Область наук:
  • Електротехніка, електронна техніка, інформаційні технології
  • Рік видавництва 2000
    Журнал: Известия Південного федерального університету. Технічні науки
    Наукова стаття на тему 'масштабувати біполярні комплементарні транзисторні структури з нелегованої базою для низьковольтних Мікропотужні елементів УБИС'

    Текст наукової роботи на тему «масштабувати біполярні комплементарні транзисторні структури з нелегованої базою для низьковольтних Мікропотужні елементів УБИС»

    ?1592ХМх;

    • моделювання та налагодження проектів в системі WinASCT в режимі порівняння результатів з еталонними;

    • передачі інформації про атестований проект в систему топологічного проектування;

    • повторного тимчасового логічного моделювання з урахуванням топологічних затримок перед передачею проекту.

    • Реалізований на фірмі ВАТ «Ангстрем» маршрут перепроектування БІС, виконаних в системах проектування ПЛІС фірм XILJNX. Actel Corporation і ALTERA, в полузаказних кристали фірми ВАТ «Ангстрем» складається з наступних основних етапів.

    • Трансляція опису проекту, переданого з системи проектування ПЛІС в зазначених форматах в стандартний текстовий файл опису структур -STR - формат.

    • Трансляція тестових впливів і еталонних реакцій, переданих з системи проектування ПЛІС в зазначених форматах в стандартний текстовий файл опису тестових впливів і еталонних реакцій - TES - формат.

    • Налагодження проекту в системі WinASCT в бібліотеці ПЛІС в режимі порівняння до отримання збіги результатів з еталонами.

    • Перепроектування проекту в заданий підлозі замовлення ної кристал, що включає доопрацювання схем заміни бібліотечних елементів ПЛІС для заданого кристала, формування STR-файлу в заданому базисі логічних елементів, корекцію схеми з урахуванням особливостей ПЛІС і БМК і тимчасових співвідношень.

    • Моделювання проекту в режимі порівняння в зазначених вище бібліотеках до отримання збіги результатів з еталонами.

    Вихідною інформацією всіх систем є комплект файлів відповідно до стандарту фірми ВАТ «Ангстрем», опис списку ланцюгів з одним (йди декількома) з форматів Veriiog, VHDL або Edif 2.0, опис тестових впливів з еталонними реакціями в форматі Veriiog і YHDL.

    621.382

    А.Н. Бубенніков, В.В. Ракітін, А.В. Зиков, С.Б. Блинников

    Масштабувати біполярного КОМПЛЕМЕНТАРНІ транзисторних структур з нелегованої БАЗОЮ ДЛЯ НИЗЬКОВОЛЬТНИХ Мікропотужні ЕЛЕМЕНТІВ УБИС

    Московський фізико-технічний інститут (держ. Університет), 141700, Долгопрудний, Університетський, 9, факс: (095) 5765364, e-mail: Ця електронна адреса захищена від спам-ботів. Вам потрібно увімкнути JavaScript, щоб побачити її.

    Конкуренція двох базових напрямків розвитку технології і схемотехніки - БІС-біполярного і МОП (КМОП) відбувалася протягом трьох десятиліть (1960-1980 роки). Однак уже 90-ті роки - це період, коли «робочою конячкою» цифрових НВІС і УБИС широкої номенклатури стали різноманітні глибоко-субмікронні КМОП технології і відповідні мікромошние схемотехніки з прогресуючим використанням низьковольтних напруг харчування [1,2]. Головним обмеженням біполярного напрямки розвитку біполярних НВІС і

    УБИС, перш за все на найбільш швидкодіючих ЕСЛ-елементах, було значне споживання статичної потужності, баластний характер якої, на відміну від КМОП елементів, проявлявся в режимі «спокою або непереключеним» елементів. Ця баластних статична потужність сильно нівелювала інші унікальні особливості масштабованих біполярних структур з гранично стислими вертикальними і горизонтальними розмірами:]) максимальне технологічне (внутрішнє) швидкодію приладів і елементів з мінімальними затримками ЕСЛ-елементів близько 10-15 пс; 2) максимально висока здатність навантаження вихідних елементів зі схемотехнікою комплементарних емітер-них повторителей; 3) висока логічна функціональна гнучкість біполярного ЕСЛ, модифікованого комплементарного біполярного (си) і змішаного (СИСМОБ) базису [3-5].

    Для підвищення ступеня інтеграції і швидкодії УБИС потрібні масштабовані приладові структури, що забезпечують високу навантажувальну здатність і малу споживану потужність низковольтові логічних елементів (ЛЕ). Одним з ефективних шляхів є перехід до конструкцій функшюн&1ьно-інтегрованих елементів на тривимірних вертикальних і планарних (з діелектричної ізоляцією) суміщених польових структурах [6-8]. Дані структури з нелегованої каналами, локалізованими між двома затворами, дозволяють практично усунути короткоканальние ефекти і зменшити розкид порогових напруг, причому модуляція провідності області каналу між витоком і стоком для довжин каналу 10-30 нм підтверджена нашими розрахунками на основі адекватного чисельного моделювання нанотранзі-сторі. Однак постачання неякісної навантажувальної спроможності для даних функціонально-інтегрованих структур [6-8] представляє значну проблему для щільноупакованих УБИС зі значними ємнісними навантаженнями ліній зв'язку (ЛЗ). оскільки пов'язане з модифікацією структур в сторону збільшення їх розмірів.

    Мета роботи аналіз за допомогою чисельного пріборно- схемотехнічного моделювання [9] нових можливостей приладового базису низьковольтних мік-ромощних функціонально-інтегрованих елементів УБИС з використанням для збільшення навантажувальної здатності вихідних двотактних біполярних каскадів на масштабованих комплементарних симетричних транзисторних структурах з нанометровими розмірами і нелегірованіой активної базової областю.

    Проведене нами чисельне моделювання ВСМОП і ПСМОПП структур з довжинами каналів 0.1-0.2 мкм, \ '' 5 = г0,5-0.6 В, показало, що вони мають високі робочими характеристиками: технологічне швидкодію в режимі кільцевого генератора близько 50-100 пс, мінімальні геометричні розміри, прийнятна висока щільність струму, ослаблення короткоканальних ефектів. У той же час для забезпечення більш високої здатності навантаження елементів і збільшення системного швидкодії процесорних низьковольтних УБИС доцільно використовувати вихідні двотактні КБІ-елементи [3-5].

    На рис. 1 наведені аналізовані комплементарні симетричні транзисторні струюури (СТС), що забезпечують симетричність по відношенню До типу ПІД-

    0.1 мкм

    и '

    Актівній

    область

    р 'до Р'

    Про 0.1 мкм

    Мал. 1

    Віжн носіїв і дозволяють будувати економічні низьковольтні мікро-потужні схеми. Перетин СТС має активну базову область, обмежену зверху і знизу високолегованої областями п + типу провідності, а з боків - високолегованої областями р + типу провідності. Ми будемо аналізувати СТС, у яких активна базова область взагалі нелегованої, тобто є власним напівпровідником або напівпровідником з невеликою фонової провідність будь-якого типу. Якщо активна нелегована область буде характеризуватися р типом провідності, то СТС може розглядатися як вертикальна п-р-п СТС з двома базовими контактами та одночасно як латеральний польовий транзистор з дірковим каналом і з двома керуючими переходами. Якщо активна область буде характеризуватися п типом провідності, то структура може розглядатися як латеральна біполярна р-п-р СТС з двома базовими контактами та як вертикальний польовий транзистор з електронними каналами і двома керуючими переходами.

    Симетричність розглянутих СТС проявляється в тому, що вертикальний і латеральний прилади при ідентичних горизонтальних і вертикальних розмірах відрізняються тільки типом носіїв. Біполярний режим роботи СТС характеризується инжекцией в активну область носіїв обох знаків при відкриванні вхідного р-п переходу і протіканні по структурі значних щільності струмів при малій вихідної провідності активної області.

    При масштабуванні - узгодженому зменшенні горизонтальних і вертикальних розмірів класичного біполярного транзистора, виникають серйозні протиріччя і труднощі, особливо в нанометровому діапазоні розмірів. Для запобігання проколу тонкошарової бази транзистора необхідно збільшувати в ній концентрацію легуючої домішки, а також знижувати робочі напруги харчування. У той же час гранична концентрація легуючої домішки в активній базової області принципово обмежується наявністю тунельного пробою емітерного р-п переходу.

    У СТС усунення (або кардинальне зменшення) проколу активної бази досягається за рахунок зменшення її ширини з локалізацією рухливих носіїв між близько розташованими базовими контактами, подібно до того, як локалізують канал в МОП-фанзу історії [6-8]. Коли ширина бази не перевищує її товщини, то електричне поле між емітером і колектором значно послаблюється за рахунок екрануючого дії базових контактів. При зниженні концентрації легуючої домішки в активній базі аж до власної знижується бар'єр для інжекції носіїв з емітера в базу, але зберігається бар'єр, що перешкоджає проникненню відповідних носіїв в базовий контакт. При тонкошарової активної базі зі слабким легированием, аж до власної концентрації, в принципі, практично неможливо виключити прокол бази, але величина неконтрольованого струму проколу може бути досить малВй.моделіруемой СТС, представленої на рис. 1, область активної бази мала квадратну форму і представляла собою шар з власної концентрацією і провідність (допустима концентрація фонової домішки 10ь - 1014 см '3), а прилеглі до неї області р-ь-типу і п + -типу провідності мали однакову концентрацію легуючої домішки, відповідно 1018 см \ Рівень легування периферійних областей повинен бути досить великий для забезпечення контактів і для зниження провідникові, однак в разі перекриття периферійних областей не повинен перевищувати величини концентрацій, викликаючи -ющей тунельний пробій сильнолегованого р-п-переходу. Модельована структура може бути як п-р-п, так і р-п-р СТС, в першому випадку п + -області є емітером і колектором, а р + -області є базовими контактами, а

    у другому випадку - навпаки. При зазначених розмірах квадрата СТС 0.1x0.] Мкм (СТС'0.1} розмір активної бази по третій координаті був прийнятий 1 мкм.

    Розглянемо результати чисельного моделювання п-р-п СТС-0.1, виконаного за програмою [9]. У рівноважному стані при ВКК-ІЕБ-0 області активної бази поблизу базових контактів частково збагачуються рухливими носіями. При нульовій напрузі на базі (емітер знаходиться під нульовим потенціалом) ІБЕ ~ 0 і зворотному змішанні колекторного р-п-переходу відбувається проникнення електронів з емітера в активну базову область. Підвищення напруги зворотного зміщення ІКБ призводить до збільшення концентрації електронів в базі, до кількості електронів дійшли до колектора, як наслідок, - до зростання колекторного струму. Відзначимо, що аж до значень ІК ?, приблизно рівних напрузі відкривання емітерного р-п-переходу, концентрація електронів в базі і колекторний струм практично невеликі. При подачі напруги прямого зміщення на емітерний перехід спостерігається інтенсивна інжекція електронів з емітера і дірок з базових контактів в активну область бази, причому зі зростанням прямого зміщення ІБЕ відбувається зростання концентрації рухливих носіїв в активній області бази і надалі досягнення їх концентрації в високолегованих областях. Ефективно утворюються електронний і дірковий канали, причому різниця потенціалів на кінцях каналів визначає величину (і напрямок) струму в каналах.

    На рис.2 представлені розрахункові вхідні ВАХ п-р-п СТС (товщина і ширина бази 0.1 мкм, а довжина 1 мкм), що характеризують специфіку дуже високого ефективного коефіцієнта посилення СТС в області мікрострумів бази. На ріс.З і 4 представлені вихідні ВАХ аналогічних п-р-п і р-п-р СТС триодного типу. Незважаючи на деяку відмінність у формі вихідних ВАХ в області малих і середніх напруг колектор-емітер, можна зробити висновок про хороших ключових характеристиках комплементарних СТС, у яких відношення струмів включеного (напруга база-емітер одно 0.8 В) і вимкненого (напруга база-емітер 0 В) перевищує понад чотири-п'ята порядків. Дослідження впливу концентрації легуючої домішки в активній базі показало, що вихідні ВАХ слабо змінюються, поки концентрація не перевищує 101 'см "3,

    Мал. 2 ріс.З

    На рис.5 для вихідного двотактного каскаду - інвертора на комплементарних п-р-п і р-п-р СТС (см.ріс.і) з характеристиками (см.ріс.3,4) представлені розрахункові передавальні характеристики, що характеризують можливість формування логічних перепадів (з диференціальним коефіцієнтом к = сШ01 "/ (Ш1П>2.8) в досить широкому діапазоні і з високою здатністю навантаження в низьковольтному режимі (Еп = 0,2-0,6 В) з мінімальною статичної потужністю (менше 0.1 мкВт).

    Таким чином, б роботі показано, що СТС мають високі навантажувальні і підсилювальними формують властивостями, допускають роботу при розмірах 100 нм і менш. Подібне поєднання СТС з ВСМОП і ПСМОП з високою щільністю розміщення є Наіль чш їм для низьковольтних процесорних кремнієвих УБИС. Це відкриває можливості поразрядной сумісності спеціалізованих процесорних і запам'ятовуючих пристроїв нових поколінь з тактовими робочими частотами в кілька ГГц.

    Рис, 4 Рис. 5

    ЛІТЕРАТУРА

    1. Taur Y, Buchan D. et al // Ргос. IEEE. 1997. V.85. N 4, Р.486-503.

    2. Asai S., Wada Y. // Proc.IEEE, 1997. V.85. N 4. P.505-520.

    3. Бубенніков A.H. II Мікроелектроніка. 1990. T.19. N5. C.504-519.

    4. Бубенніков A.H. //Електронна техніка. Сер. 10. 1993. Вип.З. С.7-14.

    5. Бубенніков А Н. // Мікроелектроніка. 1994. N2. С.74-83.

    6. Ракітін В, В ,, Фштппов Є.І. // Мікроелектроніка, 1996. Т.25, N2. С. 112-115.

    7. Бубенніков А.І., Ракітін В.В, Зиков О.В., Блинников З Б. І Тези доповідей

    Всерос. конф. «Актуальні проблеми твердий, і мікроеле.», J 998. С. 169-172.

    8. Бубенніков А Н., Зиков О.В., Ракітін В.В. // Електроніка. Изв. вузів. 1999. N 1.

    9. бубонцями А.Н., Чер} (яев А.В, Приладно-схематехннческое моделювання в САПР БІС / Асоціація розробників САПР БІС. Таганрог: ТРТІ, 1993.

    УДК 621.3.049.77.002: 620.179

    М.О. Рапід ВИМІР ЗАТРИМОК Мікропотужні інвертор ЦИФРОВИХ НВІС на пластини НЧ-ВИМІРНИКОМ З ВИКОРИСТАННЯМ ЕЛЕМЕНТІВ ВБУДОВАНА КОНТРОЛЮ ГНЦ РФ НПК «ТЕХНОЛОГІЧНИЙ ЦЕНТР»,

    103498, Москва, МІЕТ \ НПК ТЦ, тел .: 5329S39, e-mail: Ця електронна адреса захищена від спам-ботів. Вам потрібно увімкнути JavaScript, щоб побачити її.

    Вступ

    У той час, коли багато хто зайнятий пошуками [1] стратегій шансів хоча б для часткового адаптації підприємств електроніки до нинішніх умов протягом шести-семи років, проходить конференція з актуальних проблем мікроелек-


    Завантажити оригінал статті:

    Завантажити