Разработка и исследование схемотехнических SPICE-моделей MOSFET и JFET-транзисторов с учетом тепловых эффектов тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.27.01, кандидат наук Исмаил-Заде Мамед Рашидович

• Исмаил-Заде Мамед Рашидович
• кандидат наук
• 2022

Оглавление диссертации кандидат наук Исмаил-Заде Мамед Рашидович

Введение

Глава 1 Современное состояние исследований в области компактного моделирования полевых транзисторов со структурой MOSFET и JFET с учетом температурных эффектов

1.1 Электрофизические эффекты в структурах МОББЕТ и ЛБЕТ транзисторов, обусловленные влиянием высоких и низких температур

1.2 БР1СЕ-модели полевых транзисторов, учитывающие влияние высоких температур (обзор)

1.3 БР1СЕ-модели полевых транзисторов, учитывающие влияние низких (криогенных) температур (обзор)

Выводы по главе

Глава 2 Компактные SPICE-модели MOSFET транзисторов для

расширенного диапазона температур (от -200°С до +300°С)

2.1 Методология учёта температурных эффектов в БР1СЕ-моделях МОП-транзисторов

2.2 БР1СЕ-модели субмикронных КНИ МОП-транзисторов для расчета КМОП ИС в сверхшироком диапазоне температур (-200°С...+300°С)

2.2.1 Описание базовой модели BSIMSOI

2.2.2 Модификация модели BSIMSOI для сверхширокого диапазона температур

2.2.3 Пример характеризации 0,35-мкм КНИ МОПТ в сверхшироком диапазоне температур (-200°С... +300°С)

2.2.4 Пример характеризации 0,18- и 0,5-мкм КНИ МОПТ в диапазоне сверхвысоких температур (до +300°С)

2.2.5 Пример характеризации 0,18-мкм КНИ МОПТ в криогенном диапазоне температур (до -200°С и ниже)

2.2.6 Пример характеризации 0,25- и 0,5-мкм КНС МОПТ в криогенном диапазоне температур (до -200°С и ниже)

2.2.7 Характеризация 0,5-мкм КНС МОПТ в диапазоне сверхвысоких температур (до +300°С)

2.3 SPICE-модели нанометровых разновидностей МОП-транзисторов для расчета КМОП ИС в сверхшироком диапазоне температур (-200°C...+300°C)

2.3.1 Описание базовых моделей

2.3.2 SPICE-модели 28-нм МОПТ на объемном кремнии с учетом воздействия криогенной температуры

2.3.3 Пример характеризации 28-нм МОПТ на объемном кремнии в криогенном диапазоне температур (до -200°C и ниже)

2.3.4 Пример моделирования фрагмента ИМС на 28-нм МОПТ на объемном кремнии в криогенном диапазоне температур

2.3.5 SPICE-модель суб-100 нм КНИ МОПТ в сверхшироком диапазоне температур (-200°C...+300°C)

2.3.6 SPICE-модель суб-100 нм МОПТ со структурой FinFET в сверхшироком диапазоне температур (-200°C...+250°C)

Выводы по главе

Глава 3 Универсальная SPICE-модель JFET транзисторов для высоких и низких температур

3.1 Математическое описание модифицированной SPICE-модели JFET транзистора для сверхширокого диапазона температур

3.2 Примеры характеризации JFET транзисторов в диапазоне высоких и

сверхвысоких температур

3.2.1 Пример моделирования фрагмента ИМС на JFET-транзисторах в

сверхвысоком диапазоне температур

3.3 Примеры характеризации JFET транзисторов в диапазоне криогенных температур

Выводы по главе

Глава 4 Измерение характеристик полевых транзисторов и определение параметров SPICE-моделей в диапазонах высоких и низких температур

4.1 Программно-аппаратный комплекс для измерения ВАХ и определения SPICE параметров полевых транзисторов

4.1.1 Общая характеристика и структура комплекса

4.1.2 Аппаратная часть

4.1.3 Программная часть

4.2 Методики измерения характеристик полевых транзисторов на высоких и низких температурах

4.3 Процедура определения параметров SPICE-моделей полевых транзисторов из результатов измерений в диапазоне температур

Выводы по главе

Глава 5 Применение разработанных моделей

5.1 Характеризация отечественной технологии высокотемпературных субмикронных КНИ КМОП ИС (до +300°C)

5.1.1 Экспериментальное исследование электрических характеристик 0,18-мкм КНИ МОПТ, изготовленные по высокотемпературной технологии

5.1.2 Схемотехническое моделирование КНИ КМОП операционного усилителя в сверхвысоком диапазоне температур (до +300°C)

5.1.3 Выводы

5.2 Характеризация JFET транзисторов аналогового БМК для проектирования устройств криогенной электроники

5.3 Характеризация глубоко субмикронных и нанометровых МОП-транзисторов в диапазоне криогенных температур

Выводы по главе

Заключение

Список использованной литературы

Приложение

Приложение

Введение

Актуальность темы исследования

Спецификой разработки и проектирования электронной аппаратуры для космической отрасли, ядерной энергетики, спутниковых и телекоммуникационных систем, аэрокосмической промышленности и других специальных применений является необходимость учёта тепловых эффектов, обусловленных влиянием внешних высоких или низких температур, а также внутренним саморазогревом за счет рассеиваемой в электронных компонентах мощности.

Как следствие, к надёжности электронной компонентной базы (ЭКБ) перечисленных устройств предъявляются повышенные требования, которые обеспечиваются за счет: новых конструктивно-технологических, схемо- и системотехнических решений; специальных материалов, конструкций и средств защиты; более «жёстких» методов проектирования приборов и схем, подвергнутых воздействию температуры. Эффективность использования перечисленных подходов в обязательном порядке подтверждается результатами натурных испытаний. Следует отметить, что проведение испытаний и экспериментальных работ выполняется с использованием сложной, подчас уникальной измерительной аппаратуры и методик проведения эксперимента, требующих больших временных и материальных затрат. В ряде случаев получение экспериментальной информации является затруднительным или невозможным.

В этих условиях в значительной степени возрастает роль методов математического моделирования, позволяющих в большинстве случаев дать достоверный прогноз изменения электрических характеристик приборов и схем, подвергнутых воздействию температуры и дать прогнозные оценки её стойкости и надёжности. При этом, как правило, удаётся свести к разумному минимуму объем необходимых испытаний и измерений и существенно сократить временные и материально-технические затраты.

Основную долю рынка современных ИС и БИС составляют схемы на основе кремниевых МОП и ЛБЕТ транзисторов. Для их разработки и проектирования широко используются коммерческие САПР, в том числе средства при-борно-технологического и схемотехнического моделирования. Однако их использование применительно к приборам и схемам, работающим в условиях воздействия сверхвысоких (до +300°С) и сверхнизких (до -200°С) температур малоэффективно. Причина состоит в том, что в коммерческих САПР область применимости используемых БР1СЕ-моделей МОББЕТ и ЛБЕТ транзисторов различных типов ограничивается стандартным диапазоном -60°С.+125°С.

Помимо разработки самих БР1СЕ-моделей МОББЕТ и ЛБЕТ транзисторов возникает задача определения их параметров для расширенного диапазона температур. В имеющихся публикациях этот вопрос освещен крайне недостаточно.

Таким образом, настоящая работа ставит своей целью снять существующие ограничения в части учета тепловых эффектов в БР1СЕ-моделях МОББЕТ и ЛБЕТ-транзисторов, изготовленных по существующим и перспективным кремниевым технологиям.

Цель и задачи исследования

Целью диссертационной работы является разработка и исследование схемотехнических SPICE-моделей МОББЕТ и ЛБЕТ-транзисторов для расчета электронных схем, работающих в сверхшироком диапазоне температур (-200°С...+300°С).

Для достижения поставленной цели были решены следующие задачи:

1) разработаны новые и усовершенствованы существующие схемотехнические модели МОББЕТ и ЛБЕТ-транзисторов, учитывающие факторы теплового воздействия за счёт включения в модель дополнительных выражений для температурно-зависимых параметров;

2) разработаны методики определения параметров моделей МОББЕТ и ЛБЕТ-транзисторов по результатам измерений их электрических, емкостных и тепловых характеристик в широком диапазоне температур;

3) разработано программное обеспечение, предназначенное для управления автоматизированным аппаратно-программным комплексом, реализующим процедуры измерения электрических характеристик и экстракции параметров SPICE-THERM моделей;

4) разработанные библиотеки SPICE-моделей включены в существующие промышленные САПР схемотехнического расчёта БИС;

5) разработанные модели и методики определения их параметров использованы для проектирования различных конструктивно-технологических разновидностей температурно-стойких ИС и БИС, построенных на MOSFET и JFET транзисторах.

Методы исследования

Для решения поставленных задач в диссертации использованы методы экспериментального определения электрических характеристик тестовых структур, математические методы обработки результатов измерений, методы аппроксимации и оптимизации, компьютерный анализ и моделирование, методы проведения вычислительных экспериментов.

Степень разработанности темы исследования

Проблема моделирования JFET-транзисторов в диапазоне температур исследована крайне недостаточно. Работы по моделированию статических ВАХ практически отсутствуют.

Среди немногочисленных работ можно выделить работы отечественных авторов Дворникова О.В., Прокопенко Н.Н. и Пилипенко А.М., а среди зарубежных Y. Wang, Kostopoulos K., C. Patil, посвященные низко- и высокотемпературным версиям SPICE-моделей JFET-транзисторов для задач анализа шумовых характеристик в малосигнальном режиме температурно-стойких аналоговых ИС.

Разработке и исследованию компактных SPICE-моделей МОП-транзисторов с учетом влияния сверхнизкой (до -200°С) и сверхвысокой (до +300°С) температуры посвящены труды авторов Петросянца К.О., Пилипенко А.М., Харитонова И.А., Jeon D.S. и Burk D.E., Cheng Y., Akturk A., Zhao H. и др.

В данных работах стоит отметить два подхода к формированию компактной SPICE-модели: 1) добавлении к стандартной модели дополнительной подсхемы, которая учитывает влияние сверхнизкого/высокого диапазона температуры; 2) использование набора программных функций на языке Verilog-A, который затем подключается к стандартной модели МОПТ.

Анализ существующих работ показал, что 1) отдельные модели охватывают ограниченный диапазон температуры; 2) практически отсутствует единая модель, учитывающая широкий диапазон криогенных и сверхвысоких температур; 3) методики экстракции параметров низко- и высокотемпературных SPICE-моделей не отработаны в должной степени; 4) для перспективных полевых приборов со структурой UTBB FDSOI MOSFET и FinFET с глубоко субмикронными и нанометровыми размерами высокотемпературные версии SPICE модели отсутствуют.

Личный вклад автора в разработку проблемы

Личный вклад автора в диссертационную работу заключается в следующем:

1) Выполнен обзор литературных источников и теоретический анализ по проблеме.

2) Разработаны низко- и высокотемпературные версии схемотехнических SPICE-моделей для традиционных субмикронных МОПТ и перспективных наноразмерных МОПТ со структурой FinFET на объемном кремнии и на изолирующей подложке.

3) Разработаны низко- и высокотемпературные версии схемотехнических SPICE-моделей для JFET-транзисторов.

4) Для всех разработанных моделей проведена верификация моделей на конкретных примерах, которые позволяют дать прогнозные оценки температурной стойкости.

5) Проведены измерения электрических характеристик в диапазоне температуры от комнатной до +300°С для 0,18-мкм КНИ МОП структуры, из-

готовленной предприятием ПАО "Микрон" и для 0,5-мкм КНИ МОП структуры, изготовленной ФГУ ФНЦ НИИСИ РАН, а также обработка и анализ полученных экспериментальных результатов измерений.

6) Участие в разработке автоматизированного аппаратно-программного комплекса для измерения электрических характеристик интегральных МОП-транзисторов и экстракции температурных параметров SPICE-моделей транзисторных структур.

7) Проведен анализ полученных результатов, сформулированы выводы по диссертационной работе.

Научная новизна исследования

1) Для полевых транзисторов с управляющим ^-«-переходом (JFET) на основе кремния разработана компактная SPICE-THERM модель, справедливая в сверхшироком температурном диапазоне от -200°C до +300°C; для JFET на основе карбида кремния (SiC) верхний предел SPICE-модели расширен до +500°C. В описание стандартной модели JFET Level 3 введены новые полуэмпирические температурные зависимости для напряжения насыщения, тока отсечки, крутизны, порогового напряжения, сопротивлений стока/истока и других параметров.

2) Для интегральных МОП-транзисторов, изготовленных по различным субмикронным и перспективным нанометровым технологиям, разработаны версии SPICE-THERM моделей, справедливые в сверхшироком температурном диапазоне (-200°C.+300°C), в том числе:

• для субмикронных и глубоко субмикронных КНИ/КНС МОП транзисторов разработаны низкотемпературная (до -250°С) и высокотемпературная (до +300°С) версии SPICE-модели на основе BSIMSOI v4. По сравнению с существующими SPICE-моделями, в предложенной низкотемпературной SPICE-модели дополнительно учтен температурно-индуцированный сдвиг предпорогового наклона, который важен для низковольтных и маломощных приборов. Для высокотемпературной SPICE-модели введены новые

температурные зависимости для сдвига порогового напряжения и темпера-турно-индуцированных токов утечки.

• для 0,25-мкм и 0,5-мкм МОП-транзисторов на сапфировой подложке (КНС) разработана низкотемпературная версия (до -269°С) БР1СЕ-модели BSIM4. В модели учтено влияние кинк-эффекта за счет последовательного подключения к контакту затвора дополнительного источника напряжения, управляемого напряжением. Разработана методика определения параметров модели.

• для наноразмерных 28-нм МОПТ, изготовленных на объемном кремнии, разработаны низкотемпературной версии БР1СЕ-моделей РБР v103.1 и BSIM6. В описание моделей введены новые полуэмпирические зависимости от температуры для подвижности носителей заряда, порогового напряжения, скорости насыщения, тока ударной ионизации и Кулоновского рассеяния.

• для наноразмерных 28-нм МОПТ, изготовленных на структурах кремний на изоляторе (КНИ), разработана версия модели ЦПЗОГу.2 справедливая в сверхшироком диапазоне температур (-200°С...+300°С). В описание модели введены корректирующие функции зависимости от температуры для порогового напряжения, подвижности, предпорогового наклона и др.

• для суб-100 нм FinFET-транзисторов с тройным затвором на объемном кремнии и изолирующей подложке разработаны низкотемпературная (до -265°С) и высокотемпературная (до +250°С) версии БР1СЕ-модели BSIM-СМО v107.

Положения, выносимые на защиту

1) Комплект низко- и высокотемпературных версий БР1СЕ-моделей для различных конструктивно-технологических разновидностей МОПТ, изготовленных по традиционной субмикронной и перспективной суб-100 нм КМОП технологическим процессам:

• высокотемпературные версии SPICE-модели: 0,18-мкм и 0,5-мкм КНИ МОПТ, 0,5-мкм КНС МОПТ, суб-100-нм FinFET и UTBB FDSOI МОП транзисторы;

• низкотемпературные версии SPICE-модели: 0,18-мкм КНИ МОПТ; 0,25-мкм и 0,5-мкм КНС МОПТ; 28-нм UTBB FDSOI МОПТ, 28-нм МОПТ на объемном кремнии; суб-100 нм FinFET транзисторы;

2) Компактная SPICE-THERM модель JFET-транзистора, справедливая в сверхшироком температурном диапазоне от -200°C до +300°C; автоматизированная процедура определения параметров SPICE-THERM модели JFET по результатам измерений стандартного набора ВАХ в широком диапазоне температуры;

3) Дополнительный программный модуль для автоматизированного расчета температурных параметров SPICE-моделей транзисторных структур по результатам измерений электрических характеристик;

4) Результаты использования температурных версий SPICE-моделей MOSFET и JFET в практике проектирования различных конструктивно-технологических разновидностей температурно-стойких схем.

Теоретическая значимость

Для субмикронных и нанометровых МОП транзисторов обобщен и развит подход к разработке SPICE-моделей для сверхширокого диапазона температур, заключающийся в совместном использовании дополнительных аналитических зависимостей для температурно-зависимых параметров, и методов макромоделирования. Впервые получены: температурные SPICE-модели для JFET-транзисторов в сверхнизком диапазоне температур до -233°C, а также для FinFET и планарных КНИ МОПТ со структурой UTBB (с ультратонкими слоями захороненного оксида и активного слоя кремния), изготовленных по перспективным нанометровым технологиям, в диапазоне температур до +250°C.

Практическая значимость работы

1) Разработанные SPICE-THERM модели встроены в библиотеки моделей промышленных схемотехнических САПР ADS (Keysight Technologies), HSpice (Synopsys), LTSpice (Analog Devices), Multisim (National Instruments) и могут быть использованы для проектирования различных конструктивно-технологических разновидностей температурно-стойких ИС и БИС, построенных на MOSFET и JFET транзисторах.

2) Для пользователей промышленной программы экстракции параметров электронных компонентов IC-CAP разработан дополнительный программный модуль для автоматизированного расчета температурных параметров SPICE-моделей транзисторных структур по результатам измерений электрических характеристик. Получены два свидетельства о регистрации программы для ЭВМ (RU 2019614991 и RU 2017663307).

Степень достоверности полученных результатов

Достоверность полученных результатов в диссертационном исследовании подтверждается:

1) Достаточным для практических расчетов совпадением результатов моделирования с экспериментальными электрическими характеристиками всех типов MOSFET и JFET структур, рассмотренных в диссертации, в исследуемых диапазонах температур.

2) Данными опубликованных аналогичных работ отечественных и зарубежных специалистов, подтверждающими результаты, полученные в диссертации.

Использование результатов работы

Результаты диссертации использовались при выполнении работ на следующих предприятиях и в организациях:

1) ФГБНУ "НИИ перспективных материалов и технологий" в рамках НИОКР «Исследование перспективных схем экстремальной электроники в расширенном диапазоне температуры (-200...+300°С)». 2017-2019 г.г.

2) ОАО Зеленоградский инновационно-технологический центр в рамках НИР «Исследование и разработка технологий элементной базы высокотемпературной микро- и наноэлектроники», 2017 г.

3) Институт микроэлектроники АН Китая, г. Пекин, в рамках совместного проекта РФФИ «Экспериментальное и теоретическое исследование и моделирование наноразмерных полупроводниковых приборов с учетом влияния различных факторов радиации», 2020 г.

4) ОАО «Минский НИИ приборостроения» в рамках совместных работ по использованию элементов аналогового БМК для построения датчиковых систем.

А также при выполнении работ по грантам РФФИ (2014, 2018, 2020 г.г.) и Научного фонда НИУ ВШЭ (2018, 2019 г.г.).

Общие выводы исследования

В диссертационной работе решена важная задача - существенное расширение области применимости SPICE-моделей полевых транзисторов, используемых в схемотехнических САПР РЭА. Существующий стандартный диапазон температур -60°C...+125°C расширен до сверхнизких (-270°C) и сверхвысоких (+300°C) температур. Это предопределяет ее актуальность и практическую значимость, поскольку сектор рынка электронных компонентов, работающих в экстремальных условиях, неуклонно расширяется, и, по прогнозам специалистов, эта тенденция будет только усиливаться.

Соискателем проведен большой объем исследований и получены значимые результаты как в теоретической, так и экспериментальной областях.

В области теории:

• разработаны низко- и высокотемпературные модификации SPICE моделей MOSFET, FinFET и JFET транзисторов на объемном кремнии и структурах кремний на изоляторе (КНИ) и кремний на сапфире (КНС). По сравнению с ранее существующими SPICE-моделями дополнительно учтены температурные эффекты сдвига предпорогового напряжения, изменения подвижности, возникновение токов утечки, kink-эффект и др.

• разработаны методики определения параметров SPICE-THERM-моделей из результатов измерения ВАХ транзисторов в диапазоне высоких и низких температур.

В практической области:

• модифицированы измерительные процедуры и программное обеспечение для обработки результатов измерения ВАХ приборов в диапазоне температур. Получены два свидетельства на регистрацию программ ЭВМ.

• проведены большой объем измерений характеристик MOSFET транзисторов в широком диапазоне температур, используемых на отечественных предприятиях; проведена процедура экстракции их SPICE-параметров и сформированы базы данных для схемотехнического проектирования КМОП ИС и БИС, работающих в расширенном диапазоне температур. Эффективность использования результатов подтверждена от НИИ ПМТ и Зеленоградского нанотехнологического центра.

• разработанные SPICE-THERM-модели МОПТ встроены в библиотеки моделей промышленных схемотехнических САПР LTSpice (Analog Devices), Multisim (National Instruments), ADS (Keysight Technologies), HSpice (Synopsys). Всего разработано THERM-версий для различных типов SPICE-моделей - 6; конструктивно-технологических разновидностей МОПТ от различных производителей - 10. Это предопределяет широкий круг специалистов-пользователей результатов, полученных в диссертации.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Разработка и исследование схемотехнических SPICE-моделей MOSFET и JFET-транзисторов с учетом тепловых эффектов»

Апробация работы

Основные результаты работы докладывались и обсуждались на следующих научных мероприятиях:

1) Научно-техническая конференция студентов, аспирантов и молодых специалистов НИУ ВШЭ им. Е.В. Арменского. - М.: МИЭМ НИУ ВШЭ, 2015 - 2017 г.г.;

2) Международный форум «Микроэлектроника-2016, 2018, 2019, 2020». 2-я, 4-я, 5-я и 6-я Международная научная конференция «Электронная

компонентная база и микроэлектронные модули». Республика Крым, г. Алушта, 2016, 2018, 2019, 2020 г.г.;

3) International Workshop on Reliability of Micro- and Nano-Electronic Devices in Harsh Environment (IWRMN-EDHE 2017). Chengdu, China, 2017 г.;

4) XVI, XVII Всероссийская научно-техническая конференция «Электроника, микро- и наноэлектроника». г. Суздаль, Россия. 2017 г., 2018 г.,

5) XVI, XVII, XVIII Научно-практический семинар «Проблемы создания специализированных радиационно-стойких СБИС на основе гетеро-структур». - г. Н. Новгород, 2016 - 2018 г.г.;

6) XVIII, IX Всероссийская научно-техническая конференция «Проблемы разработки перспективных микро- и наноэлектронных систем (МЭС)». - Москва, 2018, 2020 г.г.;

7) IEEE East-West Design & Test Symposium (EWDTS). 2017, 2018 г.г.

8) IEEE Conference of Young Researchers in Electrical and Electronic Engineering (ElConRus). - Москва-Зеленоград, 2017 г.

9) 2018, 2020 Moscow Workshop on Electronic and Networking Technologies (MWENT). - Москва, 2018, 2020 г.г.

Список опубликованных статей, где отражены основные результаты диссертации

Основные положения научного исследования представлены в 28 работах (в период с 2015 по 2021 г.г.), из которых 10 в изданиях, индексируемых в базах Web of Science и Scopus, 3 в изданиях, входящих в список рекомендованных журналов НИУ ВШЭ, 3 работы опубликованы без соавторов.

Глава 1 Современное состояние исследований в области компактного моделирования полевых транзисторов со структурой MOSFET и JFET с

учетом температурных эффектов

1.1 Электрофизические эффекты в структурах МОББЕТ и 1БЕТ транзисторов, обусловленные влиянием высоких и низких температур

Основные электрические параметры МОББЕТ и 1БЕТ транзисторов (пороговое напряжение Утн, крутизна передаточной ВАХ gm, ток насыщения ¡ват, ток утечки ¡ьбах и др.) зависят от температуры [1], [2], [3].

В основе этих зависимостей лежат изменения физических параметров полупроводниковой структуры, таких как:

• ширина запрещённой зоны;

• подвижность электронов и дырок;

• концентрации подвижных носителей заряда.

Эти зависимости приведены на рис. 1.1.

Исходя из зависимости для концентрации подвижных носителей заряда (рис. 1.1,в) принято температурный диапазон полупроводниковых приборов делить на три участка: 1) «плоский» участок -60°С.+125°С, на котором концентрация практически постоянна; 2) участок с высокой температурой от +(125-150)°С и выше, на котором имеет место резкий рост концентрации подвижных носителей; 3) участок с низкой температурой от -(60-80)°С и ниже, на котором концентрация свободных носителей резко падает из-за уменьшения энергии активации и эффекта «вымораживания» атомов легирующих примесей.

На практике, соответственно, выделяют три режима работы полупроводниковых приборов:

Temperature, К (b)

Рис. 1.1. Зависимости основных физических параметров от температуры: а) ширины запрещённой зоны [4], б) эффективной подвижности электронов [5], в) концентрации электронов в кремнии [6]

1) стандартный в диапазоне температур -60°C...+125°C, для которого электротепловые модели электрофизических параметров структуры полупроводниковых приборов достаточно хорошо отработаны и включены в основные уравнения, описывающие различные версии SPICE-моделей МОПТ. По этой причине этот диапазон в настоящей работе специально не рассматривается.

2) диапазон высоких температур от +125°C до +300°C. В этом диапазоне в полупроводниковых приборах наблюдается значительное увеличение темпе-ратурно-индуцированных токов утечки, снижается пороговое напряжение, увеличивается предпороговый наклон и уменьшается подвижность носителей в канале, что ведет к спаду крутизны передаточной ВАХ. Вследствие этого МОП-транзистор считается открытым при нулевом напряжении на затворе и теряет усилительные свойства, что равносильно его выходу из строя. Поэтому получили распространение структуры «кремний на изоляторе», в которых ток утечки существенно ниже и медленнее растет с повышением температуры [1].

3) диапазон низких температур -80°C...-270°C. При понижении температуры ширина запрещенной зоны (см. рис. 1.1,а) возрастает вплоть до температуры порядка 100 K (-173°C); в зависимости от концентрации легирующей примеси возрастает подвижность носителей заряда (см. рис. 1.1 ,б) до температуры порядка 20 K (-253°C), после чего заметно снижается. Это приводит к

тому, что ряд параметров полевых транзисторов улучшаются: уменьшается предпороговый наклон, что приводит к снижению токов утечки и уменьшению рассеиваемой мощности; увеличивается крутизна и уменьшаются паразитные емкости. С другой стороны, при этом увеличивается пороговое напряжение Утн из-за увеличения уровня Ферми, на выходных ВАХ МОП транзисторов может появляться «кинк-эффект», что ухудшает работу схем.

1.2 БР1СЕ-модели полевых транзисторов, учитывающие влияние высоких

температур (обзор)

Общий недостаток всех стандартных БР1СЕ-моделей полевых транзисторов в диапазоне высоких температур показан на примере зависимости порогового напряжения Утн от температуры [7] (см. рис. 1.2). Видно, что линейная аппроксимация характеристики УТн(Т) стандартной модели BSIMSOI справедлива только до температур не выше +150°С.

Для преодоления этого ограничения в высокотемпературном диапазоне до +300°С была предложена модель [8] для КНИ МОП-транзисторов, которая включает в себя дополнительные выражения для зависимостей физических параметров транзисторной структуры от температуры. Однако, модель [8] не позволяет рассчитывать приборы субмикронных размеров. Набор параметров данной модели в целом непривычен для пользователя схемотехнических САПР, он заметно отличается от набора параметров семейства стандартных моделей BSIM.

В работах [9], [10] авторами была предложена модифицированная компактная БР1СЕ-модель МОПТ для высокотемпературного диапазона (до +300°С), основанная на стандартной модели BSIMSOI v.4.4 и включающая доработанные температурные уравнения. Это относится к параметрам, отвечающим за пороговое напряжение, подвижность, сопротивление сток-исток и др.

Модель применима для расчета субмикронных транзисторов в расширенном температурном диапазоне, однако, в ней не учитывается возрастание

токов утечки при сверхвысокой температуре. Кроме того, процедура экстракции параметров модели с учетом высоких температурных воздействий требует дальнейшей детализации.

В работах [11], [12] экспериментально исследованы характеристики JFET транзисторов в высокотемпературном диапазоне окружающей среды до +(250-450)°С. Для описания электрических характеристик авторы [11] разработали новую компактную SPICE-модель JFET, основанную на физическом и поведенческом анализе исследуемого транзистора. Авторы работы [12] использовали стандартную модель JFET транзистора уровня 1 (^е1=1), в которой зависимость основных параметров от температуры была задана аналитически. Однако, приведенная модель в [11] дает существенную погрешность в области насыщения выходных ВАХ; методика экстракции параметров не описана в достаточной степени. В свою очередь, в работе [12] нет сопоставления результатов моделирования и эксперимента, по которым можно было бы судить о точности модели.

_I_о

100 .,50 200 300 400

Temperature Т, °С

Рис. 1.2. Сравнение измеренного [7] (символы) и смоделированного с использованием стандартной модели BSIMSOI (пунктирная линия) порогового напряжения в высокотемпературном диапазоне. Большая погрешность моделирования наблюдается при температурах выше +150°C

Следует отметить, что вопрос моделирования суб-100 нм приборов и FinFET-транзисторов в высокотемпературном диапазоне рассмотрен в литературе крайне слабо. Имеются очень ограниченные экспериментальные данные, модели отсутствуют.

1.3 SPICE-модели полевых транзисторов, учитывающие влияние низких

(криогенных) температур (обзор)

Стандартными компактными SPICE-моделями для МОПТ на объемном кремнии и на изолирующей подложке (КНИ) являются модели семейства BSIM версий 3 и 4. Однако, их рабочий диапазон температуры - от минус 100°C до +100-150°C, что приводит к возникновению заметной погрешности описания характеристик МОПТ при криогенной температуре. Более того, при температуре ниже -253°C SPICE-моделирование в программах-симуляторах HSPICE H-2013.03, ADS 2014.01, Spice3f5 с использованием моделей этого семейства не запускается.

Проиллюстрируем это положение на практическом примере. На рис. 1.3 для и-канального МОПТ с W/L = 10/2 мкм, изготовленного по 0,35-мкм технологическому процессу [13], приведено семейство сток-затворных ВАХ, полученных экспериментальным и рассчитанным путем с помощью стандартной SPICE-модели BSIM3v3 при сверхнизкой температуре жидкого азота (-200°C/ 77 K). Видно, что разница между расчетом и экспериментом слишком высока.

Для устранения недостатка, представленного на рис. 1.3, авторы [13] включили в модель BSIM3v3 дополнительные выражения для температурно-зависимых параметров, описанные на языке SPICE, а также ввели дополнительную подсхему, содержащую элемент с отрицательной проводимостью для учета эффекта «вымораживания» носителей заряда в слаболегированной обла-

сти стока. Однако, данная модель обладает серьезным недостатком - не учитывается сдвиг с температурой предпорогового наклона, важного для многих аналоговых и смешанных аналого-цифровых применений.

1 2 3

Drain-source voltage VDS, V

Рис. 1.3. Сравнение измеренных (символы) и смоделированных с использованием стандартной модели BSIM3v3 (линии) передаточных ВАХ. Большая погрешность моделирования наблюдается при низкой температуре [13]

Аналогичный подход используется в работе [14] для учета низкотемпературных эффектов в 0,35-мкм КНИ МОПТ. Для учета изменения предпорогового наклона и кинк-эффекта в модели используется комплексная эмпирическая функция пятого порядка, чьи параметры не имеют явного физического смысла; процедура их определения не описана.

Литература, посвященная моделированию JFET с учетом воздействия криогенной температуры, очень ограниченна. Среди немногочисленных работ можно выделить работы [15], [16].

В работе [15] описывается SPICE-модель Si JFET для моделирования аналоговых схем в температурном диапазоне от -200°C до 30°C, основанная на стандартной модели Шихмана-Ходжеса [17] с добавлением эмпирической функции зависимости крутизны от температуры. Для экстракции параметров SPICE-модели используется аналитический метод, который, по нашим расчетам, обеспечивает среднеквадратическую погрешность моделирования ВАХ 20%.

В работе [16] описана шаблонная модель JFET транзистора, основанная на разложении параметров стандартной модели JFET в степенной ряд по управляющему напряжению. Указанная модель не удобна для инженерных расчетов, поскольку описывается достаточно сложной функцией и для определения ее параметров требуется применение методов нелинейной оптимизации.

Вопрос моделирования суб-100 нм МОП-транзисторных и FinFET структур с учётом низкотемпературных эффектов также рассмотрен в литературе в недостаточной степени. Стандартные модели, встроенные в SPICE-симуляторы, предлагают недостаточную точность моделирования характеристик МОПТ в широком температурном диапазоне от комнатной до криогенной. В работе [21] представлены результаты моделирования МОП-транзисторов на объёмном кремнии с длиной канала 0,16 мкм и 40 нм при наличии криогенной температуры (4 К и ниже). Были идентифицированы встроенные параметры стандартных моделей ММ11 и PSP для единичных значений температуры (4 К и 100 мК). В работе [22] аналогичные результаты представлены для 28-нм КНИ МОП-транзисторов на базе упрощенной модели ЕКУ. Как и в предыдущем случае, параметры модели не являются непрерывными с температурой; даны только отдельные наборы параметров для нескольких отдельных значений температуры.

По итогам анализа литературы можно сделать вывод об отсутствии готового решения для компактного моделирования полевых транзисторов в диапазоне сверхнизких и сверхвысоких температур, включая процедуру экстракции параметров. Таким образом, целью данной работы является восполнение этого пробела.

Выводы по главе 1

1) все используемые в настоящее время коммерческие SPICE-модели JFET и МОПТ на объемном кремнии и на структурах КНИ/КНС справедливы

в ограниченном диапазоне температуры (-100°C...+125°C) и за пределами данного диапазона обладают существенной погрешностью моделирования.

2) необходимы новые решения для SPICE моделей МОПТ и JFET, расширяющий их диапазон рабочих температур от сверхнизких (от -200°С) до сверхвысоких (до +300°C), включая процедуру экстракции параметров.

Глава 2 Компактные SPICE-модели MOSFET транзисторов для расширенного диапазона температур (от -200°C до +300°C)

2.1 Методология учёта температурных эффектов в SPICE-моделях МОП-

транзисторов

Для построения температурных SPICE моделей MOSFET и JFET-транзисторов был использован единый подход, справедливый для всех температурных диапазонов. Суть его заключается в следующем:

1) в качестве базовой модели выбирается стандартная SPICE-модель, которая имеется в составе библиотек моделей коммерческих версий SPICE-подобных программ и удовлетворительно описывающая характеристики транзистора в стандартном диапазоне температур (-60°C.+150°C);

2) выбирается ряд параметров базовой модели, которые являются температурно-зависимыми, и для них вводятся новые полуэмпирические аппроксимации, справедливые в расширенном диапазоне температур от сверхнизких (-269°C) до сверхвысоких (+300°C и выше) (например, для деградации подвижности носителей заряда, порогового напряжения и др.);

3) в макромодель транзистора подключаются дополнительные схемные элементы (источники напряжения, резисторы и т.п.) - для учета температурных эффектов, которые не могут быть учтены с использованием выражений базовой модели.

В рамках конкретного температурного диапазона настройка SPICE-THERM модели для МОПТ конкретной структуры и конкретного назначения осуществляется с учетом рабочего диапазона, в котором работают конкретные ИС или СБИС использующие транзисторы данного типа.

Такой подход позволяет достаточно просто включать в SPICE-модель ряд дополнительных эффектов, которые ранее не учитывались на высоких и низких температурах.

2.2 SPICE-модели субмикронных КНИ МОП-транзисторов для расчета КМОП ИС в сверхшироком диапазоне температур (-200°C.. .+300°C)

Выбор стандартной SPICE-модели в качестве базовой модели определяется уровнем технологического процесса, особенностями тестовой структуры и полнотой набора SPICE-моделей в библиотеке симулятора.

Нами были выбраны следующие базовые SPICE-модели адекватно отражающие современный уровень КМОП-технологии и получившие наибольшее распространение у разработчиков БИС и схемотехников: BSIMSOI v.4.4 [25] для субмикронных КНИ МОПТ; PSP v.103 [26] и BSIM6 [27] для планарных нанометровых МОПТ на объемном кремнии, UTSOI v.2 [28] - для планарных нанометровых КНИ МОПТ с полным обеднением (UTBB FD SOI); BSIM-CMG (Common Multi-Gate) [29] для нанометровых (до 7 нм) и суб-100-нм FinFET на объемном кремнии и изолирующей подложке.

В табл. 2.1 приведены разработанные в диссертации температурные версии для 6 типов SPICE-моделей, а также внесенные нами дополнения и модификации, расширяющий температурный диапазон моделей.

На примерах конкретных МОПТ, изготавливаемых различными производителями (см. табл. 2.2), приведены оценки точности моделирования ВАХ в расширенном диапазоне температур.

Каждая из моделей, приведенной в табл. 2.1, подробно рассмотрены

ниже.

Таблица 2.1. Перечень компактных 8Р1СБ-моделей МОПТ, для которых разработаны ТИБЯМ-версии (знаком «+» отмечены учитываемые в них эффекты, которые определяют область практического применения конкретной модели)

И и Тип МОПТ Тип температурной модели

нн РЦ Субмикронные Нанометровые к _

№ »значение S модели 2 щ К ми ен бе С К Ы ом они ми ен бе С Н ы 1ир диапазо )0...+300°С Low-T (-200°C О ° 0 0 3 +( н - Примечание

ю О S * К аН 0 о <N а ад S

Введен дополнитель-

1 BSIM4 + + + ным управляемый источник напряжения для учета кинк-эффекта

Введены доп. аппрок-

2 BSIMSOI4 + + + + симирующие зависимости для параметров VTO, veff, SS, RD и токов утечки Ioff

Введены доп. аппрок-

3 BSIM6 + + + симирующие зависимости для параметров VTO, Mefr, SS, RD

Введены доп. аппрок-

4 BSIM-CMG + + + + + симирующие зависимости для параметров VTO, ¡ueff, SS, RD

Введены доп. аппрок-

5 PSP103 + + + симирующие зависимости для параметров VTO, ¡ueff, SS, RD

Введены доп. аппрок-

6 UTSOI2 + + + + + симирующие зависимости для параметров VTO, jueff, SS, RD и токов утечки Ioff

Таблица 2.2. Конструктивно-технологические разновидности МОП-транзисторов, для которых разработаны SPICE-THERM модели

№ Наименование технологии Фирма-изготовитель МОПТ, для которых проведена валидация

1 Субмикронные МОПТ на объемном кремнии Semiconductor Manufacturing International Corporation (SMIC), Шанхай, Китай

2 Субмикронные МОПТ со структурой "кремний-на-изоляторе" (КНИ) Institute of Microelectronics Chinese Academy of Sciences (IMECAS), Пекин, Китай; SOITEC, Изер, Франция

3 Субмикронные МОПТ со структурой "кремний-на-сапфире" (КНС) Peregrine Semiconductor Corporation (PSC), Сан-Диего, Калифорния, США

4 Высокотемпературные субмикронные МОПТ со структурой КНИ (до +300°С) ПАО "Микрон", Зеленоград; ФГУ ФНЦ НИИСИ РАН, Москва

5 Нанометровые МОПТ на объемном кремнии (28 нм) STMicroelectronics, Кроль, Франция

6 Нанометровые МОПТ со структурой КНИ (28 нм) STMicroelectronics, Кроль, Франция

7 Нанометровые КНИ МОПТ с ультратонкими слоями активного кремния и скрытого оксида итвв CEA-Leti, Гренобле, Франция

8 Суб-100 нм РтРЕТ на объемном кремнии Institute of Microelectronics Chinese Academy of Sciences (IMECAS), Пекин, Китай

9 Суб-100 нм РтБЕТ со структурой КНИ Interuniversity Microelectronics Centre (IMEC), Лювен, Бельгия

10 7-14 нм РтБЕТ GlobalFoundries, Санта-Клара, Калифорния, США

2.2.1 Описание базовой модели BSIMSOI

В качестве базовой модели для моделирования субмикронных МОПТ, изготовленных по технологии кремний на изоляторе (КНИ) с проектными нормами Lmin > 0,1-0,5 мкм, использовалась стандартная SPICE-модель BSIM-SOIv.4.4 [25], имеющаяся в составе большинства программ схемотехнического моделирования (MicroSim, Cadence Spectre, Mentor Graphics Eldo, Syn-opsys HSpice и др.).

Модель BSIMSOI4.4 построена на основе понятия порогового напряжения и учитывает большинство эффектов, связанных с малыми размерами прибора (эффекты короткого и узкого канала и др.), а также все режимы работы КНИ МОПТ (с полным, неполным и частичным обеднением).

Благодаря встроенным в модель зависимостям от геометрических и технологических параметров МОПТ, возможно охватить в рамках одного набора параметров весь диапазон длин и ширин каналов всей тестовой структуры.

В стандартной модели BSIMSOI4.4 зависимость тока стока имеет вид:

I

I

DS 0

DS MOSFET

1 + RDS-^DS о/ VDSeff

1 +

V™ - Vn

V,

где IDSо =

w

L .v

ox T gst ,eff

l

L

1 - A

v

DSL

bulk

2K L + ( )

v

DSeff

1 + VDSeff

E L

sat eff

(2.1)

(2.2)

^ = /(U0,UA,UB), ^,е// = /(У08 - Утн).

Уравнение (2.1) представляет собой сочетание отдельных выражений для линейных областей и областей насыщения, подпороговых областей и областей инверсии. Уравнения BSIMSOI содержат множество других величин, определяемых сглаживающими функциями, например, напряжения стока и затвора и УвБ, длина Ь и ширина Ж прибора, подвижность носителей

В стандартной модели BSIMSOI4.4 для ряда параметров имеются встроенные математические выражения, которые задают линейную зависимость параметра от температуры для всех параметров, кроме 00 - подвижности носителей при малых напряжениях выводов, - температурная зависимость которого описывается гиперболической функцией.

Зависимость порогового напряжения КНИ МОПТ от температуры описывается выражением:

с

Утн (Т) = Утн (Тпоп ) +

кт т

кт +КТ2 -у^

V

т

е//

т

/

т

поп

1

(2.3)

где Тпоп - номинальная температура в К, при которой получены основные электрические характеристики КНИ МОП-транзистора; Т - текущая температура в К; Утн - пороговое напряжение; КТ\ - температурный коэффициент порогового напряжения; кт2 - коэффициент смещения подложки для Утн; Кт\Т - зависимость кт\ от длины канала Те/ МОП КНИ транзистора.

Зависимости четырех параметров SPICE-модели, характеризующих подвижность носителей заряда в КНИ МОПТ, от температуры задаются выражениями:

О 0(т) = О 0(ГоОП)

г т ^отЕ

т

V поп у

ОХ (т) = ох (тпоп) + ох\

где: X = А, В, С

_т__

т ,

поп

(2.4)

(2.5)

Скорость носителей заряда УяАт в режиме насыщения описывается выражением:

УзАт (т) = УзАт (тпоп) - Ат

т

1

т

поп

(2.6)

Температурная зависимость сопротивления стока-истока Яббш описывается выражением:

Rdsw (T) = RDSW (Tnom ) + PRT

i T л

—— 1

T

V nom J

(2.7)

В выражениях (2.4)-(2.7) U0 - подвижность носителей заряда в канале; UA, UB, UC - коэффициенты деградации подвижности; UTE - температурная экспонента подвижности; UA i, UB\, UCi - температурные коэффициенты для UA, UB, UC соответственно; AT - температурный коэффициент скорости насыщения Vsat; PRT - температурный коэффициент для Rdsw.

Выражения (2.3)-(2.7) обеспечивают удовлетворительную точность расчета ВАХ в ограниченном температурном диапазоне (-100°C...+125°C) и не могут применяться для моделирования схем в сверхшироком диапазоне температур (-200°C.+300°C).

2.2.2 Модификация модели BSIMSOI для сверхширокого диапазона

температур

В диссертационной работе с использованием универсального подхода была разработана компактная SPICE-THERM модель для субмикронных КНИ МОПТ, справедливая в сверхшироком диапазоне температур от -200°C до +300°C [24], [30].

Ядром этой модели является встроенная в SPICE стандартная модель BSIMSOI4.4 с дополнительно введенными полуэмпирическими зависимостями, учитывающие температурные изменения параметров, отвечающих за пороговое напряжение (VTH0), подвижность (U0, UA, UB), напряжение насыщения (VSAT), последовательное сопротивление (RDSW), предпороговый наклон (VOFF, NFACTOR), ток утечки ^-«-переходов (JDIFS, IDREC) и др. По сравнению с другими моделями, например [10] и [13], дополнительно учтены зависимость тока утечки ^-«-переходов, возникающего при влиянии сверхвысокого диапазона температур (до +300 °С), нелинейный сдвиг порогового напряжения, а также зависимость предпорогового наклона сток-затворной ВАХ в криогенном диапазоне.

При изменении температуры все параметры модели, кроме подвижности, предпорогового наклона и токов утечки, меняются в соответствии с полиномиальной функцией вида:

Р (Т ) = Ро + А

Т -1

Т

\ пот /

+ Р2

Т-1

Т

пот

+...

(2.8)

Зависимость подвижности от температуры выражается гиперболической функцией вида:

ио (Т ) = ио (Тпот У

А

г т ^ри1

и 0

Т

V пот у

(2.9)

Зависимость коэффициента предпорогового наклона ЫЕЛСТОЯ выражается функцией:

тлсТОя (т ) = шлсТОя (Тпот) /

/

А

п/аоХот 0 + Р п/аоХот1

Т- -1

Т

пот

+ А

п/аоХот 2

Т

2

1

Т

пот

(2.10)

Зависимость коэффициента тока утечки ЮШС выражается функцией:

ЮЯЕС (Т) = й1 • ехр(^2 • Т) (2.11)

В выражениях (2.8)—(2.11) Т - температура в К, Тпот - нормальная температура в К.; Ро, Р1, Рио, Ри1, Рп/аохог0, Рп/аохот1 и т.д. - подгоночные коэффициенты, которые составляют набор статических температурно-зависимых параметров модели. При этом встроенные температурные коэффициенты базовой модели должны быть обнулены.

2.2.3 Пример характеризации 0,35-мкм КНИ МОПТ в сверхшироком диапазоне температур (-200°С... +300°С)

Возможности разработанной БРГСБ-модели в диапазоне Т = -200°С...+300°С проиллюстрированы на примере расчета ВАХ КНИ

W/L = 5/0.35 мкм \/си = 0.05 В

< о

Б

i£ '

о

о 1

Напряжение затвора V3M, В

(а)

W/L = 5/0.35 мкм Узи = 3 в

Т= 300°С, 250°С, 200°С, 150°С, 100°С, 27°С, -23°С, -73°С, -123°С, -187°С

1 2 Напряжение стока \/си, В

(б)

Рис.

2.4. Измеренные [31] (символы) и смоделированные (линии) сток-затворные (а) и выходные (б) ВАХ КНИ п-МОПТ с Ж/Ь = 5/0,35 мкм в диапазоне

Т = -200...+300°С

2 1.8 1.6 1.4 1.2 1

0.8 0.6 0.4

Hejj(T)/Hejj(Tnom)

AVTH0

\—

-

-

, , T, °CoN$

0.15 0.1 0.05 0

-0.05 -0.1 -0.15 -0.2

-0.25

S(T)/S(T«om) LOG[Idrec(T)]

0

- < Г—►

- <—— ' T, °C

1.E+00

1.E-01

1. E-02

1.E-03

-200 -100

0 100 200 300 а)

-200 -100 0

100 200 300 б)

Рис. 2.5. Изменение порогового напряжения VTH0, подвижности и (а), предпоро-гового наклона S и коэффициента тока утечки Idrec (б) с температурой (значки -вычисления по измеренным данным [31], линии - аппроксимация)

МОП-транзистора, изготовленного на КНИ пластине UNOBOND с проектными нормами Lmin = 0,35 мкм фирмой SOITEC [31]. Параметры структуры: tSi = 215 нм, tox = 8 нм, tbox = 400 нм.

На рис. 2.4 представлено сравнение результатов измерения [хх] и расчёта по разработанной SPICE-THERM модели на основе BSIMSOI4.4 сток-затворных и выходных характеристик n-канального КНИ МОП-транзистора с W/L = 5/0,35 мкм в диапазоне температуры -187°C... +300°C.

3

2

1

Сопоставление результатов расчёта параметров модели по экспериментальным и по смоделированным характеристикам транзистора приведено на рис. 2.5

Погрешность расчёта ВАХ для разработанной модели составляет не более 10% во всем температурном диапазоне.

Результаты моделирования показывают, что при увеличении температуры возрастает ток утечки через переход сток-подложка вследствие тепловой генерации носителей, и при температуре T = +300°C достигает значения 10-9 нА; пороговое напряжение уменьшается на 220 мВ, а подвижность примерно в 2 раза.

С другой стороны, несмотря на увеличение порогового напряжения в криогенном диапазоне температур, возрастает ток стока ID вследствие резкого увеличения подвижности носителей в канале, уменьшается предпороговый наклон.

2.2.3.1 Пример моделирования фрагментов ИМС в сверхшироком диапазоне

температур (-200°C... +300°C)

С использованием полученной SPICE-THERM версии модели BSIM-SOI4.4 были исследованы электрические характеристики цифровой схемы полного сумматора на КНИ КМОП транзисторах [24] в диапазоне температур -200°C...+300°C. Схема состоит из 28 МОПТ; частота входного импульсаf= 500 МГц, напряжение питания VDD = 1,8 В (см. рис. 2.6). Моделирование было выполнено с помощью программы HSpice H-2013.03.

Результаты моделирования показывают незначительное снижение динамических параметров выходных сигналов, но при этом сохраняется работоспособность схемы.

Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Исмаил-Заде Мамед Рашидович, 2022 год

Список использованной литературы

1. Cressler J. D., Mantooth H. A. (ed.). Extreme environment electronics. - CRC Press, 2017

2. Patterson R.L. Assessment of Electronics for Cryogenic Space Exploration Missions. Cryogenics. Vol. 46. N2-3. 2006. P. 231-236.

3. Cressler J.D. Low-Temperature Electronics. 6th International Planetary Probe Workshop. Atlanta. Georgia. Short Course on Extreme Environments Technologies. 21.06.2008.

4. M. A. Green, Intrinsic concentration, effective densities of states, and effective mass in silicon, Journal of Applied Physics 67, 2944 (1990);

5. Sze, S. M. (1981). Physics of semiconductor devices. New York: J. Whiley and Sons.

6. Gutierrez-D, E. A., Deen, J., & Claeys, C. (Eds.). (2000). Low temperature electronics: physics, devices, circuits, and applications. Academic Press.

7. A. Schmidt, "Analog Circuit Design in PD-SOI CMOS Technology for High Temperatures up to 400°C using Reverse Body Biasing (RBB)," Universität Duisburg-Essen, Fakultät für Ingenieurwissenschaften» Elektrotechnik und Informationstechnik, 2014. P. 193.

8. Jeon D. S., Burk D. E. A temperature-dependent SOI MOSFET model for high-temperature application (27°C-300°C) IEEE Trans. Electron Devices 1991, 38(9), pp. 2101-2111.

9. Petrosyants K. O., Lebedev S. V., Sambursky L. M., Stakhin V. G., & Kharitonov I. A. Temperature characterization of small-scale SOI MOSFETs in the extended range (to 300° C) //Thermal Investigations of ICs and Systems (THERMINIC), 2016 22nd International Workshop on. - IEEE, 2016. - C. 250-254.

10. Petrosyants K. O., Kharitonov I. A., Lebedev S. V., Sambursky L. M., Safonov S. O., Stakhin V. G. Electrical characterization and reliability of submicron SOI

CMOS technology in the extended temperature range (to 300°C) // Microelectronics and Reliability. 2017. Vol. 79. P. 416-425.

11. Mousa, R., Planson, D., Morel, H., & Raynaud, C. (2007, September). High temperature characterization of SiC-JFET and modelling. In 2007 European Conference on Power Electronics and Applications (pp. 1-10). IEEE.

12. Funaki T. et al. Characterization of SiC JFET for temperature dependent device modeling //2006 37th IEEE Power Electronics Specialists Conference, IEEE, 2006, pp. 1-6.

13. Hongliang Zhao, Xinghui Liu. Modeling of a standard 0.35 um CMOS technology operating from 77 K to 300 K//Cryogenics 59, 2014, pp. 49-59.

14. A. Akturk, K. Eng, J. Hamlet, S. Potbhare, E. Longoria, R. Young, M. Peckerar, T. Gurrieri, M.S. Carroll, N. Goldsman Compact Modeling of 0.35 ^m SOI CMOS Technology Node for 4 K DC Operation using Verilog-A//Journal Microelectronic Engineering, December 2010, Vol. 87, Issue 12, pp. 25182524.

15. Dvornikov, O. V., Dziatlau, V. L., Prokopenko, N. N., Petrosiants, K. O., Kozhukhov, N. V., & Tchekhovski, V. A. (2017, June). The accounting of the simultaneous exposure of the low temperatures and the penetrating radiation at the circuit simulation of the BiJFET analog interfaces of the sensors. In Control and Communications (SIBCON), 2017 International Siberian Conference on (pp. 1-6). IEEE.

16. Pilipenko A.M., Biryukov V.N., Prokopenko N.N. A Template Model of Junction Field-Effect Transistors for a Wide Temperature Range // 2019 IEEE East-West Design & Test Symposium (EWDTS), Batumi, Georgia. 2019. P. 1-4.

17. Shichman H., & Hodges D. A. Modeling and simulation of insulatedgate field-effect transistor switching circuits. IEEE Journal of Solid-State Circuits, 3(3), pp. 285-289. (1968).

18. Statz H., Newman P., Smith I., Pucel R., Haus H. GaAs FET device and circuit simulatin in spice. IEEE Trans. Electron Devices, 1987, vol. ED-34, pp. 160169.

19. J. Ardelean, A. Hrisoho, K. Truong, P.F. Manfredi, V. Speziali, F. Svelto, M. Citterio, "Preamplifiers for room temperature and cryogenic calorimetry applications based on DMILL technology", Nuclear Instruments and Methods in Physics Research, 1996, vol. A376, pp. 217-224.

20. Харитонов И. А., Четвериков И. А., Кузин Е. Ю., Исмаил-Заде М. Р. Определение параметров SPICE-моделей МОПТ при низких температурах (до минус 200°C) // Труды НИИСИ РАН. 2017. Т. 7. № 2. С. 41-45.

21. Incandela, R. M., Song, L., Homulle, H., Charbon, E., Vladimirescu, A., & Sebastiano, F. (2018). Characterization and compact modeling of nanometer CMOS transistors at deep-cryogenic temperatures. IEEE Journal of the Electron Devices Society, 6, 996-1006.

22. Beckers, A., Jazaeri, F., Bohuslavskyi, H., Hutin, L., De Franceschi, S., & Enz, C. (2019). Characterization and modeling of 28-nm FDSOI CMOS technology down to cryogenic temperatures. Solid-State Electronics, 159, 106-115.

23. Petrosyants, K. O., Ismail-zade, M. R., Sambursky, L. M., Dvornikov, O. V., Lvov, B. G., & Kharitonov, I. A. (2018, March). Automation of parameter extraction procedure for Si JFET SPICE model in the -200...+110°C temperature range. In 2018 Moscow Workshop on Electronic and Networking Technologies (MWENT) (pp. 1-5). IEEE.

24. Petrosyants K. O., Sambursky L. M., Kozhukhov M. V., Ismail-zade M. R., Kharitonov I. A., Li B. SPICE Compact BJT, MOSFET and JFET Models for ICs Simulation in the Wide Temperature Range (from -200°C to +300°C) // IEEE Transactions on Computer-Aided Design of Integrated Circuits and Systems. 2021. Vol. 40. No. 4. P. 708-722.

25. Yang, W., Lin, C. H., Morshed, T. H., Lu, D., Niknejad, A., & Hu, C., "BSIMSOIv4.4 MOSFET model users' manual," EECS Dept., Univ. California, at Berkeley, Berkeley, CA, USA, Dec. 2010.

26. Li X., et al. PSP 103.1 // PSP model is a joint development of Arizona, Univ. NXP Semicond. Res., Phoenix, AZ, USA, Tech. Note NXP-R-TN-2008/00299, Apr. 2009.

27. Chauhan, Y. S., Karim, M. A., Venugopalan, S., Agarwal, H., Thakur, P., Paydavosi, N., ... & Hu, C., "BSIM6.0 MOSFET compact model," Dept. Elect. Eng. Comput. Sci., Univ. California, Berkeley, CA, USA, Tech. Rep., 2013.

28. Poiroux, T., Rozeau, O., Scheer, P., Martinie, S., Jaud, M. A., Minondo, M., ... & Vinet, M., "Leti-UTSOI2.1: A compact model for UTBB-FDSOI technologies—Part II: DC and AC model description," IEEE Trans. Electron Devices, vol. 62, no. 9, pp. 2760-2768, Sep. 2015.

29. Sriramkumar, V., Paydavosi, N., Duarte, J., Lu, D., Lin, C. H., Dunga, M., ... & Hu, P. C., "BSIM-CMG 107 Multi-Gate MOSFET Compact Model Technical Manual," Berkeley University Device Group, 2013.

30. Исмаил-Заде М. Р. SPICE-модели JFET и MOSFET в широком диапазоне температур // Известия высших учебных заведений. Электроника. 2020. Т. 25. № 1. С. 40-47.

31. Li Y., Niu G., Cressler J.D., Patel J., Liu S.T., Reed R.A., Blalock B.J. The operation of 0.35 ^m partially depleted SOI CMOS technology in extreme environments. Solid-State Electronics, 2003, vol. 47, no. 6, pp. 1111-1115.

32. Petrosyants K. O., Lebedev S. V., Sambursky L. M., Stakhin V. G., Kharitonov I. A., Ismail-zade M. R., Ignatov P. V. High temperature submicron SOI CMOS technology characterization for analog and digital applications up to 300°C, in: 33rd Thermal Measurement, Modeling & Management Symposium (SEMI-THERM). PROCEEDINGS 2017. Denver: IEEE, 2017. P. 229-234.

33. Исмаил-Заде М. Р. Подход к экстракции параметров SPICE-моделей субмикронных КНИ МОПТ с учетом повышенной температуры (до 300°C) // В кн.: Межвузовская научно-техническая конференция

студентов, аспирантов и молодых специалистов им. Е.В. Арменского. Сборник тезисов. М.: МИЭМ НИУ ВШЭ, 2017. С. 282-283.

34. Lev M. Sambursky, Dmitry A. Parfenov, Mamed R. Ismail-zade, Alexander S. Boldov, Borislav S. Dubyaga. Prediction of High-Temperature Operation (up to +300°C) of Reference Voltage Source Built with Temperature-Tolerant Production Technology, in: Proceedings of IEEE East-West Design & Test Symposium (EWDTS'2018). IEEE Computer Society, 2018. P. 609-613.

35. Hassan, A., Gosselin, B., & Sawan, M. (2015, December). Ultra-low power CMOS voltage reference for high temperature applications up to 300° C. In 2015 IEEE International Conference on Electronics, Circuits, and Systems (ICECS) (pp. 77-80). IEEE.

36. Boufouss, E. H., Francis, L. A., Kilchytska, V., Gérard, P., Simon, P., & Flandre, D. (2013). Ultra-low power high temperature and radiation hard complementary metal-oxide-semiconductor (CMOS) silicon-on-insulator (SOI) voltage reference. Sensors, 73(12), 17265-17280.

37. Xie, B., Li, B., et al. Effect of cryogenic temperature characteristics on 0.18-^m silicon-on-insulator devices. Chinese Physics B, 25(7), 2016, 078501.

38. Ferrari G. Measurement Currents Below 4K. Cryogenic Electronics. Milano. November 22. 2012.

39. Ismail-zade M. R., Petrosyants K. O., Sambursky L. M., Zhang X., Li B., Luo J., Han Z. SPICE Modeling of Small-Size Bulk, SOI and SOS MOSFETs at Deep-Cryogenic Temperatures, in: 2020 26th International Workshop on Thermal Investigations of ICs and Systems (THERMINIC). IEEE, 2020. P. 97 -103.

40. Liu, W. Y., Feng, Q., & Ding, R. J., "Impact of kink effect on CMOS readout circuits for cryogenic operation," Laser & Infrared, vol. 37, pp. 990-992, 2007.

41. S.R. Ekanayake, T. Lehmann, A.S. Dzurak, R.G. Clark, A. Brawley, "Characterization of SOS-CMOS FETs at low temperatures for the design of integrated circuits for quantum bit control and readout," IEEE Trans Electron Devices, 57 (2) (2010), pp. 539-547.

42. M.N. Ericson, C.L. Britton, J.M. Rochelle, B.J. Blalock, B.D. Williamson, R.L. Greenwell, R. Schultz. High temperature DC characterization of fully-depleted 0.5^m SOS-CMOS MOSFETs for analog circuit design // In 2003 IEEE International Conference on SOI. IEEE. 2003. p. 89-91.

43. Xie, Q., Lin, X., Wang, Y., Chen, S., Dousti, M. J., & Pedram, M. (2015). Performance comparisons between 7-nm FinFET and conventional bulk CMOS standard cell libraries. IEEE Transactions on Circuits and Systems II: Express Briefs, 62(8), 761-765.

44. H. Cai, Y. Wang, W. Zhao, and L. A. B. Naviner, "Multiplexing sense-amplifier-based magnetic flip-flop in a 28-nm FDSOI technology," IEEE Trans. Nanotechnol., vol. 14, no. 4, pp. 761-767, Jul. 2015.

45. Денисенко В. В. Компактные модели МОП-транзисторов для SPICE в микро- и наноэлектронике / В. В. Денисенко. - М.: ФИЗМАТЛИТ, 2010. - 408 с.

46. Петросянц К. О., Исмаил-Заде М. Р., Самбурский Л. М., Харитонов И. А., Силкин Д. С. SPICE-модели для учета радиационных и низкотемпературных эффектов в суб-100 нм МОП-транзисторных структурах // Наноиндустрия. 2020. Т. 13. № S5-2. С. 386-392.

47. H. Bohuslavskyi, S. Barraud et al., "28nm Fully-depleted SOI technology: Cryogenic control electronics for quantum computing," in 2017 Silicon Nanoelectronics Workshop (SNW), 2017, pp. 143-144.

48. Jansson, J. P., Keranen, P., Kostamovaara, J., & Baschirotto, A. "CMOS technology scaling advantages in time domain signal processing." 2017 IEEE International Instrumentation and Measurement Technology Conference (I2MTC). IEEE, 2017.

49. Beckers, A., Jazaeri, F., Bohuslavskyi, H., Hutin, L., De Franceschi, S., & Enz, C. "Characterization and modeling of 28-nm FDSOI CMOS technology down to cryogenic temperatures," Solid-State Electronics, vol. 159, pp. 106-115, 2019.

50. Kilchytska, V., Arshad, M. M., Makovejev, S., Olsen, S., Andrieu, F., Poiroux, T., ... & Flandre, D. (2012). Ultra-thin body and thin-BOX SOI CMOS technology analog figures of merit. Solid-State Electronics, 70, 50-58.

51. Fan, L. J., Bi, J. S., Fan, X., Xu, G. B., Xu, Y. N., Xi, K., & Zhang, Z. G. (2020, November). Cryogenic Characterization of Nano-scale Bulk FinFETs. In 2020 IEEE 15th International Conference on Solid-State & Integrated Circuit Technology (ICSICT) (pp. 1-3). IEEE.

52. Toan, H. L. M., Singh, S. S., & Maity, S. K. (2021). Analysis of Temperature Effect in Quadruple Gate Nano-scale FinFET. Silicon, 13(7), 2077-2087.

53. Каталог разработок Российско-Белорусского центра аналоговой микросхемотехники / Н.Н. Прокопенко, С.Г. Крутчинский, Е.И. Старченко и др. - Шахты: ГОУ ВПО «ЮРГУЭС», 2010. - 479 с.

54. Kostopoulos K., Bucher M., Kayambaki M., Zekentes K. A compact model for silicon carbide JFET // Proc. of the 2nd Pan-Hellenic Conference on Electronics and Telecommunications (PACET'12). - 2012. - P. 1-4.

55. Antognetti P., Massobrio G. Semiconductor device modeling with SPICE. -Second Edition. - McGraw-Hill, Inc., 1993. - 479 p.

56. Петросянц К. О., Исмаил-Заде М. Р., Самбурский Л. М. Особенности моделирования ВАХ JFET-транзисторов в диапазоне криогенных температур // Известия высших учебных заведений. Электроника. 2019. Т. 24. № 2. С. 174-184.

57. K. O. Petrosyants, M. R. Ismail-Zade, L. M. Sambursky. The Special Features of Simulation of the Current-Voltage Characteristics of JFETs in the Cryogenic Temperature Range // Russian Microelectronics. 2020. Vol. 49. No. 7. P. 501506.

58. Petrosyants K. O., Ismail-zade M. R., Sambursky L. M. Compact Si JFET Model for Cryogenic Temperature // Cryogenics. 2020. Vol. 108. P. 1-6.

59. Patil, A. C., Fu, X. A., Anupongongarch, C., Mehregany, M., & Garverick, S. L. 6H-SiC JFETs for 450°C Differential Sensing Applications. Journal of microelectromechanical systems, 18(4), 2009, pp. 950-961.

60. Soong, C. W., Patil, A. C., Garverick, S. L., Fu, X., & Mehregany, M. (2012). 550°C Integrated Logic Circuits using 6H-SiC JFETs. IEEE electron device letters, 33(10), 1369-1371.

61. Sreelakshmi K., Satyam M. Estimation of low temperature characteristics of JFETs from their room-temperature characteristics // Cryogenics. - 1996. -Vol. 36. - N. 5. - P. 325-331.

62. Таперо К.И., Улимов В.Н., Членов А.М., Радиационные эффекты в кремниевых интегральных схемах космического применения // - М.: БИНОМ. Лаборатория знаний, 2012. - 304 с.

63. R. Arora, Z.E. Fleetwood, En Xia Zhang, N.E. Lourenco, J.D. Cressler, D.M. Fleetwood, R.D. Schrimpf, A.K. Sutton, G. Freeman and B. Greene, "Impact of Technology Scaling in sub-100 nm nMOSFETs on Total-Dose Radiation Response and Hot-Carrier Reliability", IEEE Trans. on Nuclear Science, Vol. 61, No.3, pp. 1426 - 1432, 2014.

64. Goel A. K., Tan T. H. High-temperature and self-heating effects in fully depleted SOI MOSFETs // Microelectronics journal. - 2006. - Т. 37. - №№. 9. -С. 963-975.

65. Petrosyants K. O., Sambursky L. M., Kharitonov I. A., Ismail-zade M. R. Generalized Test Automation Method for MOSFET's Including Characteristics Measurements and Model Parameters Extraction for Aero-Space Applications, in: Proceedings of XV IEEE East-West Design & Test Symposium (EWDTS'2017). Piscataway: IEEE, 2017. P. 504-511.

66. Petrosyants K. O., Kharitonov I. A., Sambursky L. M., Ismail-zade M. R. Complex for automated measurement and processing of BJTs and MOSFETs characteristics for extremal applications, in: 2016 International Siberian Conference on Control and Communications (SIBCON). Proceedings. M.: HSE, 2016. P. 1-4.

67. Бобровский Д.В. и др. Реализация базовых методов радиационных испытаний ЭКБ на основе аппаратно-программного комплекса

аппаратуры National Instruments. Известия вузов. Электроника, № 5 (97). - 2012, с. 91-104.

68. https://www.keysight.com/ru/ru/industries/semiconductor.html

69. https://www.ni.com/ru-ru/solutions/semiconductor.html

70. https://www.rohde-schwarz.com/ru/home_48230.html

71. Самбурский Л.М., Исмаил-Заде М.Р., Петросянц К.О., Харитонов И.А. Программа для определения параметров моделей биполярных транзисторов с учётом температурного воздействия на основе результатов измерений их электрических характеристик. Свидетельство о регистрации программы для ЭВМ RU 2019614991, 16.04.2019. Заявка № 2019613506 от 22.03.2019.

72. Самбурский Л.М., Исмаил-заде М.Р., Четвериков И.А., Петросянц К.О., Харитонов И.А. Программа для определения основных параметров субмикронных МОП-транзисторов на основе результатов измерений их электрических характеристик "MOSPEDIUM". Свидетельство о регистрации программы для ЭВМ RU 2017663307, 28.11.2017. Заявка № 2017610866 от 02.02.2017.

73. Petrosyants, K. O.; Dvornikov, O. V.; Prokopenko, N. N.; Kozhukhov, M. V. Extension of standard SPICE SiGe HBT models in the cryogenic temperature range. In Proceedings of the Thermal Investigations of ICs and Systems (THERMINIC 2017), 2017 23rd International Workshop on, pp. 1-5.

74. Mamed R. Ismail-zade, Aleksandr Y. Romanov, Egor Y. Kuzin, Vladimir S. Danykin, Igor A. Chetverikov. Hardware-Software System for Automation of Characteristics Measurement of SOI CMOS VLSI Elements under Extreme High Temperature Conditions (up to 300°C), in: Proceedings of the 2017 IEEE Russia Section Young Researchers in Electrical and Electronic Engineering Conference (2017 ElConRus) Part 2. M.: IEEE, 2017. P. 423-428.

75. Самбурский Л. М., Исмаил-Заде М. Р., Кузин Е. Ю., Четвериков И. А., Даныкин В. С. Исследование характеристик и определение параметров SPICE-моделей субмикронных КНИ МОПТ в диапазоне температуры до

300°С // В кн.: XVI Всероссийская научно-техническая конференция «Электроника, микро- и наноэлектроника»: 3 - 7 июля 2017 года, г. Суздаль, Россия. М.: НИИСИ РАН, 2017. С. 55-56.

76. Петросянц К. О., Харитонов И. А., Самбурский Л. М., Исмаил-Заде М. Р., Стахин В. Г., Лебедев С. В. Характеризация элементов высокотемпературных КМОП ИС // В кн.: Проблемы создания специализированных радиационно-стойких СБИС на основе гетероструктур. XVII научно-практический семинар с международным участием: сборник трудов. Н. Новгород: ФГУП «ФНПЦ НИИИС им. Ю.Е. Седакова», 2017. С. 76-79.

77. Лебедев С. В., Петросянц К. О., Самбурский Л. М., Стахин В. Г., Харитонов И. А., Исмаил-Заде М. Р. Исследование характеристик КНИ МОП-транзисторов высокотемпературных ИС (до +300°С) при уменьшении размеров до 0,18 мкм. // В кн.: Международной форум "Мик-роэлектроника-2016". 2-я научная конференция "Интегральные схемы и микроэлектронные модули". М.: Техносфера, 2016. С. 237-238.

78. Петросянц К. О., Попов Д. А., Самбурский Л. М., Исмаил-Заде М. Р., Харитонов И. А. Экспериментальное исследование и моделирование ВАХ субмикронных МОП-транзисторов в диапазоне температуры -200...+300°С // В кн.: XVII Всероссийская научно-техническая конференция «Электроника, микро- и наноэлектроника»: 14 - 18 мая 2018 года, г. Суздаль, Россия. М.: НИИСИ РАН, 2018. С. 67-68.

79. Петросянц К. О., Харитонов И. А., Самбурский Л. М., Исмаил-Заде М. Р. Принципы разработки библиотек SPICE-моделей электронных компонентов для ответственных применений отечественного производства // В кн.: Международный форум «Микроэлектроника-2018». Сборник тезисов. Республика Крым, г. Алушта, 01-06 октября 2018 г. М.: Техносфера, 2018. С. 308-312.

80. Петросянц К.О., Исмаил-заде М.Р., Самбурский Л.М., Харитонов И.А. БР1СЕ-модели полевых транзисторов со структурой МОББЕТ и !БЕТ для

расширенного диапазона температуры до -200°C // Проблемы разработки перспективных микро- и наноэлектронных систем. 2018. Выпуск 3. С. 111-117.

81. Dvornikov, O. V., Prokopenko, N. N., Pakhomov, I. V., & Bugakova, A. V. (2016, October). The analog array chip AC-1.3 for the tasks of tool engineering in conditions of cryogenic temperature, neutron flux and cumulative radiation dose effects. In East-West Design & Test Symposium (EWDTS), 2016 IEEE (pp. 1-4). IEEE.

Приложение 1

РОССИЙСКАЯ ФЕДЕРАЦИЯ

RU 2019614991

ФЕДЕРАЛЬНАЯ СЛУЖБА ПО ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ

ГОСУДАРСТВЕННАЯ РЕГИСТРАЦИЯ ПРОГРАММЫ ДЛЯ ЭВМ

Номер регистрации (свидетельства): Автор(ы):

2019614991 Самбурский Лев Михайлович (1Ш),

Дата регистрации: 16.04.2019 Исмаил-Заде Мамед Рашидович (иг),

Петросянц Константин Орестович (1Ш),

Номер и дата поступления заявки: Харитонов Игорь Анатольевич (1Ш)

2019613506 22.03.2019 Правообладатель(и):

Дата публикации и номер бюллетеня: федеральное государственное бюджетное

16.04.2019 Бюл. № 4 научное учреждение

«Научно-исследовательский институт

Контактные реквизиты: перспективных материалов и технологий» (ЬШ)

[e-mail]., 8-499-283-60-63

Название программы для ЭВМ:

Программа для определения параметров моделей биполярных транзисторов с учётом температурного воздействия на основе результатов измерений их электрических характеристик

Реферат:

Программа предназначена для автоматизированного определения полного набора параметров модели GP субмикронных и дискретных биполярных транзисторов на основе результатов измерений их электрических характеристик, а также определения температурных коэффициентов аппроксимирующих функций зависимостей основных параметров от температуры. Программа представляет собой скрипт, предназначенный для интерпретирования в рамках системы экстракции параметров IC-CAR Входными данными программы является набор текстовых файлов формата MDM, содержащих результаты измерений статических и ёмкостных семейств характеристик, каждый из которых соответствует одному экземпляру транзистора. Выходными данными программы является текстовый файл формата CIR, содержащий полную SPICE-директиву .MODEL для исследуемого биполярного транзистора в виде, пригодном для подключения к электрической схеме в SPICE-подобном симуляторе. Единицы измерения значений параметров модели в выходном файле соответствуют требованиям руководства пользователя модели.

Язык программирования: Объем программы для ЭВМ:

PEL

21 Кб

РОССИЙСКАЯ ФЕДЕРАЦИЯ

RU 2017663307

ФЕДЕРАЛЬНАЯ СЛУЖБА ПО ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ

ГОСУДАРСТВЕННАЯ РЕГИСТРАЦИЯ ПРОГРАММЫ ДЛЯ ЭВМ

Номер регистрации (свидетельства): 2017663307

Дата регистрации: 28.11.2017

Номер и дата поступления заявки: 2017610866 02.02.2017

Дата публикации: 28.11.2017

Контактные реквизиты: 105187, Москва, ул. Щербаковская, 53, e-mail: [e-mail], тел.: [phone]

Авторы:

Самбурский Лев Михайлович (ГШ), Исмаил-заде Мамед Рашидович (иг), Четвериков Игорь Александрович (1Ш), Петросянц Константин Орестович (1Ш), Харитонов Игорь Анатольевич (1Ш)

Правообладатель:

Федеральное государственное бюджетное научное учреждение «Научно-исследовательский институт перспективных материалов и технологий» (1Ш)

Название программы для ЭВМ:

Программа для определения основных параметров субмикронных МОП-транзисторов на основе результатов измерений их электрических характеристик "Mospedium"

Реферат:

Программа предназначена для автоматизированного расчёта основных параметров субмикронных МОП-транзисторов: порогового напряжения, подвижности носителей заряда, предпорогового наклона - на основе результатов измерений их электрических характеристик. Программа представляет собой скрипт, предназначенный для интерпретирования в рамках системы экстракции параметров IC-CAR Входными данными программы является набор текстовых файлов формата MPS, содержащих результаты измерений семейств сток-затворных характеристик, каждый из которых соответствует одному экземпляру транзистора. Выходными данными программы является текстовая табулированная таблица, содержащая для каждого транзистора значения рассчитанных параметров в единицах СИ.

Тип реализующей ЭВМ:

IBM РС-совмест. ПК

Язык программирования: PEL

Вид и версия операционной системы: Windows XP/Vista/7/8; RHEL 4/5/6 Объем программы для ЭВМ: 6,4 Кб

Приложение 2

_МИНИСТЕРСТВО НАУКИ И ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ_

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ НАУЧНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ «НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ИНСТИТУТ ПЕРСПЕКТИВНЫХ МАТЕРИАЛОВ И ТЕХНОЛОГИЙ» _(ФГБНУ «НИИ ПМТ»)_

Юр. адрес: 115054, г. Москва, ул. М. Пионерская, 12. Факт, адрес: 105187, г. Москва, ул. Щербаковская, д. 53 Тел./факс [phone]. e-mail: [e-mail], [e-mail]. web-сайт: www.niipmt.ru ИНН/КПП 7705022687 / 770501001, ОГРН1027739914025, ОКПО 41103195, ОКТМО 45376000. ОКВЭД 72.19, ОКОПФ 75103

Исх. № df от 20jfz.

На №_от_20_г.

АКТ

об использовании результатов кандидатской диссертации Исмаил-Заде М.Р. на тему «Разработка и исследование схемотехнических SPICE-моделей MOSFET и JFET-транзисторов с учетом тепловых эффектов»

Настоящий акт составлен в том, что в ФГБНУ «НИИ ПМТ» использованы научные и практические результаты диссертационной работы Исмаил-Заде М.Р., в том числе:

1) SPICE-модель КМОП транзисторов с размерами канала 0,5-0,18 мкм, учитывающая температурные эффекты была использована при выполнении НИР:

- по исследованию и моделированию характеристик КМОП КНИ схем экстремальной электроники в расширенном диапазоне температур (от -200°С до +300°С),

- по исследованию и разработке SPICE моделей элементов кремний-германиевых аналого-цифровых БиКМОП СБИС для проектирования космической радио- и телекоммуникационной аппаратуры.

Практическое использование предложенной Исмаил-Заде М.Р. SPICE-модели КМОП транзисторов позволило заметно расширить возможности (в части учета влияния фактора температуры на характеристики схемных фрагментов) используемой в «НИИ ПМТ» САПР схемотехнического моделирования элементной базы КМОП БИС для космической радио- и телекоммуникационной аппаратуры, обладающей повьшещой температурной стойкостью.

Врио дире|

ФГБНУ «НМИ ПМТ», Мамонтов Александр Владимирович

Зеленоградский

нанотехнологический

центр

Акционерное общество «Зеленоградский нанотехнологический центр» (АО «ЗНТЦ»)

124527. Россия, Москва, Зеленоград, Солнечная аллея, д.6, пом. IX, Офис 17. Тел.: [phone] Факс: [phone]

www.zntc.ru

хХч

ч

X X

АКТ

об использовании результатов кандидатской диссертации Исмаил-Заде М. Р. на тему «Разработка и исследование схемотехнических 8Р1С;Е-моделей М08РЕТ и Л-'ЕТ-транзисторов с учетом

тепловых эффектов»

Настоящий акт составлен в том, что в период с 2015 по 2017 г.г. в работах Зеленоградского нанотехнологического центра (ЗНТЦ) по созданию технологии отечественных высокотемпературных (до +300°С) КНИ КМОП ИС и микросистем использованы результаты, полученные в диссертации Исмаил-Заде М.Р., а именно:

— компактные SPlCE-модели субмикронных 0,18 мкм МОП-транзисторов со структурой КНИ для цифровых БИС и 0,5 мкм МОП КНИ транзисторов для аналоговых БИС с расширенным (до +300°С) температурным диапазоном;

- унифицированная автоматизированная процедура определения параметров SPICE моделей из результатов измерений электрических характеристик с учетом влияния температуры.

Разработанные Исмаил-Заде М. P. SPICE модели МОП транзисторов с проектными нормами 0,18 и 0,5 мкм, изготовленных по отечественной технологии высокотемпературных КМОП КНИ БИС, были встроены в коммерческую САПР интегральных схем Cadence Spectre, что заметно расширило возможности разработчиков БИС в области моделирования характеристик высоконадежных аналого-цифровых КМОП БИС при их работе в области высоких (до +300°С) температур.

Генеральный директор ЗНТЦ, доктор технических наук

А.А. Ковалев

% * -* Ч ч