Расчет мощности с использованием компьютерного моделирования.

Динамические параметры элементов. Переходные характеристики.

Компоненты интегральных схем.

Компонент – это минимальный строительный элемент схемы.

Таким образом, схемотехнику можно разделить следующим образом:

• транзисторная схемотехника – компонентом является транзистор.

• Переходная схемотехника – компонентами являются элементы физической структуры и их переходы.

Компоненты транзисторной схемотехники.

1. биполярный транзистор

npn – используется в переключательных частях элемента.

pnp – используется в нагрузочных цепях.

2. МОП-транзисторы

3. Диоды

4. Резисторы

Компоненты переходной схемотехники.

О сновной компонент – p-n переход.

Все компоненты: p, n, n⁺, Ox(окисел), Me(металл)

П₁ – П₂ (p-n, p-n⁺, …)

П – Оx (p – Ox, ….)

П – Мe (n⁺ – Al, …)

Оx – Мe (Ox –Al, …)

П₁ – П₂ – основная функция таких переходов – переключательная.

П – Оx – изолирующая функция.

П – Мe – диод Шоттки. Функция – переключательная при одних условиях и управляющая при других.

Оx – Мe – изолирующая при одном условии, управляющая при другом.

Анализ компонентов транзисторной схемотехники.

Биполярный транзистор.

МОП-транзистор.

Резистор.

Модели переходной схемотехники.

N - размерность

Лекция 5

Решение задачи синтеза математической модели.

Алгоритмов решения этой задачи несколько.

Алгоритм 1.

Дано:

Требуется: F = (F₁, F₂, F₃, F₄, F₅)

Fi = (E₁, …, E_k1, Ground, I₁, …, I_k2, ₁, …, _k3….) - управление

Bx₁, …, Bx_m, вых₁, …, вых_k4 - назначение

Для этой модели нужно задать транзисторные эффекты.

Алгоритм решения:

• Зададим вектор F

• Зададим базы устройств

• Моделирование (анализ)

Алгоритм 2.

Дано: НЕ

Найти: Модель ФИЭ

Критерий – минимальное число ЛЭ

Замечание: При синтезе надо стремиться к тому, чтобы моделью было дерево.

Начиная с размерности N=8, идут модели ТТЛ и ЭСЛ.

Алгоритмы создания интегральных структур и технологических процессов для математических моделей функционально интегрированных элементов (ФИЭ).

Возьмем для примера ФИЭ ТТЛ.

Размерность N=8.

а) эпитаксиально–планарная технология

берем за центр среднюю точку и перерисовываем модель (т.е. мы назначаем подложку)

б) локальная эпитаксия

в) 3D технология

Реализация интегральных структур в модели с циклами.

а)

б)

в)

Лекция 6

Проектирование логических элементов.

Биполярный инвертор.

Дано: принципиальная схема ЛЭ.

Решение:

1. Расчет параметров компонентов

(P, ) – критерий построения.

Чем меньше резисторов, тем лучше.

2. Конструкторное проектирование (топология)

а) размещение компонентов

б) трассировка данных

Где нет явно транзистора и резистора, там проектируется топология и структуры.

R  I  P

W_б < 3мкм – транзистор

x – закрытый переход (его надо обеспечить закрытостью)

Трассировка.

Трассировка соединения – это прокладывание металлизации и контактов.

Технологические этапы создания элементов.

1. создание подложки.

2. создание n⁺-подушки (n⁺-диффузия)

mask1

3. создание n-эпитаксиального слоя

4. изолирующая p-диффузия

mask2 NEGA(P)

5. p-базовая диффузия

mask3 POSY(P)

6. n⁺ эмиттерная диффузия

mask4 POSY(n⁺)

7. окисление

8. создание контактов

mask5 POSY ( )

9. металлизация поверхности

10. травление металлизации

mask6 NEGA(Me)

Создание элемента требует 6 масок.

Пример:

Количество масок для МОП.

1. mask1 POSY(N)

2. mask2 POSY(Tox)

3. mask3 POSY( )

4. mask4 NEGA(Me)

Топология создания схем с локальной эпитаксией.

1.

2.

3.

4.

5.

6,7.

8,9.

Лекция 7

Фотолитография.

Для того, чтобы формировать в структуре области определенной конфигурации, используется фотолитография.

1.

2.

3,4.

5.

а) свет

б) снять маску

Туда, куда попадает свет, фоторезист поляризуется.

6. Травление фоторезиста и окисла.

-------------------------------------------------------------------------

7.

Диффузия.

8. Травление остатков окисла.

Особенности компонентов транзисторной схемотехники.

Основные компоненты транзисторной схемотехники – транзистор и резистор.

- транзисторы

- резистор

Транзистор.

Режим насыщения:

Резистор.

Низкоомные сопротивления.

Синтез логического элемента с более сложной функцией, чем инверсия.

Дано:

Требуется: ИЛИ-НЕ

Принцип: параллельное соединение транзисторов реализует зависимую функцию ИЛИ.

Логика – Л+

НТСЛ – непосредственно связанная транзисторная логика.

А	В	Т1	Т2	выход
0	0	закр.	закр.	E	1
0	1	закр.	насыщ.	Uкэн2	0
1	0	насыщ.	закр.	Uкэн1	0
1	1	насыщ.	насыщ.	Uкэн	0

Эта схема из всех самая неудачная. Т.к. у нее низкое быстродействие (т.к. есть резистор, она насыщенна).

Алгоритм синтеза инжекционного инвертора.

U₁ U₂

(R₁, T₁) (R₂, T₂)

Хотим: U₃ (R₁, T₂) (I)

U_вх = U⁰ T₁ – закрыт

U_вых1 = U¹

T₂ – насыщен

 I_R1 втекает в базу T₂

U_вх = U¹ T₁ – насыщен

U_вых = U⁰

T₂ – закрыт

 I_R1 = I_к..нас1

Тогда получаем:

В качестве источника тока в интегральных схемах применяют pnp-транзисторы.

Принципиальная схема инжекционного инвертора транзисторной схемотехники.

Синтез структур инжекционных инверторов.

1) x = n^Ground

Это инвертор с торцевым инжектором.

2) x = p^E

Лекция 8

x = n₂^Ground

Инжекционный инвертор с торцевым инжектором.

Инжекционный инвертор с подложечным инжектором.

x = p^E₁

Особенность:

Т_л - инверсная структура

К одному выходу можно вешать не больше одной схемы.

p₁-n₂-p₃ – инверсная структура

Недостатки инжекционного инвертора:

• невысокое быстродействие

• _n – мало  n = 1

Достоинства.

• Нет резисторов

• Маленькая мощность

• Небольшая стоимость

• Маленькая емкость

• Min P

• Маленькая площадь

Схема ТТЛ в инжекционной логике.

Переход от транзисторной схемотехники к p-n переходам дает ряд преимуществ.

Схемотехника И²Л.

Чтобы создать функционально полный логический базис надо реализовать:

1. НЕ, ИЛИ, И

2. ИЛИ-НЕ

3. И-НЕ

Инвертор:

!!! В инжекционных схемах ВСЕГДА один вход и много выходов!

Вывод: Объединение входов инжекционных инверторов реализует функцию монтажное И.

Примеры.

ИЛИ/ИЛИ-НЕ (И²Л)

F₁ =

F₂ = A+B = F₁

И-НЕ/И (И²Л)

F₁ =

F₁ =