Схемотехническое проектирование прецизионных источников опорного напряжения и линейных стабилизаторов по БиКМОП технологии 0,18 мкм тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.27.01, кандидат наук Сухотерин, Евгений Валерьевич

• Сухотерин, Евгений Валерьевич
• кандидат наук
• 2014

Оглавление диссертации кандидат наук Сухотерин, Евгений Валерьевич

Содержание

Введение

ГЛАВА 1. ВЛИЯНИЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПОГРЕШНОСТЕЙ ЭЛЕМЕНТОВ НА ХАРАКТЕРИСТИКИ ИНТЕГРАЛЬНЫХ МИКРОСХЕМ

1.1. Источники технологических погрешностей элементов

1.1.1. Особенности современной элементной базы микросхем

1.1.2. Групповые отклонения параметров

1.1.3. Взаимное рассогласование

1.2. Расчет отклонений характеристик интегральных микросхем

1.2.1. Метод статистических испытаний

1.2.2. Аналитический метод статистического расчета

ГЛАВА 2. ТОЧНОСТЬ ХАРАКТЕРИСТИК СУБМИКРОННЫХ ИСТОЧНИКОВ ОПОРНОГО НАПРЯЖЕНИЯ

2.1. Оценка точности выходного напряжения «классической» архитектуры источника опорного напряжения с отражателями тока

2.2. Точность выходного напряжения «модифицированной» архитектуры ИОН

2.3. Оценка точности «классической» архитектуры ИОН с повторителем напряжения

2.4. Влияние рассогласования элементов на точность отражателей

тока и операционного усилителя

2.5. Особенности низковольтных источников опорного напряжения

2.6. Сопоставительный анализ субмикронных источников опорного напряжения

ГЛАВА 3. ПРЕЦИЗИОННЫЙ БиКМОП СТАБИЛИЗАТОР

НАПРЯЖЕНИЯ

3.1. Классификация и основные свойства современных стабилизаторов напряжения

3.2. Основные принципы работы стабилизаторов с низким падением напряжения на регулирующем элементе

3.3. Оценка точности выходного напряжения стабилизатора напряжения с низким проходным напряжением

ГЛАВА 4. ХАРАКТЕРИСТИКИ БИКМОП СТАБИЛИЗАТОРОВ НАПРЯЖЕНИЯ В ТЕХНОЛОГИЧЕСКОМ БАЗИСЕ 180 НМ

4.1. Схемотехника линейных стабилизаторов напряжения

4.1.1. Источники опорного напряжения

4.1.2. Усилитель ошибки

4.1.3. Схема ограничения выходного тока

4.1.4. Схема температурной защиты

4.2. Анализ шумовых параметров и устойчивости линейных стабилизаторов напряжения

4.3. Основные характеристики спроектированных

стабилизаторов напряжения

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Схемотехническое проектирование прецизионных источников опорного напряжения и линейных стабилизаторов по БиКМОП технологии 0,18 мкм»

Введение

Актуальность темы.

Линейные интегральные стабилизаторы напряжения являются неотъемлемой частью современной радиоэлектронной аппаратуры, качество которой в значительной степени определяется точностью и стабильностью выходного напряжения стабилизатора.

В настоящее время проблема обеспечения экономичного электропитания требует создания малогабаритных стабилизаторов напряжения с минимальными потерями. Эти устройства должны отвечать специфическим требованиям, которые не могут быть обеспечены при использовании традиционных биполярных микросхем стабилизаторов, а именно - иметь чрезвычайно низкий ток потребления, низкое остаточное напряжение (вход-выход), высокую точность выходного напряжения. При реализации современных линейных стабилизаторов напряжения на передний план выходит БиКМОП технология, которая позволяет снизить ток потребления этих устройств в сотни раз.

Линейный стабилизатор напряжения, исполненный по БиКМОП технологии, обладает рядом достоинств: низкая стоимость, большой коэффициент полезного действия, высокая стабильность выходного напряжения, незначительный уровень шумов. Область применения БиКМОП стабилизаторов напряжения крайне широка - это мобильные средства связи, переносные компьютеры, устройства питания микроконтроллеров, автономные видеокамеры слежения и многое другое.

Основным узлом линейного стабилизатора является источник опорного напряжения, который, по сути, давно уже рассматривается как базовый электронный блок, главной задачей которого является обеспечение на своем выходе прецизионного постоянного напряжения независимо от воздействия внешних факторов. Характеристики этого блока в первую очередь определяют качественные показатели самых различных радиоэлектронных

устройств. Если учесть неуклонную тенденцию к росту разрядности представления цифровых данных, несложно представить важность решения проблем, связанных с повышением точности и воспроизводимости характеристик опорных источников. Кроме того, важно отметить, что в связи с неуклонным сокращением технологических норм и необходимостью снижения потребляемой мощности, современная электронная аппаратура имеет, как правило, низкие напряжения питания, что существенно ограничивает возможности известных схемотехнических приемов в процессе проектирования.

Таким образом, задача разработки прецизионных линейных стабилизаторов и источников опорного напряжения с возможностью прогноза их точности и серийноспособности на ранних этапах проектирования и, в том числе, пригодных для работы при низких питающих напряжениях представляется достаточно актуальной.

Цель работы: схемотехническое проектирование прецизионных источников опорного напряжения и линейных стабилизаторов с низким проходным напряжением в технологии БиКМОП 0,18 мкм и оценка точности их характеристик с учетом технологических особенностей субмикронного исполнения.

Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:

- обосновать подходы к оценке точности прецизионных интегральных схем, изготовляемых средствами современных субмикронных технологий, использующих методы теории чувствительности;

- определить абсолютные и полуотносительные чувствительности выходного напряжения основных типов опорных источников к величинам номиналов элементов и переменных, связанных с ними;

- получить замкнутые аналитические выражения для среднеквадратического отклонения выходного напряжения этих источников

и указать возможные направления повышения точности опорного напряжения;

. - обосновать структуру стабилизатора с низким проходным напряжением и минимальной чувствительностью к номиналам его элементов;

- спроектировать ряд прецизионных линейных стабилизаторов напряжения по субмикронной технологии 0,18 мкм.

Научная новизна диссертации определяется полученными оригинальными результатами и состоит в следующем:

1. Обоснован подход к расчету точности субмикронных прецизионных источников и стабилизаторов напряжения, основанный на методах теории чувствительности, позволяющий получить аналитические выражения для стандартных отклонений их характеристик и обеспечивающий возможность оценки серийноспособности.

2. Получены выражения для абсолютных и полуотносительных чувствительностей выходного напряжения типичных структур опорных источников к их элементам и параметрам, обосновывающие утверждение о том, что наибольшее влияние на точность источников опорного напряжения оказывают напряжение смещения операционного усилителя и рассогласование элементов отражателей тока.

3. Оценка точности источника опорного напряжения для основных его разновидностей показала, что «классическая» архитектура с дополнительными двумя биполярными транзисторами имеет минимальное среди известных структур среднеквадратическое отклонение опорного напряжения.

4. Определены зависимости статистических характеристик выходного напряжения линейного стабилизатора от технологических погрешностей производства, позволяющие сформулировать требования по степени точности к блокам стабилизатора, входящим в его состав.

Научная и практическая значимость

Проблемы построения прецизионных источников и стабилизаторов напряжения всегда будут в числе важнейших в проектировании аналоговых устройств, поскольку качество эталонного напряжения во многом определяет достоверность преобразования и передачи информации. В практике их проектирования основным вопросом, как правило, является вопрос температурной стабильности, в то время как точность задания уровня выходного напряжения менее исследована. Привлечение методов теории чувствительности открывает новые возможности в оценке качества опорных источников. Предложенные методы и проведенная работа дают возможность оценки не только точности, но и серийноспособности на ранних этапах проектирования. В отличие от широко известных компьютерных методов статистических испытаний предлагаемый аналитический подход позволяет получить не только количественную оценку, но и указывает пути повышения этих важнейших показателей качества.

Сочетание аналитического подхода с известным и многократно экспериментально подтвержденным приемом разделения технологических погрешностей на групповые и межэлементные дало возможность получить замкнутые и вполне обозримые выражения для наиболее важных качественных показателей.

Полученные в процессе исследования научные результаты и практические рекомендации были использованы при разработке и совершенствовании функциональных характеристик стабилизаторов напряжения, исполненных по технологии 0,18 мкм. При этом один из разработанных стабилизаторов напряжения обладает возможностью выбора трех уровней выходного напряжения 1,2 В, 1,8 В, 2,5 В, при емкости нагрузки 1 мкФ, имеет запас по фазе не менее 30° и уровень собственного шума 55 мкВ.

Результаты диссертации были использованы в НИОКР, что подтверждается актом внедрения № 0082/04-14т от 18.04.2014 г.

Основные положения и результаты, выносимые на защиту:

1. Применение аналитического подхода к оценке точности источников и стабилизаторов напряжения позволяет указать возможные направления снижения величины среднеквадратического отклонения их выходных уровней.

2. «Классическая» архитектура с парой дополнительных биполярных транзисторов обладает наименьшей чувствительностью к номиналам элементов среди прочих известных конфигураций.

3. Рассогласование элементов является решающим фактором, определяющим погрешность уровня опорного напряжения. При этом наибольшее влияние на точность оказывают напряжение смещения операционного усилителя и токи стока МОП транзисторов отражателей тока.

4. Полученные значения среднеквадратического отклонения выходного напряжения линейного стабилизатора позволяют сформулировать требования по точности к компонентам стабилизатора.

5. Спроектированы линейные стабилизаторы напряжения с уровнем собственного шума 55 мкВ в диапазоне частот от 0,1 Гц до 1 МГц и запасом устойчивости не менее 30°, в составе которых используются спроектированные прецизионные схемы источников опорного напряжения, имеющие низкий технологический разброс выходного напряжения, и также высокую стабильность выходного уровня по напряжению питания и температуре.

Апробация результатов работы. Полученные результаты докладывались на следующих конференциях и семинарах:

- международная научно-техническая конференция "Радиолокация, навигация, связь" (Воронеж, 2013,2014);

- научно-методический семинар «Флуктуационные и деградационные процессы в полупроводниковых приборах» (Москва, 2013);

- X международный научно-практический семинар «Проблемы современной аналоговой схемотехники» (Шахты, 2013).

Публикации. По теме диссертации опубликовано двенадцать научных работ, в том числе пять в изданиях, рекомендованных ВАК РФ. В работах, опубликованных в соавторстве, лично соискателем выполнены: [32-35, 37, 38, 72, 73] - анализ и интерпретация полученных результатов, решение поставленной задачи, подготовка научной публикации для печати; [59, 60, 64, 65, 72, 73] - проектирование аналоговых функциональных блоков, предназначенных для исполнения средствами субмикронной БиКМОП технологии.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения и списка литературы из 73 наименований. Основная часть работы изложена на 109 страниц, содержит 24 таблицы и 42 рисунка.

ГЛАВА 1. ВЛИЯНИЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПОГРЕШНОСТЕЙ ЭЛЕМЕНТОВ НА ХАРАКТЕРИСТИКИ ИНТЕГРАЛЬНЫХ

МИКРОСХЕМ

1.1. Источники технологических погрешностей элементов

1.1.1. Особенности современной элементной базы микросхем

Процесс производства интегральной микросхемы (ИМС) заключается в формировании в приповерхностном слое полупроводниковой пластины ее элементов, таких как транзисторы, диоды, резисторы и т.д. с последующим их объединением в функциональную схему проводниками. В общем случае элементная база ИМС определяет последовательность слоев в составе микросхемы по нормали к поверхности кристалла, различающихся материалом, толщиной и электрофизическими свойствами. Заданная структура ИМС позволяет установить состав и последовательность технологических методов обработки пластины и определить технологические режимы для каждого из них.

Таким образом, современную субмикронную интегральную технологию можно представить как совокупность методов обработки, позволяющую при наличии технологической совместимости различных компонентов ИМС формировать их одновременно в едином технологическом процессе.

Важно отметить что, выпускаемые в составе той или иной серии ИМС различного функционального назначения имеют единую структуру и, следовательно, единую базовую технологию. Для базовой технологии характерны не только определенная технологическая последовательность обработки и определенный комплект оборудования, но и постоянная, отработанная настройка оборудования, т. е. жесткие технологические режимы. Последнее соображение является чрезвычайно существенным для эффективности процесса производства ИМС.

В связи с переходом полупроводниковой технологии в субмикронную область, значительное влияние на выход годных кристаллов оказывает технологический разброс параметров компонентов электрической схемы, приводящий к так называемому параметрическому браку. Моделирование с учетом статистического разброса параметров элементов позволяет спроектировать ИМС с максимальным процентом выхода годных кристаллов

Основными понятиями, описывающими статистическое поведение для всех элементов ИМС (МОП транзисторов, биполярных транзисторов, резисторов, конденсаторов и др.), являются математическое ожидание х = М(х) какого-либо параметра х, его среднеквадратическое отклонение а(х) или дисперсия ст2(х), а также ковариация соу(х,у) или коэффициент корреляции г(х,у) параметров х, у. Обычно разброс параметров элементов ИМС представляется гистограммой, показывающей частоту появления значений случайной величины. К примеру, на рисунке 1.1 приведены плотность вероятности и частота появления (ТУ) отклонений порогового напряжения Л Ум МОП транзистора.

лк,„0( в

Рисунок 1.1 - Плотность вероятности и частота появления отклонений порогового напряжения МОП транзистора с длиной канала 1=1,6 мкм и

шириной Ш— 5,4 мкм [2].

С увеличением числа опытных данных гистограмма стремится к непрерывной функции плотности вероятности (дифференциальной функции распределения).

Для учета разброса параметров ИМС нужно обработать статистически значимое количество элементов субмикронной технологии и получить их параметры функции распределения М и а. Однако для современных задач проектирования такой подход слишком приблизителен или содержит много избыточной информации. В реальности величина разброса параметров зависит от площади элементов микросхемы и расстояния между ними. Кроме того, параметры элементов находятся в сильной корреляционной зависимости [1]. Это утверждение достаточно просто продемонстрировать на примере МОП транзисторов. На рисунке 1.2 приведены измеренные данные большого количества транзисторов по следующим параметрам: цоп -подвижность электронов, цор -подвижность дырок, Vtho - пороговое напряжение. Между этими параметрами имеется следующая взаимосвязь: с увеличением подвижности электронов возрастает и подвижность дырок. Однако эта зависимость является статистической. Экспериментальные точки могут группироваться очень близко к прямой линии, которая аппроксимирует такую зависимость. В этом случае статистическая зависимость приближается к детерминированной. Степень отличия статистической зависимости характеризуется понятием ковариации cov(x, у) двух случайных величин и представима в виде:

1 П

cov(x,y) = М[(х -х)х(у- у)] = —- х) х (y¿ - у), (1.1)

¿=1

где i - номер элемента, для которого измерены значения параметров х и у; х, у - математические ожидания этих параметров; М -математическое ожидание случайной величины, стоящей в квадратных скобках; п - количество измерений. Для получения «исправленной» оценки ковариации величина п в выражении (1.1) уменьшена на единицу [3].

Роп

600

560 520 480

------------- 440

460 500 540 580 620 0,24

^оп

а „ ч»

% о О °

0,28

0,32 0,36

!Ьо

а) б)

Рисунок 1.2 - Примеры сильной и слабой корреляции параметров с линией среднеквадратической регрессии: а) сильная корреляция г=0,954; б) слабая

корреляция г =-0,045 [4].

Если отклонения случайных величин в (1.1) от математического ожидания нормировать на величину среднеквадратического отклонения а(х) и а (у), то получим коэффициент корреляции величин х и у.

сор(х, у)

г(х,у) =

(1.2)

о(х)хо(уУ

Прямая линия, проведенная через экспериментальные точки таким образом, что сумма квадратов их отклонений от этой линии минимальна, называется линией среднеквадратической регрессии. Тангенс угла наклона этой линии называется коэффициентом регрессии.

Уравнение линии регрессии имеет вид:

у = Я х (х - х) + у, (1.3)

где Я - коэффициент регрессии. Он вычисляется через коэффициент корреляции г(х,у) и среднеквадратические отклонения а(х) и о (у) следующим образом:

Я = г(х,у) х

а(х)'

(1.4)

Если статистические переменные центрировать относительно математического ожидания и нормировать на величину среднеквадратического отклонения, то среднеквадратические отклонения нормированных величин равны единице. Тогда коэффициент корреляции приобретает ясный физический смысл - он равен тангенсу наклона линии среднеквадратической регрессии.

Статистическая зависимость между параметрами в общем случае нелинейная, однако, поскольку отклонение параметров от среднего значения обычно невелико (5-15%), в этих пределах зависимость можно считать линейной.

Для отображения статистической зависимости между всеми параметрами ИМС введем понятие ковариационной матрицы. На пересечении 1-й строки и у'-го столбца ковариационной матрицы записывают ковариацию /-го и у'-го параметров соу(хи X]). Если параметры микросхемы хь Х2, ... хр, каждый из которых в нашем случае является случайной величиной, записать в виде вектора х = (хь хг,... хр)', где «'» - знак транспонирования вектора, то ковариационная матрица вектора х определяется как:

С = СОР(Х) = М[(х - М(х))(х - М{х))Ч (1.5)

где М(х) - вектор математических ожиданий случайных величин х\,хг,... хр.

Как следует из определения ковариации (1.1), такая матрица является симметричной. Поэтому ее часть, расположенную выше или ниже диагонали, обычно не заполняют. Диагональные элементы ковариационной матрицы равны сох(хи х), то есть дисперсии параметра х,-, а диагональные элементы матрицы коэффициентов корреляции равны единице.

Если из результатов измерений параметров элемента составить матрицу Хшп строк ир столбцов, где в строках / = 1,..., п записаны разные параметры хц, х/,2, •••*/,/> одного и того же транзистора, а в столбцах - значения

одного и того же параметра для р разных транзисторов, то ковариационную матрицу, согласно определению, можно получить в виде:

С =Х'хХ/(п- 1), (1.6)

где Х- матрица наблюдений, состоящая из центрированных параметров транзисторов, то есть:

хи = хи ~~ х)• (1-7)

Величины математического ожидания, дисперсии и ковариационная матрица параметров элемента необходимы для проведения статистического моделирования при проектировании интегральных микросхем. Результаты измерения параметров и их статистическая обработка позволяют достаточно достоверно определить требуемый набор статистических характеристик параметров компонентов микросхем.

Разброс параметров элементов в интегральных схемах является следствием пространственных и временных флуктуаций параметров технологического процесса, таких как плотность ионного пучка, поток окислителя при получении подзатворного окисла, температура разгонки примеси, аберрация оптической системы, шероховатость поверхности фоторезиста и т. п. Разброс параметров неизбежен даже для хорошо управляемых и стабильных техпроцессов. В конечном итоге он приводит к разбросу параметров интегральной схемы около номинальных значений, указанных в спецификации. Разброс параметров элементов ИМС разделяют на разброс в пределах одного кристалла (локальный разброс или рассогласование элементов) и разброс между элементами ИМС, расположенными на разных кристаллах (групповое отклонение или глобальный разброс) [1].

1.1.2. Групповые отклонения параметров

Отклонения параметров технологических процессов приводят к глобальному разбросу между элементами ИМС. К таким параметрам можно

отнести, например, температуру различных этапов изготовления микросхемы, степень концентрации элементов, толщину окисла и глубину диффузии.

Глобальный разброс делится на разброс между производственными линиями, между лотами (наборами пластин с кристаллами), между пластинами и между кристаллами в пределах пластины (рисунок 1.3). Разброс между лотами означает, что математическое ожидание некоторого параметра транзистора или техпроцесса, взятое для всех транзисторов в пределах одного лота, отличается от той же величины для другого лота. Этот вид разброса обычно контролируется в процессе производства.

а) б) в) г) д)

Рисунок 1.3 - Разброс параметров транзисторов: между производственными линиями (а); между лотами в пределах производственной линии (б); между пластинами в пределах лота (в); между кристаллами в пределах пластины (г) и между транзисторами в пределах

кристалла (д) [6].

Пространственный разброс в пределах пластины обычно является медленно изменяющимся в пространстве, гладким и сильно коррелированным [5].

Несмотря на значительные усилия минимизации изменений параметров технологического процесса, вариации все равно присутствуют, в частности толщина оксида у элементов ИМС может отличаться на 5%, а концентрация легирующей примеси на 10%.

Для оценки степени влияния группового отклонения элементов техпроцесса при анализе и моделировании любой аналоговой схемы используются специальные модели элементов микросхемы, предоставляемые фабрикой-изготовителем. Каждая модель представляет собой различные комбинации вариаций параметров устройства, ожидаемые во время серийного производства ИМС.

Еще одним существенным источником отклонений в значениях параметров является величина температуры кристалла и ее градиент по пластине. Поэтому задачу оптимизации параметров интегральной микросхемы можно свести к обеспечению работоспособности микросхемы в заданном диапазоне температур, допустимых пределах напряжений питания с учетом вариаций характеристик техпроцесса.

На практике условия «наихудшего» случая (при котором, наблюдается максимальное отклонение параметров элементов от их номинальных величин при изготовлении, что наихудшим образом влияет на выходные характеристики схемы) встречаются крайне редко. Вероятность того, что все параметры одновременно будут соответствовать наихудшему случаю, очень мала и большинство спроектированных устройств обычно имеют характеристики, величины которых лежат вокруг центрального значения, соответствующего номинальным условиям. Искусство проектирования как раз и состоит в том, чтобы параметры элементов микросхемы были выбраны таким образом, чтобы подавляющее большинство (например 98%) изготовленных микросхем удовлетворяло требованиям специфики по быстродействию, точности, потребляемой мощности, площади и т.п. [1].

1.1.3. Взаимное рассогласование

Рассогласование элементов вызвано особенностями топологии кристалла, например разбросом ширины металлических проводников или канала МОП транзисторов.

Локальный разброс присутствует постоянно, так как процесс изготовления БиКМОП устройств физически не может быть реализован в одних и тех же условиях (температура, уровни концентрации и т.д.)

Случайные вариации имеют статистический характер и присущи каждому отдельному элементу микросхемы. В частности, в процессе литографии различие в размерах фотошаблона могут привести к тому, что размеры двух одинаковых элементов ИМС будут отличаться друг от друга. Например, на рисунке 1.4 (а) показано, как из-за боковой диффузии реальная площадь элемента ИМС будет больше, чем размер его фотошаблона. Этот эффект происходит не только во время ионной имплантации, но и в течение последующего высокотемпературного отжига.

Другой эффект, известный как «боковое подтравливание», происходит во время травления слоев поликремния или металла. Этот эффект изображен на рисунке 1.4 (б), слой диэлектрика БЮг является защитной маской, но после травления размер поликремния становится меньше размера соответствующей защитной маски.

На рисунке 1.4 (в) показан «-канальный транзистор вдоль канала от истока к стоку. Ширина канала транзистора определяется шириной его активной области. Плотность протекания тока может быть больше по бокам транзисторов. Это увеличивает пороговое напряжения транзистора около его края. В результате эффективная ширина транзистора уменьшается. Этот эффект также приводит к отличию характеристик двух идентичных элементов ИМС.

маска БЮз \_

у/г//,-

маска 8Юг

карман

I

—Л

боковая диффузия под маску БЮ2

а)

У)

по ликр емниев ыи затвор

канал транзистора

А. „

\

травление под маску

б)

р+ имплантация

сужение ширины канала

В)

Рисунок 1.4 - Различные эффекты в микросхемах, вызванные различным размером фотошаблона [7].

Различия в топологическом расположении компонента ИМС также приводят к изменениям в электрических характеристиках. В частности, между расположенными рядом проводниками возникают паразитные емкости. Но есть и другие эффекты взаимного влияния соседних элементов. Например, в процессе ионной имплантации, используемой для формирования и-кармана, присутствует эффект, при котором падающие атомы скатываются при попадании на край фоторезиста (рисунок 1.5).

пучок ионной имплантации

фоторезист, РЕ-1

с

Л

п - карман

•4

\

"наибольшая концентрация легирующей примеси вблизи \

границы кармана

ЯЮ.,

Рисунок 1.5 - Эффект, обусловленный рассеянием во время ионной

имплантации [7].

В результате концентрация примеси вблизи края и-кармана повышена. Следовательно, транзисторы будут иметь различное пороговое напряжение, которое будет значительно изменяться в зависимости от месторасположения транзистора и его ориентации относительно края диффузии [8-11].

Технология изоляции областей кристалла «мелкими канавками» может также повлиять на электрические свойства компонента микросхемы. Поликремниевая перегородка создает механические напряжения, как показано на рисунке 1.6. Это приводит к снижению подвижности электронов и увеличению подвижности дырок. Механическое напряжение также может воздействовать на скорость примеси диффузии, влияя тем самым на пороговое напряжение элемента. Поскольку воздействию поликремниевой перегородки подвергаются только те компоненты, которые расположены близко к ней, это может привести к отличиям транзисторов, которые расположены топологически неодинаково. Таким образом, критичные компоненты должны быть расположены так, чтобы они были на равном расстояние от края «канавки» и одинаково ориентированы.

ЯТТ напряжение (йТ1 - изоляция мелкими канавками)

Рисунок 1.6 - Места механического напряжения при технологии изготовления «мелкими канавками» [7].

Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Сухотерин, Евгений Валерьевич, 2014 год

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

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

2. Chen, J. С. Mismatch modeling for circuit simulation: A key to high performance analog design // FSA Fabless Forum, 1999. - P. 33-34.

3. Королюк, В. С. Справочник по теории вероятностей и математической статистике / В. С. Королюк, Н. И. Портенко, А. В. Скороход, А. Ф. Трубин // -М.: Наука, 1985. - 640 с.

4. Comparing Worst-case Models Generated by SPAYN to Models Derived Using Traditional Methods // Silvaco Simulation Standard. 1995. Vol. 8, № 11.

5. Gneiting, T. An investigation into the implementation of advanced high performance integrated circuits in deep submicron process generations. Ph.D. Thesis. Department of Electrical Engineering and Electronics Brunei University. -1997.- 130 p.

6. Tarim, Т. B. Statistical design techniques for yield enhancement of low voltage CMOS VLSI / Т. B. Tarim, H. H. Runtman, M. Ismail // Proc. Of the IEEE Int. Symposium on Circuits and Systems, - 1998. - Vol. 2. - P. 331-334.

7. Carusone, Т. C. Analog Integrated Circuit Design / Т. C. Carusone, D. A. Johns, K. W. Martin. - 2nd ed. -822 p.

8. Drennan, P. G. Understanding MOSFET Mismatch for Analog Design / P. G. Drennan, С. C. McAndrew // IEEE Journal of Solid-State Circuits, - 2003. -Vol. 38.-P. 450-456.

9. Serrano-Gotarredona, T. Systematic Width-and-Length Dependent CMOS Transistor Mismatch Characterization and Simulation / T. Serrano-Gotarredona, B. Linares-Barranco // Analog Integrated Circuits and Signal Processing, 1999. - Vol. 21.-P. 271-296.

10. Kinger, P. К. Device Mismatch and Tradeoffs in the Design of Analog Circuits / P. K. Kinger // IEEE J.Solid-State Circuits, - 2005. - Vol. 40. - P. 12121224.

11. Lakshmikumar, K. R. Characterization and Modeling of Mismatch in MOS transistors for Precision Analog Design / K. R. Lakshmikumar, R. A. Hadaway, M. A. Copeland // IEEE J. Solid-State Circuits, - 1986. - Vol. 21, -P. 1057-1066.

12. Pelgrom, M. J. M. Matching properties of MOS transistors / M. J. M. Pelgrom, A. C. J. Duinmaijer, and A. P. G. Welbers // IEEE J. Solid-State Circuits, - 1989. - Vol. 24. - P. 1433-1440.

13. Беляков, Ю. H. Методы статистических расчетов микросхем на ЭВМ / Ю. Н. Беляков, Ф. А. Курмаев, Б. В. Баталов. - М.: Радио и связь, 1985. - 232 с.

14. Hung Н. Monte Carlo Simulation of Device Variations and Mismatch in Analog Integrated Circuits / H. Hung, V. Adzic // Proceedings of The National Conference, 2006. - 130 p.

15. Вентцель, E. С. Теория вероятностей и ее инженерные приложения / Е. С. Вентцель, JI. А. Овчаров. - М.: Высшая школа, 2000. - 480 с.

16. Гехер, К. Теория чувствительности и допусков электронных цепей / под редакцией Ю. JL Хотунцева. -М.: Сов. Радио, 1973.-200 с.

17. Herbst S. A Low-Noise Bandgap Voltage Reference Employing Dynamic Element Matching // Massachusetts Institute of Technology, 2011. - 109 p.

18. Wildar, R. J. New developments in-1С voltage regulators. / R. J. Wildar // IEEE Journal of Soilid-State Circuits. - 1971. - Vol. 6. - P. 2-7.

19. Degrauwe. CMOS voltage references using lateral bipolar transistors / Degrauwe, O.N. Leuthold and others // IEEE Journal of Solid-State Circuits, -1985.-Vol. 20.-P. 1151-1157.

20. Brokaw, A. P., A Simple Three-Terminal 1С Bandgap Reference / A. P. Brokaw // IEEE J.Solid-State Circuits. - 1974. - Vol. 9. - P. 388-393.

21. Tsividis, Y. P. A CMOS voltage reference / Y. P. Tsividis, R.W. Ulmer // IEEE Journal of Solid-State Circuits. - 1978. - Vol. 13. - P. 774-778.

22. Annema, A. J. Low-power bandgap references featuring DTMOSTs. / A. J. Annema // IEEE Journal of Solid State Circuits. -1999. - Vol. 34. - P. 949-955.

23. Гулевич, П. В. Методы построения источников опорного напряжения в составе интегральных микросхем: дис. канд. тех. наук: 05.27.01 / Гулевич П. В.-М., 2009.-123 с.

24. Старченко, Е. И. Источники опорного напряжения на основе АБМК // Проблемы разработки перспективных микро- и наноэлектронных систем -2010. Сб. трудов / Под общ. ред. академика РАН A. JI. Стемпковского. - М.: ИППМ РАН, 2010. - С. 559-564.

25. Rincon-Mora, G. A. Voltage References: From Diodes to Precision HighOrder Bandgap Circuits, IEEE Press, John Wiley & Sons, Inc., 2002, Pages: 192.

26. Kuijk, К. E. A precision reference voltage source / K.E. Kuijk // IEEE J.Solid-State Circuits. - 1973. - Vol. 8. - P. 222-226.

27. Волович, Г. И. Схемотехника аналоговых и аналого-цифровых электронных устройств. / Г. И. Волович. - М.: Издательский дом «Додэка-XXI», 2005.-528 с.

28. Гребен, А. Б. Проектирование аналоговых интегральных схем / А. Б. Гребен. - М.: Энергия, 1976. - 256 с.

29. Razavi, В. Design of Analog CMOS Integrated Circuits / B. Razavi // NY: McGraw Hill, 2001.-676 c.

30. Соклоф, С. Аналоговые интегральные схемы: Пер. с англ. / С. Соклоф. М.: Мир, 1988.-583 с.

31.AN-222 Super Matched Bipolar Transistor Pair Sets New Standards for Drift and Noise // Texas Instruments, SNOA626B - July 1979 - Revised May 2013.

32. Прогноз точности источника опорного напряжения в технологии 0.18 мкм / Е. В. Сухотерин, Е. В. Невежин, Б. К. Петров, Д. В. Колесников // Твердотельная электроника, микроэлекроника и наноэлектроника. — 2013. — № 12. - С. 75-79.

33. Оценка влияния степени рассогласования элементов на характеристики прецизионных функциональных КМОП-блоков / Е. Н. Бормонтов, Е. В. Сухотерин, Д. В. Колесников, Е. В. Невежин // Радиолокация, навигация, связь. - Воронеж, - 2014. - Т. 3. - С. 2037-2043.

34. Оценка точности основных разновидностей источников опорного напряжения в БИКМОП технологии 0.18 мкм / Е. В. Сухотерин, Е. В. Невежин, Б. К. Петров, Д. В. Колесников // Известия Южного федерального университета. Технические науки. - 2014. - Т. 154. - № 5. - С. 100-108.

35. Способы стабилизации основных характеристик источника опорного напряжения / Е. Н. Бормонтов, Е. В. Сухотерин, Д. В. Колесников, Е. В. Невежин // Фундаментальные исследования. — 2014. - Т. 5. — № 5. - С. 934938.

36. Gray, P. R. Analysis and Design of Analog Integrated Circuits / P. R. Gray, P. J. Hurst, S. H. Lewis, R. G. Meyer // 5th Edition, John Wiley & Sons, 2009. - 897 P-

37. Random Offset in CMOS 1С Design // Art Ziger, National Semiconductor, 2007.-46 p.

38. Data sheet: 0.18 Micron HV SOI CMOS Technologe // X-FAB Semiconductor Foundries, 2013, - pp. 1-11.

39. Чувствительность КМОП-источника опорного напряжения к вариациям параметров элементов / Е. Н. Бормонтов, Е. В. Сухотерин, Д. В. Колесников, Е. В. Невежин // Инженерный вестник Дона (электронный журнал). - 2014. - №1. - Режим доступа: http://www. ivdon.ru/magazine/archive/n 1 у2014/2275.

40. Bajoria, S. Precision Current Mirror // Texas Instruments, Delft University of Technology, 2010. - p. 99.

41. Brito, J. P. A Design Methodology for Matching Improvement in Bandgap References / J. P. Brito, H. Klimach, S. Bampi // IEEE Quality Electronic Design, 2007.-P. 586-594.

42. Оценка точности источника опорного напряжения в технологии 0.18 мкм / Е. В. Сухотерин, Е. В. Невежин, Б. К. Петров, Д. В. Колесников // «Проблемы современной аналоговой микросхемотехники». — Шахты. — 2013. - С. 69-74.

43. Макаров, А. Б. Технологическая миграция источников опорного напряжения на основе ширины запрещенной зоны кремния / А. Б. Макаров, И. В. Кочкин // Проблемы разработки перспективных микро- и наноэлектронных систем. Сборник трудов под общ. ред. академика РАН A.JI. Стемпковского. М.: ИППМ РАН, - 2010 . - С. 547-552.

44. Ivanov, V. V. Bandgap voltage references with IV supply / V. V. Ivanov, K. E. Sanborn, I. M. Filanovsky // IEEE. Solid-State Circuits Conference. Proceedings of the 32nd European. - 2006, - P. 311-314.

45. Sanborn, K. A Sub-l-V Low-Noise Bandgap Voltage Reference / K. Sanborn, Dongsheng Ma, V. Ivanov // // IEEE J. Solid-State Circuits. - 2007. -Vol. 42,-P. 2466-2481.

46. Liang, C. A low-voltage bandgap reference circuit with second-order analyses / C. Liang, C. Chung, H. Lin // International Journal of Circuit Theory and Applications. - 2011. - Vol. 39. - P. 1247-1256.

47. Мок, P. К. T. Design consideration of recent advanced low-voltage low-temperature-coefficient CMOS bandgap voltage reference / P. К. Т. Mok, K. N. Leung // IEEE Custom Integrated Circuits Conference, Orlando, Florida, USA. -2004.-P. 635-642.

48. Yang L. CMOS bandgap voltage reference with 1.8-V power supply / L. Yang, Y. Shi, L. Li, Z. Zheng // IEEE Journal of Solid-State Circuits. - 2005. - P. 611-614.

49. Rincon-Mora, G. A. A 1.1-V Current-Mode and Piecewise-Linear Curvature-Corrected bandgap Reference / G. A. Rincon-Mora, P. E. Allen // IEEE J.Solid-State Circuits. - 1998. -Vol. 33.-P. 1551-1554.

50. A low voltage CMOS bandgap reference / Yeong-Tsair Lin, Wen-Yaw Chung, Dong-Shiu Wu, Ho-Cheng Lin // IEEE-NEWCAS Conference. - 2005. - P. 227-230.

51.Хоровиц, П. Искусство схемотехники. / П. Хоровиц, У. Хилл // М.: Мир. - 1998.-704 с.

52. Кестер, У. Аналого-цифровое преобразование. / У. Кестер. - М.: Техносфера. - 2007. - 1019 с.

53. Lee, В. S. Technical Review of Low Dropout Voltage Regulator Operation and Performance // Texas Instruments Application Report. -1999. - pp. 1-25.

54. Lee, B. S. Understanding the Terms and Definitions of LDO Voltage Regulator // Texas Instruments Application Report. - 1999. - P. 1-12.

55. Rincon-Mora, G. A. A Low-Voltage, Low Quiescent Current, Low DropOut Regulator / G. A. Rincon-Mora, P. E. Allen // IEEE J. Solid-State Circuits. -1998.-Vol. 33.-P. 36-43.

56. King, В. M. Advantages of using pmos-type low-dropout linear regulators in battery applications // Texas Instruments Inc., Tech. Rep., Aug. 2000. [Online]. Available: http://focus.ti.com/lit/an/slytl61/slytl61.pdf.

57. Kugelstadt, T. Fundamental Theory of PMOS Low-dropout Voltage Regulator // Texas Instruments Application Report. - 1999. - P. 1-6.

58. Allag, T. Sensitivity Analysis for Power Supply Design // Texas Instruments Application Report. - 2011. - P. 1-7.

59. Сухотерин, E. В. Низковольтный стабилизатор напряжения для субмикронных КМОП схем / Е. В. Сухотерин, Ю. К. Николаенков, В. И. Клюкин // Радиолокация, навигация, связь. - Воронеж. - 2013. — Т. 2. - С. 827830.

60. Стабилизаторы со сверхнизким падением напряжения. Микросхемы ЗАО «ПКК МИЛАНДР» 1309ЕР1Е и 1309ЕНХХ / Д. В. Колесников, А. Б. Однолько, Е. В. Сухотерин, К. Н. Фролов // Электроника НТБ. - 2013. - №7. - С. 80-84.

61. Boni A. Op-Amps and Startup Circuits for CMOS Bandgap References with near 1-V Supply / A. Boni // IEEE Journal of Solid-State Circuits. - Vol. 37. -October 2002. - № 10.-P. 1339-1343.

62. Hongprasit, S. Design of Bandgap Core and Startup Circuits for All CMOS Bandgap Voltage Reference / S. Hongprasit, W. Sa-Ngiamvibool, A. Aurasopon // Przeglad Elektrotechniczny, ISSN 0033-2097, R. 88 NR. - 2012. - P. 277-280.

63. Barna, A. Operational Amlifiers / A. Barna, Dan I. Porat // A Wiley-Interscience Publication. - 1988.-273 p.

64. Сухотерин, E. В. Низковольтный стабилизатор напряжения / E. В. Сухотерин, Ю. К. Николаенков, В. И. Клюкин // Твердотельная электроника, микроэлектроника и наноэлектроника. - 2012. - № 11. - С. 151-155.

65. Низковольтный стабилизатор напряжения в КМОП технологии 0.18 мкм / Е. В. Сухотерин, Д. В. Колесников, В. И. Клюкин, Е. В. Невежин // Энергия XXI век. -2013. -№1(84). - С. 71-74.

66. Aminzadeh, Н. Low-dropout regulators: Hybrid-cascode compensation to improve stability in nano-scale CMOS technologies / H. Aminzadeh, W. Serdijn // IEEE Circuits and Systems (ISCAS). - 2011. - P. 2293-2296.

67. Chava, С. K. A Frequency Compensation Scheme for LDO Voltage Regulators / С. K. Chava, J. Silva-Martinez // IEEE Transactions on Circuits and Systems.-2004.-Vol. 51.-P. 1041-1050.

68. Rincon-Mora, G. A. Active capacitor multiplier in Miller-compensated circuits // IEEE J. Solid-State Circuits/ - 2000. - Vol. 35. - № 1, - P. 26-32.

69. E. Rogers, Stability analysis of low-dropout linear regulators with a pmos pass element // Texas Instruments Incorporated, Tech. Rep., 1999 [Online]. Available: http://focus,ti.com/1 it/an/s 1 vt 194/s 1 vt 194 .pdf.

70. Everett, R. Stability analysis of low-dropout linear regulators with a PMOS pass element / R. Everett // Texas Instrument Inc. - 1999. - P. 10- 13.

71. Simpson, C. Linear Regulators: Theory of Operation and Compensation // National Semiconductor Application Note. - 2000. - P. 1-12.

72. Сухотерин, Е. В. Компенсационный стабилизатор напряжения для КМОП СХЕМ / Е. В. Сухотерин, В. И. Клюкин, Б. К. Петров // Электротехнические комплексы и системы управления. - 2013. - № 32. - С. 77-80.

73. Сухотерин, Е. В. Шумовые параметры и устойчивость низковольтных стабилизаторов напряжения / Е. В. Сухотерин, Ю. К. Николаенков, В. И. Клюкин // Электротехнические комплексы и системы управления. - 2013. — № 32. - С. 40-44.