dsd1-10 / dsd-01=Компоненты ИС / Program
.doc
Компоненты ИС и их модели
ЛЕКТОР: проф. В.И.Старосельский
БАЗОВЫЕ КУРСЫ:
Общая физика, математика, физика полупроводников.
Твердотельная электроника, элементы электронной техники.
ЛИТЕРАТУРА:
1. Старосельский В.И. Физика р-п переходов и полупроводниковых диодов. М.; МИЭТ, 1986, 104 с.
2. Старосельский В.И. Физика МДП транзисторов. М.; МИЭТ, 1992, 120 с. 3. Старосельский В.И. Физика биполярных транзисторов. Бездрейфовые транзисторы. М.; МИЭТ, 1989, 103 с.
4. Старосельский В.И., Сквира А.В. Физика биполярных транзисторов. Интегральные транзисторные структуры. М.; МИЭТ, 1989, 92 с.
5. Зи С.М. Физика полупроводниковых приборов. Ч.1. М.; Мир, 1984, 456 с.
6. Зи С.М. Физика полупроводниковых приборов. Ч.2. М.; Мир, 1984, 456 с.
7. S.M.Sze. Physics of Semiconductor Devices. Awiley-Interscience Publication Jon Wiley & Sons. N.-Y. Chichester. Brisbane. Toronto. Singapure. 1981.
8. CADENCE: Affirma Spectre Circuit Simulator Dwvice Model Equations. Part 1-10, 15,16,19.
РАСПИСАНИЕ:
12 недель в семестр; 2 недели для контрольных мероприятий.
2 лекции по 75 минут в неделю.
Раздел 1 – Физика и моделирование МДП-транзисторов
Неделя 1 – 2 лекции
Введение. Цель и задачи курса. Основные тенденции развития современной микроэлектроники. Спектр активных и пассивных компонентов ИС. Использование моделей компонентов при проектировании цифровых и аналоговых ИС. Проблемы моделирования приборов с субмикронными размерами.
МДП-транзисторы. Структура и основные электрические параметры – пороговое напряжение, крутизна, выходная проводимость, коэффициент усиления, предельная частота. Влияние параметров транзисторов на характеристики ИС.
Пороговое напряжение. Влияние потенциала подложки.
Неделя 2 – 2 лекции
Классическая модель МДП-транзистора. Основные параметры модели и их влияние на электрические характеристики. Действие подложки.
Простейшие законы масштабирования.
Ограничение скорости носителей заряда в канале. Влияние этого эффекта на крутизну и предельную частоту транзистора. Предельное быстродействие. Роль подвижности и предельной скорости носителей заряда.
Эффект модуляции длины канала. Физический подход к задаче определения эффективной длины канала. Режим модуляции длины канала и режим полного ограничения скорости носителей.
Неделя 3 – 2 лекции
Решение уравнения Пуассона в области ограничения скорости носителей.
Определение собственного коэффициента усиления по напряжению в пологой области ВАХ. Параметры структуры, определяющие собственный коэффициент усиления. Снижение коэффициента усиления при уменьшении длины канала. Возможности обеспечения усилительных свойств транзистора при субмикронных размерах канала. Требования к параметрам подзатворного диэлектрика и параметрам области пространственного заряда.
Неделя 4 – 2 лекции
Подвижность носителей в канале. Влияние поверхностных дефектов и поперечного электрического поля.
Подпороговый ток. Роль подпорогового тока в ИС на МДП-транзисторах. Приближенный расчет ВАХ подпорогового тока. Влияние параметров структуры на величину подпорогового тока.
Эффекты малых размеров в МДП-транзисторах. Тружности соблюдения законов масштабирования при уменьшении размеров. 3 групы эффектов короткого и узкого канала.
Неделя 5 – 2 лекции
Влияние размеров канала на пороговое напряжение.
Эффект смыкания областей пространственного заряда. Расчет напряжения смыкания и его зависимость от параметров структуры..
Современные структуры МДП-транзисторов с субмикронными размерами.
Нейтрализация эффекта смыкания. Методы повышения собственного коэффициента усиления.
МДП-транзисторы со структурой КНИ (кремний на изоляторе). Преимущества и недостатки структуры КНИ. Основные направления и проблемы развития субмикронной технологии.
Неделя 6 – 2 лекции
Моделирование МДП транзисторов в системе схемотехнического проектирования Cadence. Построение моделей компонентов. Физический и формальный способы построения моделей. Параметры моделей и их классификация. Методы верификации параметров моделей.
Нелинейная модель МДП транзистора. Эквивалентная схема. Связь элементов эквивалентной схемы и элементов транзисторной структуры.
Модель МДП транзистора 1-го уровня. Математическое описание элементов модели. Связь параметров модели с особенностями статических ВАХ. Учет выходной проводимости. Задание порогового напряжения. Емкости в МДП стуктуре и их учет.
Ограничения модели 1-го уровня. Особености моделей 2-го и 3-го уровней и их возможности. Особенности моделей BSIM.
Типичные значения основных параметров модели МДП-транзистора.
Учет температурных эффектов.
Линейная модель МДП транзистора. Эквивалентная схема. Учет внутренних шумов в МДП-транзисторе.
Неделя 7 – Контрольное собеседование.
Лабораторная работа:
Изучение моделей МДП транзистора в системе Cadence.
Раздел 2 – Физика и моделирование биполярных транзисторов
Неделя 8 – 2 лекции
Биполярные транзисторы. Структура и основные электрические параметры – коэффициенты передачи тока, предельная частота. Влияние параметров транзисторов на характеристики ИС.
Современные структуры МДП-транзисторов с субмикронными размерами.
Классическая модель Эберса-Молла. Статические и динамические параметры. Эффекты малых размеров (модуляция толщины базы, ограничение скорости носителей, эффект Кирка). Зависимость параметров от режима работы. Токи рекомбинации-генерации носителей в области р-п переходов. Особенности высокого уровня инжекции. Учет вырождения эмиттера.
Модель Эберса-Молла в системе схемотехнического проектирования Cadence. Параметры модели. Возможности и недостатки модели. Учет температуры.
Неделя 9 – 2 лекции
Модель Гуммеля-Пуна. Физические основы и уравнения. Возможности учета эффектов малых размеров и изменения параметров в зависимости от режима работы. Ограничения модели.
Модель Гуммеля-Пуна в системе схемотехнического проектирования Cadence. Параметры модели.
Учет температурных эффектов.
Работа биполярного транзистора в диодном включении.
Неделя 9 – 2 лекции
Линейная модель биполярного транзистора. Эквивалентная схема. Учет внутренних шумов в биполярном транзисторе.
Параметры современных БТ. Основные направления и проблемы развития субмикронной технологии.
Неделя 10 – Контрольное собеседование.
Лабораторная работа:
Изучение моделей МДП транзистора в системе Cadence.
Раздел 3 – Пассивные компоненты ИС
Неделя 11 – 2 лекции
Методы реализации резисторов и конденсаторов в ИМС. Модели резисторов и конденсаторов для схемотехнического проектирования. Учет паразитных эффектов.
Реализация дросселей и трансформаторов в ИМС. Модели дросселей и трансформаторов для схемотехнического проектирования. Учет паразитных эффектов.
Трассы соединений в ИМС. Реактивности соединительных трасс и их моделировнаие. Влияние свойств подложки.
Неделя 12 зачет.