CMOS Mixed Signal Circuits // IEEE Trans. On Nuclear Science. - 2007. - T. 54. - № 4. - C. 929-934;

[44]. E. Culurciello Silicon-on-Sapphire Circuits and Systems. Sensor and Biosensor Inter-

faces. - McGraw-Hill, 2010;

[45]. Afzalian A., Flandre D. Design of Thin-Film Lateral SOI PIN Photodiodes with up to

Tens of GHz Bandwidth /Advances in Photodiodes, Ed. G. F. Dalla Betta. - InTech Press, 2011;

[46]. Andreou A. G. Z. K. Kalayjian, A. Apsel. Silicon on sapphire CMOS for optoelectronic

microsystems //Circuits and Systems Magazine, IEEE. - 2001. - T. 1. — №. 3. - C. 2230;

[47]. ZENG Y. U. N. et al. Physical model of lateral PIN photodiode gated by a transparent

electrode fabricated on SOI film //Optics and Photonics Letters. — 2009. - T. 2. - №. 01.-C. 15-20;

[48]. Xie H. et al. Analysis and simulation of lateral PIN photodiode gated by transparent

electrode fabricated on fully-depleted SOI film //Journal of Central South University of Technology. - 2011. - T. 18. - C. 744-748;

[49]. Afzalian A., Flandre D. Physical modeling and design of thin-film SOI lateral PIN pho-

todiodes //Electron Devices, IEEE Transactions on. - 2005. - T. 52. - №. 6. - C. 1116-1122;

[50]. Negru R. et al. A new p-in photodiode SPICE model for CMOS pixel applications //Eur.

Phys. J. Appl. Phys. - 2008. -T. 41. - C. 205-213;

[51]. Perry R. J., Arora K. Using PSPICE to simulate the photoresponse of ideal CMOS inte-

grated circuit photodiodes //Southeastcon'96.'Bringing Together Education, Science and Technology'., Proceedings of the IEEE. - IEEE, 1996. - C. 374-380;

[52]. Gao P., Chen H., Mao L. Behavior model of a CMOS process compatible photo-diode

//Group IV Photonics, 2004. First IEEE International Conference on. - IEEE, 2004. -C. 110-112;

[53]. Bian J., Cheng X., Chen C. A novel spice model of photodetector for OEIC design

//International Symposium on Photoelectronic Detection and Imaging: Technology and Applications 2007. - International Society for Optics and Photonics, 2008. - C. 66211E-66211E-8;

[54]. Chiang W. J., Chen H. C., King Y. C. A new photodiode model for SPICE simulation

of complementary metal-oxide-semiconductor image sensors //Japanese journal of applied physics. - 2007. - T. 46. - C. 2352;

[55]. Swe T. N., Yeo K. S. An accurate photodiode model for DC and high frequency SPICE

circuit simulation //Technical Proceedings of the 2001 International Conference on Modeling and Simulation of Microsystems. - 2001. - T. 1. - №. 7. - C. 362-365;

[56]. Xia S. et al. Response time of silicon photodiodes for DUV/EUV radiation

//Instrumentation and Measurement Technology Conference Proceedings, 2008. IMTC 2008. IEEE. - IEEE, 2008. - C. 1956-1959;

[57]. Ezaki T. et al. Physics-based photodiode model enabling consistent opto-electronic cir-

cuit simulation //Electron Devices Meeting, 2006. IEDM'06. International. - IEEE, 2006. -C. 1-4;

[58]. Wang G. et al. Analysis of high speed pin photodiode S-parameters by a novel small-

signal equivalent circuit model //Microwave and Wireless Components Letters, IEEE. - 2002. - T. 12. - №. 10. - C. 378-380;

[59]. Wang G. et al. A time-delay equivalent-circuit model of ultrafast pin photodiodes

//Microwave Theory and Techniques, IEEE Transactions on. - 2003. - T. 51. — №. 4. -C. 1227-1233;

[60]. Casadei B. et al. Model for electrical simulation of photogate active pixel sensor

//Microelectronics, 2004. ICM 2004 Proceedings. The 16th International Conference on. - IEEE, 2004. - C. 189-193;

[61]. Casadei B., Dufaza C., Martin L. Simulation models for photogate active pixel sensor

//Proceedings of the 9th International Conference on Circuits. - World Scientific and Engineering Academy and Society (WSEAS), 2005. - C. 13;

[62]. Ponce-Ponce V. H. et al. Macromodel for CMOS photogate-type active pixel sensors

//Electrical and Electronics Engineering, 2005 2nd International Conference on. — IEEE, 2005. -C. 231-234;

[63]. Jou J. J. et al. Time-delay circuit model of high-speed pin photodiodes //Photonics

Technology Letters, IEEE. - 2002. - T. 14. - №. 4. - C. 525-527;

[64]. Fritsche C., Krozer V. Large-signal PIN diode model for ultra-fast photodetectors

//Microwave Conference, 2005 European. - IEEE, 2005. - T. 2. - C. 4;

[65]. Fritsche C., Krozer V. Modelling of THz power generation based on ultra-fast PIN pho-

todiodes //16th Intern. Symp. On Space Terahertz Technology-ISSTT. — 2005

[66]. K. O. Petrosjanc, L. M. Sambursky Models of optoelectronic devices for simulation

with SPICE // Proceedings of SPIE / 5944-14. - 2005. - Vol. 5944. - P. 115-123;

[67]. Самбурский JI. М. SPICE-модели оптоэлектронных элементов для расчёта фото-

чувствительных КМОП-ФД БИС // «Проблемы разработки перспективных микроэлектронных систем» - 2005. Сб. научных трудов. - М.: ИППМ, 2005 г. -стр.196-203;

[68]. A. Zekry, A. Y. Al-Mazroo A distributed SPICE-model of a solar cell // IEEE Trans.

on Electron Devices. - 1996. - T. 43. - № 5. - C. 691-700;

[69]. J. Merten, J. M. Asensi, C. Voz, A. V. Shah, R. Platz, J. Andreu Improved equivalent

circuit and analytical model for amorphous silicon solar cells and modules // IEEE Trans, on Electron Devices. - 1998. - T. 45. - № 2. - C. 423-^128;

[70]. N. R. Desai, К. V. Hoang, G. J. Sonek Applications of PSPICE simulation software to

the study of optoelectronic integrated circuits and devices // IEEE Trans, on Education. - 1993. - T. 36. - № 4. - C. 357-362;

[71]. L. Mao, Y. Chen, W. Li, M. Chen, H. Liang, S. Zhang, W. Guo Circuit model of dou-

ble photo-diodes for high-speed OEIC receivers // Proceedings of SPIE. - 2005. — T. 5644.-C. 444-451;

[72]. C. Tesdahl, P. Jain, D. Dorn Characterization and system modeling of M-pixel CMOS

arrays part II // Proc. of SPIE-IS&T. - 2009. - T. 7249. - С. 72490M-1 - 72490M-13;

К главе 2.

[73]. Петросянц К. О., Харитонов И. А. Модели МДП и биполярных транзисторов для

схемотехнических расчётов БИС с учётом радиационного воздействия // Микроэлектроника РАН. - 1994. - Т. 23. - №. 1. - С. 21-34.

[74]. Hughes H. L., Benedetto J. M. Radiation effects and hardening of MOS technology: de-

vices and circuits //Nuclear Science, IEEE Transactions on. - 2003. - T. 50. - №. 3. — C. 500-521;

[75]. Faccio F., Cervelli G. Radiation-induced edge effects in deep submicron CMOS transis-

tors //Nuclear Science, IEEE Transactions on. - 2005. - T. 52. - №. 6. - C. 24132420;

[76]. Петросянц К. О., Харитонов И. А., Самбурский JI. М. и др. Влияние суммарной

поглощённой дозы на характеристики элементной базы КНИ КМОП БИС ОЗУ // Российская НТК «Элементная база космических систем». Сб. тр.. 2009. - с. ;

[77]. З.М. Поварницына, В.П. Яромский, Е.С. Сельков, О.А. Хотькова, В.Н. Богатырев,

Г.В. Прокофьев, Д.Г. Крылов, А.И. Черный, К.О. Петросянц, И.А. Харитонов, Е.В. Орехов, Л.М. Самбурский Разработка конструктивно-технологических решений, моделирование и испытания образцов базовых элементов АЦ схемотехники на КМОП КНС-структурах // III Всероссийская НТК «Актуальные проблемы ракетно-космического приборостроения и информационных технологий» — Сб. тр. -г. Москва, 2010;

[78]. Петросянц К. О., Харитонов И. А., Самбурский Л. М. и др. Анализ влияния сум-

марной поглощённой дозы на характеристики элементной базы КНИ КМОП БИС ОЗУ // «Электроника, микро- и наноэлектроника». Сб. научных трудов. — М.: МИФИ, 2010 г. - с. 90-95;

[79]. Simulation of Total Dose Influence on Analog-Digital SOI/SOS CMOS Circuits with

EKV-RAD macromodel / К. O. Petrosyants, I. A. Kharitonov, L. M. Sambursky et al. // Proc. of 10th IEEE East-West Design & Test Intl. Symposium (EWDTS'12), Kharkov, Ukraine, Sept. 2012. - P. 60-65;

[80]. Проектирование радиационно-стойкого прецизионного усилителя на базе КНС

КМОП технологии / Петросянц К.О., Богатырев В.Н., Гоманилова Н.Б., Поварницына З.М., Щёкин А.А., Харитонов И.А., Самбурский Л.М. // Электроника, микро- и наноэлектроника. Сб. науч. тр. / Под ред. В.Я. Стенина. - М.: НИЯУ МИФИ, 2013. - с. 296-302;

[81]. New Insights into Fully-Depleted SOI Transistor Response after Total-Dose Irradiation

/ J.R.Schwank, M.R.Shaneyfelt, P.E.Dodd et al. // IEEE Trans, on Nuclear Science. — 2000. -T. 47. -№ 7. - C. 604-612.

[82]. Barnaby H.J. Total ionizing doze effects in modern CMOS technologies // IEEE Trans.

on Nuclear Science. - 2006. -T. 53. -№ 6. - C. 3103-3121.

[83]. Radiation effects in MOS oxides technologies / J.R. Schwank, M.R. Shaneyfelt,

D.M. Fleetwood etal.//IEEE Trans, on Nuclear Science. - 2008. - T. 55. - № 4. -C.1833-1853.

[84]. Worst-case bias during total dose irradiation of SOI transistors code / V.Ferlet-Cavrois,

T.Colladant, P.Paillet, et al. // IEEE Trans. Nucl. Sci. - 2000. - T. 47. - № 6. -C. 2183-2188.

[85]. Alvarado J., Boufouss E., Kilchytska V., Flandre D. Compact model for single event

transients and total dose effects at high temperatures for partially depleted SOI MOS-FETs // Microelectronics Reliability. - 2010. - T. 50. - № 9-11. - С. 1852-1856.

[86]. Tuinenga P.W., Massengill L.W. Circuit modeling of single-event transient pulse

stretching in digital CMOS // IEEE Trans. Nucl. Sci. - 2009. - T. 56. - № 6. -C. 3165-3171.

[87]. Bendix P. Detailed Comparison of the SP2001, EKV, and BSIM3 Models //Technical

Proceedings of the 2002 International Conference on Modelling and Simulation of Microsystems, Nanotech. - 2002. - Т. 1. - C. 649-652;

[88]. Харитонов И. А. Разработка и исследование схемотехнических моделей элемен-

тов радиационно-стойких МДП БИС [Текст]: Диссертация на соискание учёной степени кандидата технических наук : 05.27.01 : защищена в 1998 году. — М.: 1998.-152 е.;

[89]. Петросянц К. О., Харитонов И. А., Самбурский JI. М. Компактные модели МОПТ

со структурой КИИ для схемотехнических расчётов // Тезисы докладов И-ой Всероссийской дистанционной НТК «Электроника». - М., МИЭТ, 2003. - С. 69— 70;

[90]. Харитонов И. А., Самбурский Л. М. Определение параметров моделей МОП-

транзисторов со структурой КНИ/КНС // НТК студентов, аспирантов и молодых специалистов МИЭМ. Тезисы докладов. - М.: МИЭМ, 2004 г. - стр. 447-449;

[91]. Petrosjanc К. О., Kharitonov I. A., Orekhov Е. V., Sambursky L. М, et al. A Compact

SOI/SOS MOSFET Macromodel Accounting for Radiation Effects // Proc. of 5th IEEE East-West Design & Test Intl. Symp. (EWDTS'07), Yerevan, Armenia, Sept. 2007, p. 360;

[92]. Agilent 85190A, IC-CAP 2006 User's Guide.

[93]. Simulation of Radiation Effects in SOI CMOS Circuits with BSIMSOI-RAD macro-

model / Petrosjanc К. O., Kharitonov I. A., Orekhov E. V., Sambursky L.. M, Yat-manov A. P. // Proc. of 7th IEEE East-West Design & Test Intl. Symposium (EWDTS'09), Moscow, Russia, 18-21 Sept. 2009. - p. 243-246;

[94]. Kharitonov I. A. Multi-level methodology for CMOS SOI/SOS MOSFET parameteri-

zation for 1С radiation hardness simulation with SPICE // Proc. of 8th IEEE EWDTS Symposium.-2010.-P. 358-361.

[95]. К.О.Петросянц, И.А.Харитонов, JI.M. Самбурекий и др. Исследование характери-

стик элементной базы аналоговых КНИ КМОП схем, изготовленных по технологии XFAB, с учетом суммарной поглощенной дозы // Электроника, микро- и на-ноэлектроника: сб. науч. тр. — М.: МИФИ, 2009. - С. 57-66.

[96]. Анализ влияния суммарной поглощенной дозы на характеристики элементной ба-

зы КНИ КМОП БИС ОЗУ / К.О.Петросянц, И.А.Харитонов, Л.М.Самбурский и др. // Электроника, микро- и наноэлектроника: сб. науч. тр. — М.: МИФИ, 2010. -С. 90-95.

[97]. Simucad Application Note 2007-003;

[98]. М. В. Ketchen, М. Bhushan, Product-representative "at speed" test structures for

CMOS characterization, IBM J. Res. & Dev. Vol. 50 No. 4/5 July/September 2006;

[99]. Synopsys Sentaurus vA-2008.09, Synopsys, 2008;

[100]. Analog Circuit Design / под ред. H. Casier, M. Steyaert, A. H. M. van Roermund. -

Springer, 2011;

[101]. M. C. Schneider, C. Galup-Montoro CMOS Analog Design Using All-Region MOS-

FET Modeling. - New York: Cambridge University Press, 2010;

[102]. Fernandez D., Martinez-Alvarado L.; Madrenas J. A Translinear, Log-Domain FPAA

on Standard CMOS Technology // IEEE J. of Solid-State Circuits. - 2012. - T. 47. -№ 2. - C. 490-503;

[103]. A low-noise fully-differential CMOS preamplifier for neural recording applications / Xu

Zhang, WeiHua Pei, BeiJu Huang и др. // Science China Information sciences. - 2012. -T. 55. — №. 2.-C. 441-452;

[104]. Scorcioni S., Larcher L.;Bertacchini A. Optimized CMOS RF-DC converters for re-

mote wireless powering of RFID applications // IEEE Intl. conf. on RFID. — 2012. — C. 47-53;

[105]. L. Ramezani A Low-Voltage Log-Domain Integrator Using MOSFET in Weak Inver-

sion // Proc. of 20th international conference on Integrated circuit and system design: power and timing modeling, optimization and simulation (PATMOS). — 2011. -T. 6448/2011.-C. 51-61;

[106]. Компактная макромодель КНИ/КНС МОП-транзистора, учитывающая радиаци-

онные эффекты / Петросянц К. О., Самбурский JI. М., Харитонов И. А., Ятманов А. П. // Известия вузов. Электроника. - 2011. - № 87. — С. 20-28;

[107]. Определение параметров электрической подсхемы, подключаемой к SPICE моде-

ли МОП транзистора для учета влияния ОЯЧ / Петросянц К. О., Харитонов И. А., Орехов Е. В, Самбурский JI. М. // «Электроника, микро- и наноэлектрони-ка» 13-я Российская научно-техническая конференция. Сб. трудов. - М.:МИФИ,

2011.-С. 8-15;

[108]. Петросянц К. О., Харитонов И. А., Самбурский Л. М. и др. Макромодель

EKV-RAD для КНИ/КНС МОП-транзисторов, учитывающая радиационные эффекты // Электроника, микро- и наноэлектроника. Сб. науч. тр. — М.: МИФИ,

2012.-С. 8-20;

[109]. Петросянц К. О. и др. Исследование характеристик элементной базы аналоговых

КНИ КМОП схем, изготовленных по технологии XFAB, с учётом суммарной поглощённой дозы / Петросянц К. О., Харитонов И. А., Самбурский Л. М., Орехов Е. В., Чёрный А. И., Поварницына 3. М., Богатырёв В. Н., Прокофьев Г. В. // «Электроника, микро- и наноэлектроника». Сб. научных трудов. — М.: МИФИ, 2009 г. - с. 57-66;

[110]. P. Antognetti and G. Massobrio Semiconductor Device Modeling with SPICE. — New

York: McGraw-Hill, 1988;

К главе 3.

[111]. D. Yang, A. Garaal, B. Fowler, H. Tian A 640x512 CMOS Image Sensor with Ultra

Wide Dynamic Range Floating-Point Pixel Level ADC // IEEE Int. Solid-State Circuits Conf. - 1999;

[112]. FillFactory CMOS APS Space Applications. - www.fillfactory.com;

[113]. Стемпковский А. Л., Шилин В. А. КМОП-фотодиодные СБИС - перспективная

элементная база однокристальных систем приёма и обработки изображений. // Электроника: наука, технология, бизнес. — 2003. — №2. — С. 14—20;

[114]. CMP Introducing 0,35 р CMOS-Opto Process. - Dec. 2003. - http://cmp.imag.fr;

[115]. A. S. Adonin, K. O. Petrosjanc, I. V. Poljakov Monolith optoelectronic integrated cir-

cuit with built-in photo-voltaic supply for control and monitoring // Proc. 5th IEEE Intl. Conf. on Electronics, Circuits and Systems - Sept. 1998, Lisboa, Portugal. - Vol. 2 -PP. 529-531;

[116]. Yang B. et al. 10-Gb/s all-silicon optical receiver //Photonics Technology Letters, IEEE.

- 2003. - T. 15. -№. 5. - C. 745-747;

[117]. Fossum E. R. CMOS image sensors: Electronic camera-on-a-chip //Electron Devices,

IEEE Transactions on. - 1997. - T. 44. -№. 10. - C. 1689-1698

[118]. Takayanagi, I., Nakamura, J. High-Resolution CMOS Video Image Sensors

//Proceedings of the IEEE.-2013.-T. 101.-№ l.-C. 61-73;

[119]. Eltoukhy H., Salama K., Gamal A. E. A 0.18-pm CMOS bioluminescence detection

lab-on-chip //Solid-State Circuits, IEEE Journal of. - 2006. - T. 41. - №. 3. - C. 651662;

[120]. Ryckeboer E. et al. Silicon-on-insulator spectrometers with integrated GalnAsSb photo-

diodes for wide-band spectroscopy from 1510 to 2300 nm //Optics express. - 2013. -T. 21. -№. 5. -C. 6101-6108;

[121]. D. Yang, H. Min, B. Fowler, A. Gamal, M. Bailey, K. Cham Test Structures for Char-

acterization and Comparative Analysis of CMOS Image Sensors // Proceedings of the SPIE. - Berlin, October 9-10, 1996. - p. 8-17.

[122]. B. Dierickx CMOS Image Sensors: Short Course at Photonics West 2000, San Jose. -

P. C1-C31 ;

[123]. C. Hu, C. Shen, W. Wu, M. Chan Backside-illuminated lateral PIN photodiode for

CMOS image sensor on SOS substrate // IEEE Trans, on Electron Devices. — 2005. — T. 52. -№6. -C. 1110-1115;

[124]. J. H. Park, E. Culurciello Back-illuminated ultraviolet image sensor in silicon-on-

sapphire // IEEE ISCAS'2008, C. 1854-1857;

[125]. C. Hu, C. Shen et al. An active pixel sensor (APS) based on high gain CMOS compati-

ble lateral bipolar transistor (LBT) on SOS substrate with backside illumination // Proc. of IEEE Sensors. - 2003. - T. 2. - C. 1283-1286;

[126]. Adonin A. S., Petrosjanc K. O., Poljakov I. V. Monolith optoelectronic integrated cir-

cuit with built-in photo-voltaic supply for control and monitoring // IEEE ICECS'1998, T. 2, C. 529-531;

[127]. Star-HSpice Manual rel.2001.4;

[128]. T-Spice User Guide and Reference 6.02;

[129]. OrCAD 10.0 User's Guide, June 2003;

[130]. Fish A., Yadid-Pecht O., Culurciello E. Responsivity of Gated Photodiode in SOS

Technology //Sensors, 2007 IEEE. - IEEE, 2007. - C. 527-530;

[131]. Xu C. et al. Backside-illuminated lateral PIN photodiode for CMOS image sensor on

SOS substrate //Electron Devices, IEEE Transactions on. - 2005. — T. 52. - №. 6. - C. 1110-1115;

[132]. Бонч-Бруевич В. JI., Калашников С. Г. Физика полупроводников. - М.: Наука,

1990 г.;

[133]. A. S. Adonin, К. О. Petrosjanc, I. V. Poljakov, Monolith optoelectronic integrated cir-

cuit with built-in photo-voltaic supply for control and monitoring // Proc. 5th IEEE Intl. Conf. on Electronics, Circuits and Systems, vol. 2, pp. 529-531, Sept. 1998, Lisboa, Portugal;

[134]. Hogan H. Imaging is everything // Photonics Spectra, 1998, pp. 82 - 84;

[135]. Носов Ю. P. Оптоэлектроника. - M.: Советское радио, 1977 г.;

[136]. Fairchild Semiconductor H11A1-M datasheet [www.fairchild.com.tw/ds/Hl/Hl 1A1-

M.pdf]

[137]. Park J. H., Culurciello E. Back-illuminated ultraviolet image sensor in silicon-on-

sapphire //Circuits and Systems, 2008. ISCAS 2008. IEEE International Symposium on. - IEEE, 2008. - C. 1854-1857;

К главе 4.

[138]. XI10 Datasheet [http://www.xfab.com/fileadmin/X-FAB/ Download_Center/ Technol-

ogy/SOI/XI 10_Info_sheet.pdf];

[139]. Petrosjanc К. O., Sambursky L. M., Yatmanov A. P. Comparison of Commercial Pa-

rameter Extraction Tools for Spice SOI MOSFET Models // Proc. of IEEE East-West Design & Test Intl. Symposium (EWDTS'07), Yerevan, Armenia, 7-10 Sept. 2007, p. 69-72;

[140]. Петросянц К. О., Харитонов И. А., Самбурский JI. М. Модель КНС МОП-

транзистора, учитывающая воздействие радиации // «Электроника, микро- и на-ноэлектроника». Сб. научных трудов. - М.: МИФИ, 2004 г. — с. 267-272;

[141]. Харитонов И. А. Модификация модели BSIMSOI для учёта эффектов суммарной

поглощённой дозы в КНИ КМОП транзисторах // «Электроника, микро- и нано-электроника». Сб. научных трудов. - М.: МИФИ, 2006 г. — с. 242—245

[142]. Сравнительный анализ SPICE-моделей КНИ/КНС МОП-транзисторов для учёта

радиационных эффектов / Петросянц К.О., Харитонов И.А., Самбурский Л.М. // Электроника, микро- и наноэлектроника. Сборник научных трудов / Под ред. В .Я. Стенина. - М.: НИЯУ МИФИ, 2013. - с. 303-309;

[143]. Л. М. Самбурский Моделирование перекрёстных электрических помех в КМОП-

ФД матрице // Научно-техническая конференция студентов, аспирантов и молодых специалистов МИЭМ НИУ ВШЭ. Тезисы докладов., М. МИЭМ НИУ ВШЭ, 2013, с. 261-262;

[144]. Characterization of crosstalk between CMOS photodiodes / I. Brouk, Y. Nemirovsky,

S. Lachowicz et al. // Solid-State Electronics. - 2002. - № 46. - C. 53-59;

[145]. В Шурыгина КМОП- и ПЗС-датчики изображения // Электроника: наука, техно-

логия, бизнес. - 2009. - № 3. - С. 32-39;

[146]. F. Ji, М. Juntunen, I. Hietanen Electrical crosstalk in front-illuminated photodiode ar-

ray with different guard ring designs for medical CT applications // Nucl. Instr. And Methods in Physics Reseach Sec. A: Accelerators, Spectrometers, Detectors and Associated Equipment. - 2009. - T. 607. - № 1. - C. 150-153;

[147]. А. Стемпковский, В. Шилин КМОП-фотодиодные СБИС: перспективная эле-

ментная база однокристалльных систем приёма и обработки информации // Электроника: наука, технология, бизнес. - 2003. - № 2. - С. 14-20;

[148]. A. C. Moore, Z. Ninkov, W. J. Forrest Quantum efficiency overestimation and deterministic cross talk resulting from interpixel capacitance // Optical Engineering. - 2006. - T. 45. -№ 7. - C. 076402-1 - 076402-9.

ОТКРЫТОЕ АКЦИОНЕРНОЕ ОБЩЕСТВО

«НАУЧНО-ПРОИЗВОДСТВЕННОЕ ОБЪЕДИНЕНИЕ ИЗМЕРИТЕЛЬНОЙ ТЕХНИКИ»

Российская Федерация, 141074, Московская область, г. Королёв, ул. Пионерская, дом 2.

Телефон: [phone], факс [phone], E-mail: [e-mail] ОКПО 07515339, ОГРН 1095018006555, ИНН/КПП 5018139517/501801001

На №__

«УТВЕРЖДАЮ»

"

Заместитель генерального директора ?по научной работе

д

al декабря 2013 г."' ' £

Мороз А.П.

АКТ ВНЕДРЕНИЯ результатов кандидатской диссертации Л. М. Самбурского на тему «Разработка и исследование схемотехнических БРЮЕ-моделей элементов радиационно-стойких и фоточувствительных КМОП БИС со структурой КНИ/КНС»

Комиссия в составе и. о. начальника НПЦ-6, к.ф-м.н. Крылова Д.Г., начальника отдела НПЦМ-2 Черного А.И. и начальника сектора отдела НПЦМ-2, к.т.н. Поварпи-цыной З.М. составили настоящий акт в том, что результаты кандидатской диссертации Л. М. Самбурского, полученные в 2007-2012 г.г., а именно, схемотехнические SPICE-модели SOI/SOS-MIEM, BSIMSOI-RAD и EKV RAD для КМОП-элементов цифровой и аналоговой схемотехники и микросистемотехники на базе структур «кремний на изоляторе/сапфире» (КНИ/КНС) с топологическими нормами 1-3 мкм с учётом воздействия стационарного радиационного излучения и воздействия повышенной температуры внедрены в ОАО «НПО ИТ».

Разработанные в диссертации схемотехнические SPICE-модели были включены в маршрут автоматизированного проектирования, в т.ч. в виде параметров SPICE-модели в единичный технологический процесс «Комплект документов на проектирование аналоговых и цифро-аналоговых специализированных интегральных схем для унифицированных электронных модулей и интегральных датчиков радиационно-стойкой аппаратуры PKT. Операционный усилитель УЭП-601 БЫ5.186.601. ЕТП НПЦМ2-01-13». В ходе проведения ОКР «Угра-ИТ» получены соответствующие' результаты, свидетельствующие о точности анализа характеристик аналоговых и цифровых интегральных схем, обеспечиваемой предложенными моделями: 10-15% - для расчета статических режимов, 15-20% - переходных процессов, что достаточно для практических разработок радиационно-стойкой аппаратуры.

Внедрение разработанных моделей в рамках ОКР «Угра-ИТ» позволило повысить качество проектирования интегральных схем и их стойкость, сократив сроки проектирования на 15-20 % и объем необходимых испытаний на радиационную стойкость при отработке элементов на 50-100%.

И. о. начальника НПЦ-6, к.ф-м.н.

Начальник отдела НПЦМ-2 Начальник сектора отдела НПЦМ-2, к.т.н.

Крылов Д.Г.

Черный А.И. Поварницына З.М.

ФК 51-1

№ 002689

i33

УТВЕРЖДАЮ Заместитель директора по микроэлектронике -начальник МВЦ

^Л.А. Синегубко

2013 г.

АКТ

внедрения результатов кандидатской диссертации Л. М. Самбурского на тему «Разработка и исследование схемотехнических БРГСЕ-моделей элементов радиационно-стойких и фоточувствительных КМОП БИС со структурой КНИ/КНС»

Комиссия в составе А.П. Ятманова, Д.М. Суховирского, A.C. Мокеева, C.B. Ка-рачкина составила настоящий акт в том, что результаты данной диссертации, полученные в 2007-2012 г.г., - а именно:

1. библиотека схемотехнических моделей элементов КНИ КМОП СБИС с учётом факторов радиационного воздействия и температуры, содержащая модели для элементов с проектными топологическими нормами 0,5 - 0,35 мкм с различным соотношением длины и ширины и различной топологией с учётом различных режимов работы элементов во время спецвоздействия при различных дозах;

2. тестовые структуры и методики для определения статических и динамических параметров схемотехнических моделей элементов КНИ КМОП СБИС из результатов измерения их электрических характеристик или приборного моделирования с учётом факторов радиационного воздействия, -

были использованы в практических работах предприятия (при выполнении НИОКР по темам «Модель», «Память-Т», «Урал-Т», «Модель-С») по созданию элементной базы радиационно-стойких КНИ КМОП СБИС с проектными топологическими нормами 0,5 - 0,35 мкм, в частности:

1. при разработке конструктивно-технологических и схемотехнических решений для семейства радиационно-стойких цифро-аналоговых БМК для микромеханических систем на базе КНИ-технологии;

2. при отработке радиационно-стойкой КНИ-технологии с топологическими нормами 0,35 мкм для технологической линии МВЦ;

3. при разработке 512-кбит БИС статического ОЗУ на базе КИМ КМиЛ-технологии с проектными топологическими нормами 0,5 мкм.

Использование разработанной библиотеки моделей позволило ускорить процесс проектирования аналоговых и цифровых КНИ БИС, позволило выявить слабее места в конструкции микросхем и дать рекомендации по повышению стойкое i и отдельных блоков из их состава, что привело к повышению радиационной стойкости БИС в целом.

Схемотехнический расчёт проектируемых схем с помощью пакетов Lltralvm и Spectre с использованием разработанной в диссертации библиотеки моделей с учётом накопления дозы позволил определить предельные уровни стационарного радиационного воздействия для перспективной элементной базы КНИ схем специального назначения с повышенной радиационной стойкостью с топологическими нормами 0,5 - 0,35 мкм, существенно сократив при этом объём дорогостоящих испытаний тестовых транзисторов и микросхем.

Начальник НИО 29300

НИС 29310

Начальник НИС 29220

Инженер-технолог Зкат.

Инженер-исследователь 1 кат. НИС 29220

С.В. Карачкин