Методическое пособие 565
.pdf5. ИНВЕРТОР НА КМОП
Инвертор на КМОП будет иметь карман p-типа проводимости. Эта область p-типа выступает в роли подложки для n-канального МОП-транзистора [9]. Два МОП-транзистора n- и p-типа будут браться из предыдущих работ.
Листинг программы для расчета инвертора на КМОП:
#Переходим в victoryprocess и задействуем все ядра процессора go victoryprocess simflags="-P all"
#1 строка: физические характеристики подложки: материал – кремний, легированный фосфором;
#2 строка: задание структуры (2D режим) с начальной толщиной подложки 3 мкм
#3 строка: численные параметры расчета технологического процесса – разрешение при моделировании
init material="silicon" rot.sub=45 c.phos=1e14 \ from=0 to=3 depth=0.5 gasheight=1 \ resolution="0.01,0.01"
#Задаем настройки сетки моделирования
#по оси Х:
line X loc=0.0 |
spac=0.02 |
line X loc=0.02 |
spac=0.02 |
line X loc=0.04 |
spac=0.01 |
line X loc=0.06 |
spac=0.005 |
line X loc=0.08 |
spac=0.01 |
line X loc=0.11 |
spac=0.03 |
line X loc=0.14 |
spac=0.01 |
line X loc=0.16 |
spac=0.005 |
line X loc=0.18 |
spac=0.01 |
line X loc=0.2 |
spac=0.03 |
line X loc=0.32 |
spac=0.03 |
line X loc=0.35 |
spac=0.01 |
line X loc=0.37 |
spac=0.005 |
line X loc=0.39 |
spac=0.01 |
line X loc=0.42 |
spac=0.03 |
line X loc=0.47 |
spac=0.03 |
line X loc=0.48 |
spac=0.01 |
line X loc=0.5 |
spac=0.005 |
line X loc=0.52 |
spac=0.01 |
line X loc=0.55 |
spac=0.03 |
line X loc=0.77 |
spac=0.03 |
line X loc=0.8 |
spac=0.01 |
70
line X loc=0.81 |
spac=0.005 |
line X loc=0.82 |
spac=0.01 |
line X loc=0.85 |
spac=0.03 |
line X loc=0.95 |
spac=0.03 |
line X loc=0.98 |
spac=0.01 |
line X loc=1.0 |
spac=0.005 |
line X loc=1.02 |
spac=0.01 |
line X loc=1.05 |
spac=0.03 |
line X loc=1.25 |
spac=0.03 |
line X loc=1.28 |
spac=0.01 |
line X loc=1.3 |
spac=0.005 |
line X loc=1.32 |
spac=0.01 |
line X loc=1.35 |
spac=0.03 |
line X loc=1.41 |
spac=0.03 |
line X loc=1.44 |
spac=0.01 |
line X loc=1.48 |
spac=0.01 |
line X loc=1.6 |
spac=0.1 |
line X loc=1.76 |
spac=0.01 |
line X loc=1.8 |
spac=0.01 |
line X loc=1.83 |
spac=0.03 |
line X loc=2.07 |
spac=0.03 |
line X loc=2.1 |
spac=0.01 |
line X loc=2.12 |
spac=0.01 |
line X loc=2.15 |
spac=0.03 |
line X loc=2.25 |
spac=0.03 |
line X loc=2.28 |
spac=0.01 |
line X loc=2.3 |
spac=0.01 |
line X loc=2.33 |
spac=0.03 |
line X loc=2.57 |
spac=0.03 |
line X loc=2.6 |
spac=0.01 |
line X loc=2.64 |
spac=0.01 |
line X loc=2.66 |
spac=0.02 |
line X loc=2.68 |
spac=0.01 |
line X loc=2.72 |
spac=0.01 |
line X loc=2.75 |
spac=0.03 |
line X loc=2.93 |
spac=0.03 |
line X loc=2.96 |
spac=0.01 |
line X loc=3 |
spac=0.01 |
# по оси Z |
|
line Z loc=-0.2 |
spac=0.01 |
line Z loc=0.1 |
spac=0.01 |
line Z loc=0.2 |
spac=0.1 |
line Z loc=0.5 |
spac=0.1 |
71
#Создаем p-карман для n-транзистора deposit material="photoresist" thick=0.4
etch DRY material="photoresist" thick=0.36 between="0.15,1.35" implant boron dose=5e11 energy=10
strip resist
diffuse time=10 temp=900
#Создаем три кармана n+-типа
deposit material="photoresist" thick=0.4
etch DRY material="photoresist" thick=0.34 between="0.52,0.77" etch DRY material="photoresist" thick=0.34 between="1.03,1.26" etch DRY material="photoresist" thick=0.345 between="2.77,2.92" implant phos dose=5e16 energy=11
strip resist
# Создаем три кармана р+-типа
deposit material="photoresist" thick=0.4
etch DRY material="photoresist" thick=0.3 between="0.24,0.29" etch DRY material="photoresist" thick=0.3 between="1.91,1.98" etch DRY material="photoresist" thick=0.3 between="2.42,2.49" implant boron dose=7e18 energy=10
strip resist
diffuse time=10 temp=900
#Создаем изолированный поликремниевый затвор у транзисторов deposit material="oxide" thick=0.01 between="0.81,0.99" deposit material="oxide" thick=0.01 between="2.11,2.29" deposit material="polysilicon" thick=0.04 between="0.81,0.99" deposit material="polysilicon" thick=0.04 between="2.11,2.29" deposit material="Si3N4" thick=0 between="0.79,0.81" max deposit material="Si3N4" thick=0 between="0.99,1.01" max deposit material="Si3N4" thick=0 between="2.09,2.11" max deposit material="Si3N4" thick=0 between="2.29,2.31" max deposit material="oxide" thick=0.04 between="0.75,1.05" deposit material="oxide" thick=0.04 between="2.05,2.35"
#Создаем электроды
deposit material="aluminum" thick=0.04 between="0.25,0.3" deposit material="aluminum" thick=0.04 between="0.6,0.65" deposit material="aluminum" thick=0.04 between="1.15,1.2" deposit material="aluminum" thick=0.04 between="1.9,1.95" deposit material="aluminum" thick=0.04 between="2.45,2.5" deposit material="aluminum" thick=0.04 between="2.82,2.87"
# Присваиваем имена электродам electrodes name="vss" X=0.27 Z=-0.01 electrodes name="vss" X=0.62 Z=-0.01 electrodes name="vee" X=1.17 Z=-0.01
72
electrodes name="vee" X=1.92 Z=-0.01 electrodes name="vgg" X=0.9 Z=-0.02 electrodes name="vgg" X=2.2 Z=-0.02 electrodes name="vdd" X=2.47 Z=-0.01 electrodes name="vdd" X=2.85 Z=-0.01
# Сохраняем структуру и выводим ее на экран export structure=5kmop.str
tonyplot 5kmop.str quit
Готовый инвертор на КМОП показан на рис. 34.
Рис. 34. Структура инвертора на КМОП
5.1. Переходная характеристика
Одной из основных характеристик любой интегральной схемы является ее время переключения. Переходная характеристика представляет собой зависимость потенциала на выходе Uвых от потенциала на одном из входов Uвх, то есть это зависимость Uвых = f(Uвх). Оптимальная форма передаточной характеристики достигается при одинаковых параметрах транзисторов (bn = bp, UПОРn = |UПОРp|).
73
Листинг программы для расчета переходной характеристики инвертора на КМОП:
#Переходим в victorydevice и задействуем все ядра процессора go victorydevice simflags="-P all"
#Загружаем структуру
mesh infile="5kmop.str" width=0.1
#Указываем затвор – поликремний n-типа contact name=gate n.poly
contact name=vee current
#Задаем емкость на стоке (pF/um)
contact name=vee cap=3.4515e-17 resis=1e15
#Используем для расчета метод Ньютона method newton autonr trap
#Задаем питание схемы
solve init solve previous
solve vvdd=0.001 solve vvdd=0.005 solve vvdd=0.01 solve vvdd=0.05
solve vstep=0.1 vfinal=1.3 name=vdd
#Сохраняем log-файл и начинаем расчет log outf=5kmop_log.log master
solve vvgg=0 ramptime=1e-20 dt=1e-20 tstop=1e-20
#Переходный режим
solve vvgg=1.3 ramptime=2e-11 dt=8e-13 tstop=2e-11 solve vvgg=1.3 ramptime=8e-11 dt=1e-11 tstop=1e-10 log off
# Выводим log-файл на экран
tonyplot 5kmop_log.log -set tran_v.set quit
Готовая переходная характеристика инвертора на КМОП показана на рис. 35.
74
Рис. 35. Переходная характеристика инвертора на КМОП
75
6. ИНВЕРТОР НА БИКМОП
Необходимо разработать инвертор на БиКМОП. Два МОП-транзистора n- и p-типа и два биполярных n-p-n транзистора будут браться из предыдущих работ.
Листинг программы для расчета инвертора на БиКМОП:
#Переходим в victoryprocess и задействуем все ядра процессора go victoryprocess simflags="-P all"
#1 строка: физические характеристики подложки: материал – кремний, легированный фосфором;
#2 строка: задание структуры (2D режим) с начальной толщиной подложки
7,2 мкм
#3 строка: численные параметры расчета технологического процесса – разрешение при моделировании
init material="silicon" rot.sub=45 c.phos=1e14 \ from=0 to=7.2 depth=0.5 gasheight=1 \ resolution="0.01,0.01"
#Задаем настройки сетки моделирования
#по оси Х:
line X loc=0.0 |
spac=0.02 |
line X loc=0.02 |
spac=0.02 |
line X loc=0.04 |
spac=0.01 |
line X loc=0.08 |
spac=0.01 |
line X loc=0.11 |
spac=0.03 |
line X loc=0.14 |
spac=0.01 |
line X loc=0.18 |
spac=0.01 |
line X loc=0.2 |
spac=0.03 |
line X loc=0.32 |
spac=0.03 |
line X loc=0.35 |
spac=0.01 |
line X loc=0.39 |
spac=0.01 |
line X loc=0.42 |
spac=0.03 |
line X loc=0.47 |
spac=0.03 |
line X loc=0.48 |
spac=0.01 |
line X loc=0.52 |
spac=0.01 |
line X loc=0.55 |
spac=0.03 |
line X loc=0.77 |
spac=0.03 |
line X loc=0.8 |
spac=0.01 |
line X loc=0.82 |
spac=0.01 |
line X loc=0.85 |
spac=0.03 |
line X loc=0.95 |
spac=0.03 |
76
line X loc=0.98 |
spac=0.01 |
line X loc=1.02 |
spac=0.01 |
line X loc=1.05 |
spac=0.03 |
line X loc=1.25 |
spac=0.03 |
line X loc=1.28 |
spac=0.01 |
line X loc=1.32 |
spac=0.01 |
line X loc=1.35 |
spac=0.03 |
line X loc=1.41 |
spac=0.03 |
line X loc=1.44 |
spac=0.01 |
line X loc=1.48 |
spac=0.01 |
line X loc=1.58 |
spac=0.1 |
line X loc=2.16 |
spac=0.1 |
line X loc=2.26 |
spac=0.01 |
line X loc=2.3 |
spac=0.01 |
line X loc=2.33 |
spac=0.03 |
line X loc=2.57 |
spac=0.03 |
line X loc=2.6 |
spac=0.01 |
line X loc=2.62 |
spac=0.01 |
line X loc=2.65 |
spac=0.03 |
line X loc=2.75 |
spac=0.03 |
line X loc=2.78 |
spac=0.01 |
line X loc=2.8 |
spac=0.01 |
line X loc=2.83 |
spac=0.03 |
line X loc=3.07 |
spac=0.03 |
line X loc=3.1 |
spac=0.01 |
line X loc=3.14 |
spac=0.01 |
line X loc=3.16 |
spac=0.02 |
line X loc=3.18 |
spac=0.01 |
line X loc=3.22 |
spac=0.01 |
line X loc=3.25 |
spac=0.03 |
line X loc=2.43 |
spac=0.03 |
line X loc=3.46 |
spac=0.01 |
line X loc=3.5 |
spac=0.01 |
line X loc=3.6 |
spac=0.1 |
line X loc=4.46 |
spac=0.1 |
line X loc=4.56 |
spac=0.01 |
line X loc=4.6 |
spac=0.01 |
line X loc=4.63 |
spac=0.02 |
line X loc=4.66 |
spac=0.02 |
line X loc=4.69 |
spac=0.01 |
line X loc=4.74 |
spac=0.01 |
line X loc=4.77 |
spac=0.03 |
line X loc=4.91 |
spac=0.03 |
77
line X loc=4.94 |
spac=0.01 |
line X loc=4.98 |
spac=0.01 |
line X loc=5.01 |
spac=0.03 |
line X loc=5.09 |
spac=0.03 |
line X loc=5.12 |
spac=0.01 |
line X loc=5.16 |
spac=0.01 |
line X loc=5.26 |
spac=0.1 |
line X loc=6.24 |
spac=0.1 |
line X loc=6.34 |
spac=0.01 |
line X loc=6.38 |
spac=0.01 |
line X loc=6.41 |
spac=0.03 |
line X loc=6.49 |
spac=0.03 |
line X loc=6.52 |
spac=0.01 |
line X loc=6.56 |
spac=0.01 |
line X loc=6.55 |
spac=0.03 |
line X loc=6.73 |
spac=0.03 |
line X loc=6.76 |
spac=0.01 |
line X loc=6.8 |
spac=0.01 |
line X loc=6.83 |
spac=0.03 |
line X loc=6.89 |
spac=0.03 |
line X loc=6.92 |
spac=0.01 |
line X loc=6.94 |
spac=0.01 |
line X loc=7.04 |
spac=0.1 |
line X loc=7.2 |
spac=0.1 |
# по оси Z |
|
line Z loc=-0.2 spac=0.01 line Z loc=0.1 spac=0.01 line Z loc=0.2 spac=0.1 line Z loc=0.5 spac=0.1
#Создаем p-карман для базы биполярного транзистора deposit material="photoresist" thick=0.4
etch DRY material="photoresist" thick=0.31 between="4.65,5.05" etch DRY material="photoresist" thick=0.31 between="6.45,6.85" implant boron dose=1e13 energy=11
strip resist
#Создаем p-карман для n-транзистора
deposit material="photoresist" thick=0.4
etch DRY material="photoresist" thick=0.36 between="0.15,1.35" implant boron dose=5e11 energy=16
strip resist
diffuse time=10 temp=900
78
#Создаем n-карман для эмиттера биполярного транзистора deposit material="photoresist" thick=0.4
etch DRY material="photoresist" thick=0.33 between="4.75,4.93" etch DRY material="photoresist" thick=0.33 between="6.55,6.73" implant phos dose=1e18 energy=14
strip resist
#Создаем три кармана n+-типа
deposit material="photoresist" thick=0.4 |
|
etch DRY material="photoresist" thick=0.34 |
between="0.52,0.77" |
etch DRY material="photoresist" thick=0.34 |
between="1.03,1.26" |
etch DRY material="photoresist" thick=0.345 |
between="3.27,3.42" |
implant phos dose=5e16 energy=11 |
|
strip resist |
|
# Создаем три кармана р+-типа
deposit material="photoresist" thick=0.4
etch DRY material="photoresist" thick=0.3 between="0.24,0.29" etch DRY material="photoresist" thick=0.3 between="2.41,2.49" etch DRY material="photoresist" thick=0.3 between="2.91,2.99" implant boron dose=7e18 energy=10
strip resist
diffuse time=10 temp=900
#Создаем изолированный поликремниевый затвор у МОП-транзисторов deposit material="oxide" thick=0.01 between="0.81,0.99"
deposit material="oxide" thick=0.01 between="2.61,2.79" deposit material="polysilicon" thick=0.04 between="0.81,0.99" deposit material="polysilicon" thick=0.04 between="2.61,2.79" deposit material="Si3N4" thick=0 between="0.79,0.81" max deposit material="Si3N4" thick=0 between="0.99,1.01" max deposit material="Si3N4" thick=0 between="2.59,2.61" max deposit material="Si3N4" thick=0 between="2.79,2.81" max deposit material="oxide" thick=0.04 between="0.75,1.05" deposit material="oxide" thick=0.04 between="2.55,2.85"
#Создаем электроды
deposit material="aluminum" thick=0.04 between="0.25,0.3" deposit material="aluminum" thick=0.04 between="0.6,0.65" deposit material="aluminum" thick=0.04 between="1.15,1.2" deposit material="aluminum" thick=0.04 between="2.4,2.45" deposit material="aluminum" thick=0.04 between="2.95,3"
79