«КОМПАКТНАЯ spice -МОДЕЛЬ КНИ МОП-ТРАНЗИСТОРА ДЛЯ...

1

ПРЕДПРИЯТИЕ ГОСКОРПОРАЦИИ «РОСАТОМ»

«КОМПАКТНАЯ SPICE-МОДЕЛЬКНИ МОП-ТРАНЗИСТОРА

ДЛЯ ПРОЕКТИРОВАНИЯ СПЕЦСТОЙКИХ СБИСС ПРОЕКТНЫМИ НОРМАМИ 0.35 МКМ»

ФЕДЕРАЛЬНЫЙ НАУЧНО-ПРОИЗВОДСТВЕННЫЙ ЦЕНТР НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ИНСТИТУТ

ИЗМЕРИТЕЛЬНЫХ СИСТЕМ им. Ю.Е. Седакова

Инженер-технолог

НИО 29300

Мокеев Александр Сергеевич

Научный руководитель:

начальник НИО 29300

Ятманов Александр Павлович

г. Нижний Новгород, 2014г.


2


SPICE-МОДЕЛЬ. НАЗНАЧЕНИЕПРЕДПРИЯТИЕ ГОСКОРПОРАЦИИ «РОСАТОМ»

SPICE-модель: Математическая модель, основанная на системе

дифференциальных уравнений, которая описывает поведение прибора относительно его внешних выводов

Назначение: САПР сквозного проектирования ИС. Замещение

компонента электрической цепи с целью ее машинного моделирования

Схемотехническое моделирование ИС

SPICE-моделькомпонента

net-листSPICE-модели

2

3


АКТУАЛЬНОСТЬ РАБОТЫПРЕДПРИЯТИЕ ГОСКОРПОРАЦИИ «РОСАТОМ»

Особенности разработки спецстойкой ИС:

Оценка уровня радиационной стойкости ИС на этапе моделирования электрической схемы

Необходимое условие: наличие SPICE-моделей элементов ИС с учетом радиационных эффектов

Стандартные SPICE-модели не позволяют моделировать радиационные эффекты, возникающие при воздействии ионизирующего излучения

Существующие проблемы:

Для решения задач МВЦ НИИИС по проектированию и изготовлению спецстойкой ЭКБ была необходима разработка SPICE-моделей с учетом

воздействия спецфакторов 3

Решение:

4



Цель работы: Исследование и разработка компактных SPICE-моделей КНИ

МОПТ с учетом стационарного и импульсного воздействия ИИ

Задачи:

Исследование структуры и методов модификации SPICE-моделей

Разработка SPICE-моделей КНИ МОПТ с учетом рад. эффектов. Экстракция параметров моделей средствами САПР IC-CAP

Апробация разработанных SPICE-моделей. Моделирование оценочной СБИС в условиях воздействия спецфакторов.

4

ЦЕЛИ и ЗАДАЧИ

5


НОВИЗНА РАБОТЫ. ПРИМЕНЕНИЕПРЕДПРИЯТИЕ ГОСКОРПОРАЦИИ «РОСАТОМ»

Научная новизна: Альтернативный подход к моделированию:

• радиационно-индуцированных токов утечки КНИ МОПТ;• областей паразитной емкости в КНИ МОПТ.

Преимущество: высокая вычислительная эффективность SPICE-модели, по сравнению с существующими аналогами

Практическая значимость:

5

SPICE-модели включены в промышленную САПР Cadence, и совместимы с симуляторами Spectre, UltraSim

Возможно проектирование КМОП КНИ СБИС с проектными нормами до 0.15 мкм, стойкостью к факторам 7.И6, 7.И7

6


6

Способы модификации SPICE-моделей


1. Формирование макромодели

2. Радиационно-зависимые параметры макромодели задаются в виде уравнений:

7.И6

7.И7

7


Повышение вычислительной эффективностимодифицированной SPICE-модели КНИ МОПТ


A H R

pdbcp (psbcp) – периметр области паразитной емкости p-n перехода карман/сток(исток), мagbcp – площадь области паразитной емкостиперекрытия карман/затвор, м2

Вариант SPICE-модели T, мс ΔT, %BSIMSOI3.2 12.02 -BSIMSOI3.2 + радиационные параметры 12.12 + 0.8BSIMSOI3.2 + радиационные параметры+ 2 дополнительных МОПТ (MOS3) 13.3 +10.6

BSIMSOI3.2 + 2 паразитных МОПТ (BSIMSOI3.2 ) 14.9 +24

Время моделирования ВАХ КНИ n-МОПТ А-типа

7

8


8

1. В net-лист модели в качестве дополнительного параметра устройства вводится пользовательский параметр характеристики СФ

parameters

+ w = 3.5u l = 0.35u+ dose = 0

. . .

2. Определяется зависимость параметра модели от характеристики СФ: P (dose)

3. Выбирается аппроксимирующая функция для этой зависимости:

f(dose) = a + b*exp(c*dose)

. . .+ a = 0 b = 0 c = 0

model a_nmos bsimsoi

+ P = a + b*exp(c*dose)

4. В net-листе радиационно-зависимый

параметр модели выражается через

аппроксимирующую функцию,

а ее коэффициенты вводятся в качестве

дополнительных радиационных параметров

Модификация стандартнойSPICE-модели КНИ МОПТ


Методика:

9


9


Методы экстракции: алгоритмы оптимизации IC-CAP; функции экстракции IC-CAP; программы расчета параметров на языке PEL

Определяется зависимость параметра модели от характеристики СФ: P (dose) Проводится аппроксимация зависимости выбранной функцией f(dose) = 0.54 + 0,228 *exp(-5.43e-6 *dose)

Радиационным параметрам модели

присваиваются значения соответствующих

коэффициентов аппроксимирующей функции.

parameters

+ w = 3.5u l = 0.35u+ dose = 0+ a = 0.54 b = 0,228 c = -5.43e-6model a_nmos bsimsoi+ vth0 = a + b*exp(c*dose)

DC CV

TEMP

SPICE:

RAD

Методика экстракции параметров модифицированных SPICE-моделей

Входные данные

Процесс экстракции

Выходные данные

10



Автоматизация измерений ЭФХмодельных тестовых структур

Разработаны программы для САПР IC-CAP по автоматизации процесса измерений ЭФХ модельных тестовых структур

позволяют автоматически:• задавать электрические режимы

измерений;

• измерять весь набор ЭФХ всех ТС модуля;

• сохранять результаты в удобном для экстракции формате (.mdm)

10

11


Экстракция параметров модифицированныхSPICE-моделей КНИ МОПТ


7.И7 :

ЭФХ КНИ n-МОПТ А-типа

7.И6 :

Параметр F1 F2 F3 F4Значение -94.8х10-3 7.2х106 0.698 11.3х10-6

Параметр P1 A B CЗначение 1х10-15 0.461 0.228 0.184Параметр IMP1 IMP2Значение 4.92х10-6 2.4х103

Радиационные параметры SPICE-модели КНИ n-МОПТ А-типа:

Уравнения, описывающие радиационные эффекты:

Погрешность моделирования: ≤ 15%

11

12



Моделирование КМОП КНИ СБИСстатического ОЗУ

Цель - оценка корректности разработанных SPICE-моделей и их пригодности для определения уровня стойкости СБИС к воздействию внешних факторов на этапе схемотехнического моделирования

D/Dmax

Динамический ток потребленияICCO, мА

Результатымоделирования

Техническоетребование

0 22.6

400.25 30.20.5 72.7

0.75 126.91 1628.6

Схемотехническое моделирование показало низкий уровень стойкости СБИС СОЗУ к фактору 7.И7 - (0.25-0.3). Результаты моделирования помогли выявить слабые места в конструкции микросхемы и применить технические решения по повышению ее спецстойкости.

12

СБИС СОЗУ

13


СПАСИБО ЗА ВНИМАНИЕ

13


Инженер-технолог

НИО «Проектирования технологий кристального производства»

ФГУП «ФНПЦ НИИИС им. Ю.Е. Седакова»,

г. Нижний Новгород

Мокеев Александр СергеевичТел.: 8 (831) 4-69-56-51

[email protected]

mailto:[email protected]

«КОМПАКТНАЯ spice -МОДЕЛЬ КНИ МОП-ТРАНЗИСТОРА ДЛЯ...

Documents