Минобрнауки России

Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования «Национальный исследовательский университет «Московский институт электронной техники»

Факультет электроники и компьютерных технологий (ЭКТ)

Кафедра интегральной электроники и микросистем

Нартов Андрей Сергеевич

Бакалаврская работа по направлению 11.03.04 «Электроника и наноэлектроника»

Разработка конструкции и маршрута изготовления КМОП ИС делителя частоты с коэффициентом деления 24 и переменной скважностью на базе RS-триггера

Студент Нартов А.С.

Научный руководитель кандидат технических наук Поломошнов С.А.

Москва 2017

СОДЕРЖАНИЕ

Введение 3

Техническое задание 5

Глава 1. Проектирование делитель частоты с переменной скважностью 6

1.1.Этап логического проектирования 6

1.2. Этап схемотехнического проектирования 8

1.3. Этап проектирования топологии 16

Выводы 17

Глава 2. Разработка и исследование кмоп ис делителя частоты 18

2.1. Разработка технологического маршрута изготовления КМОП ИС 18

2.2. Разработка масштабных эскизов n- и p-канальных транзисторов 25

2.3. Предварительный расчет порогового напряжения транзисторов с учетом их конструктивно-технологических параметров 27

2.3.1. Расчеты порогового напряжения для n-МОП транзистора 27

2.3.2. Расчет порогового напряжения для p-МОП транзистора 28

2.4. Расчет зависимости порогового напряжения он концентрации примеси на поверхности полупроводника 29

2.5 Построение эскизов одномерных распределений примеси в вертикальных сечениях затвора и стока-истока 31

Выводы 33

Глава 3. Электрохимическое осаждение плёнок пермаллоя 34

3.1. Зависимость состава пленок от режима осаждения 35

3.2. Нарушения процессов электроосаждения (дефекты) и возможные причины низкого качества покрытий 40

3.3. Экспериментальное исследование дефектов в электрохимически осаждённых плёнках пермаллоя. Причины. Способы устранения 43

Выводы 46

Заключение 47

Список использованных источников 48

Введение

Современный мир невозможно представить без электронных приборов. Они помогают поддерживать необходимый уровень комфорта, заданный человечеством, вследствие чего началась и с упорством продолжается гонка в развитии электроники. Вследствие этого сфера микроэлектроники стала наиболее прогрессирующей в современном мире.

Основной целью разработчиков уже многие десятилетия являются уменьшение размеров элементарных ячеек, повышение плотности их расположения, улучшение технологий изготовления и уменьшения дефектов в структуре. В настоящее время наибольший сектор микроэлектроники занимает создание сверхбольших интегральных схем (СБИС) – структур с большой степенью интеграции элементов. Благодаря высокой плотности упаковки данные схемы занимают меньшую площадь, происходит увеличение вычислительной мощности устройств, а также уменьшается их стоимость. Все это стало возможно благодаря совершенствованию технологических операций, таких, как литография, травление, ионная имплантация.

Кроме того, нельзя забывать про улучшения схемотехнической составляющей микроэлектронных устройств, а именно нестандартное использование стандартных вентилей.

Целью работы является полная разработка делитель частоты с переменной скважностью выходного сигнала (коэффициент деления 24, скважность 4 и 6) на базе RS-триггера и маршрут его изготовления в виде КМОП ИС с использованием технологического базиса ES2_07.

Счетчиком называют устройство, предназначенное для подсчёта числа импульсов поданных на вход. Они, как и сдвигающие регистры, состоят из цепочки триггеров. Разрядность счетчика, а, следовательно, и число триггеров определяется максимальным числом, до которого он считает. Они так же могут использоваться как делители частоты. Счетчики можно классифицировать по ряду признаков. По направлению счета их делят на суммирующие (с прямым счетом), вычитающие (с обратным счетом) и реверсивные. В суммирующих счетчиках с приходом очередного счетного импульса результат увеличивается на единицу, в вычитающих – уменьшается на единицу.

Реверсивными называются счетчики, которые могут работать как в режиме суммирующего счетчика, так и в режиме вычитающего счетчика.

Самым простым примером является асинхронный счетчик, который кроме подсчета приходящих на вход импульсов выполняет еще одну не менее важную функцию, в каждом звене частота сигнала делится на 2.

Асинхронные схемы имеют свои особенности, в частности асинхронный счетчик имеет ложные состояния при переключении. Если делать счетчик с модулем счета не равным степени 2 методом асинхронного сброса, то может возникнуть паразитный цикл. Синхронные счетчики не имеют такой проблемы. Сигналы на их выводах не отстают друг от друга по фазе. В данной работе делитель частоты построен на синхронном счетчике. [1]

В работе будут полностью представлены эскизы элементарных ячеек, эскиз КМОП-структуры и маршрут ее изготовления с учетом заданного типа изоляции, кармана и затвора, разработка логики устройства, расчет схемотехнических параметров и максимального пути металлизации, а также топология целой схемы.

Для ряда изделий, таких как магнитополупроводниковые микросистемы (МПМС), датчики магнитного поля, концентраторов магнитного поля существует необходимость формирования толстых плёнок. Применение элементов из ферромагнитных материалов в составе микроэлектронных приборов может быть использовано для решения двух абсолютно противоположных задач. Первая направлена на усиление магнитного поля в области расположения магниточувствительного элемента, а вторая – на экранирование магнитного поля над элементами, которые не должны подвергаться его воздействию. Для решения первой задачи используют концентраторы магнитного поля, а для решения второй – экраны магнитного поля. Материал концентратора или экрана магнитного поля должен обеспечивать низкую коэрцитивную силу и высокую магнитную проницаемость. Этим требованиям отвечает магнитомягкий материал – пермаллой, подробнее о котором будет рассказано в Главе 3.

При этом процессы, указанные в Главе 2 используются для формирования тонких плёнок, и не могут быть использованы в толстоплёночной технологии. Для этого применяется операция электрохимического осаждения плёнок пермаллоя толщиной 10-15мкм.

Техническое задание

В рамках данной выпускной бакалаврской работы техническим заданием является разработать делитель частоты с переменной скважностью выходного сигнала на базе RS-триггера с использованием технологического базиса ES2_07. Коэффициент деления 24, скважность 4 и 6. Параметры технического задание приведены ниже.

Технология	ES2_07
Длина канала L, мкм	0,7
Минимальный размер , мкм	0,4
	5
	0,8
	-1,1
	135
	47
	0,5
	14
	3

1. Подложка КДБ-12, концентрация примеси в подложке: N_п = 10¹⁵ см⁻³.

2. Концентрация примеси в n⁺-Si* затворе: N_з = 10²⁰ см⁻³.

3. Относительная проницаемость Si: ε = 11,9.

4. Относительная проницаемость SiO₂: ε_d = 3,4.

5. Тип затвора: n+, p+.

6. Тип кармана: n, концентрация примеси в кармане N_карм = 2·10¹⁶ см⁻³.

7. Поверхностная концентрация N_ss= 3·10¹⁰ см^-2.

8. Тип изоляции: STI.

9. Логический базис: ИЛИ-НЕ

10. Время фронта и среза, t_фр,ср : 3нс

11. Рабочая частота по входному сигналу, f_раб: 25 МГц

12. Нагрузочная ёмкость, C_н: 3 пФ

13. Напряжения, V_dd: 5 В