• A
  • A
  • A
  • АБВ
  • АБВ
  • АБВ
  • А
  • А
  • А
  • А
  • А
Обычная версия сайта

Разработка методов многоуровневого исследования и моделирования элементов перспективных изделий микроэлектроники от уровня материала до уровня схем с повышенной стойкостью к температурным и радиационным воздействиям

2013
Подразделение: Лаборатория "Моделирование элементной базы микро-и наноэлектроники"

Объект исследования: модели, методы и программные средства для проектирования и расчета перспективной микроэлектронной компонентной базы: от исходных материалов до готовых приборов и схем с повышенной температурной и радиационной стойкостью.

Цель работы:

- разработка методов и средств  для исследования характеристик элементов перспективных изделий микроэлектроники с повышенной стойкостью к температурным и радиационным воздействиям,

-  разработка улучшенных методов, средств и моделей для проектирования схем на их основе, предназначенных для использования  в специальной электронной аппаратуре, работающей в условиях воздействия различных  видов радиации и температуры.

Эмпирическая база исследования:

- характеристики реальных тестовых образцов полупроводниковых приборов, микросхем, печатных плат;

- характеристики полупроводниковых материалов, приборов, микросхем, печатных плат с повышенной стойкостью к воздействию температуры и радиации, приведенные в публикациях ведущих зарубежных и отечественных журналов, информационных материалах и отчетах ведущих зарубежных и отечественных предприятий и компаний – разработчиков и производителей электронных компонентов, Интернет- ресурсах и др.

Результаты работы:

1) методика сквозного проектирования элементов Si БТ / SiGe ГБТ и КНИ/КНС КМОП БИС, работающих как в обычных условиях, так и в условиях воздействия внешних факторов (температуры и различных видов космической радиации). Методика базируется на использовании стандартных средств САПР БИС: TCAD–ICCAP–Spectre/Eldo/HSpice и др.), адаптированных и модернизированных на случай расчёта БИС с учётом указанных выше условий;

2) программный комплекс по исследованию Si БТ / SiGe ГБТ и КМОП КНИ/КНС приборов и элементов БИС методом моделирования с учетом факторов космического пространства: температуры, ионизирующих излу-чений (гамма, нейтроны, протоны), тяжёлых заряженных частиц (ТЗЧ), по физическому уровню и точности используемых моделей, полноте и комплексности решаемых задач соответствующий уровню лучших мировых разработок;

3) 2-х и 3-х мерные численные модели электронных компонентов различного уровня  (межсоединений, полупроводниковых приборов и элементов БИС, фрагментов БИС и печатных плат  ), учитывающие влияние температурных эффектов;

4) компактные SPICE –модели Si/SiGе, биполярных и МОП транзисторов, учитывающие радиационные и тепловые эффекты;

5) три вида методик определения (экстракции) параметров моделей по ре-зультатам измерений на тестовых приборах или по результатам TCAD моделирования: 1) специализированная под конкретную компактную SPICE-модель; 2) с помощью универсальной программы-экстрактора Agilent IC-CAP; 3) с помощью специализированной программы-экстрактора ISExtract, встроенной в систему приборно-технологического проектирования Synopsys TCAD;

6) метод построения моделей биполярных и МОП-транзисторов с учётом радиационных эффектов, заключающийся в совместном использовании макромодельного подхода и введения в модель аппроксимирующих зависимостей параметров от радиационного фактора;

7) приборно-технологические TCAD-модели полупроводниковых приборов и элементов БИС, учитывающие на физическом уровне влияние радиационных  (гамма, нейтроны, протоны, отдельные ядерные частицы) и  тепловых (внешняя температура и саморазогрев) эффектов;

8) токонесущая способность и двухмерные тепловые поля в конструкциях проводящих трасс (Ti, Cu, Ni) с малой и сверхмалой толщиной проводящего слоя (до 2,5 мкм) на алюминиевой, керамической и полиимидной подложках с различными размерами по толщине и длине. Результаты представляют значительный интерес для проектирования суперсовременных печатных плат;

9) результаты  облучения отечественных Si БТ с граничной частотой fT = 5 ГГц нейтронами и гамма-квантами. Входные и выходные ВАХ до и после облучения. SPICE-параметры Si БТ, которые используются для схемотехнического проектирования радиационно-стойких схем в ОАО «НПП «Пульсар» и ОАО «Компорация «ВНИИЭМ»;

10) ВАХ дискретных диодов (4 типа), биполярных и МОП-транзисторов (7 типов), операционного усилителя 544УД2 в диапазоне температуры –60°C …+ 100°C. Параметры SPICE-моделей, которые используются при проектировании спец.аппаратуры в ФГУП «ВНИИА им. Н. Л. Духова»;

11) для типовых каскадов аналоговых и цифровых Si БТ / SiGe ГБТ БИС и КНИ/КНС КМОП БИС проведена оценка областей их работоспособности в условиях влияния температуры и радиации.

Степень внедрения, рекомендации по внедрению результатов НИР:

Результаты НИР могут быть использованы на предприятиях ОАО «НИИМЭ и Микрон», ФГУП НПП «Пульсар», НИИМА «Прогресс», ОАО «Ангстрем» и др., обладающих комплектом необходимого технологического оборудования и соответствующей квалификацией технологов и специалистов, кроме того, на предприятиях Минобороны, Роскосмоса, Росатома и др. ведомств, занимающихся созданием и разработкой спец. радиоэлектронной аппаратуры, в частности: ФГУП «ФНЦП НИИ Измерительных систем им. Ю.Е. Седакова» (г. Н.-Новгород), ФГУП «РФЯЦ-ВНИИТФ им. акад. Е.И. Забабахина» (г. Снежинск), ФГУП «ВНИИ Автоматики им. Н.Л. Духова», ОАО «НПО Измерительной техники» (г. Королев, Моск. обл.) и др.

Результаты НИР внедрены:

В ОАО «НПП Пульсар» (см. п. 9 Реферата).

В ОАО «Компорация «ВНИИЭМ» (см. п. 9 Реферата).

В  ФГУП «ВНИИА им. Н. Л. Духова» (см. п. 10 Реферата).

Область применения

Радиоэлектронная  аппаратура для ядерной энергетики, аэрокосмической техники, радиолокации, связи и телекоммуникаций, систем вооружения и военной техники, ликвидации последствий радиационных и других экологических катастроф, утилизации ядерных и химически агрессивных отходов, а также специальная аппаратура гражданского назначения.

Публикации по проекту:


Петросянц К. О., Харитонов И. А., Попов Д. А. Применение пакетов программ TCAD и HSPICE для анализа переходных процессов в ячейках КМОП ИС с учетом влияния эффекта саморазгрева // В кн.: Труды международной научно-практической конференции "International Scientific – Practical Conference" INNOVATIVE INFORMATION TECHNOLOGIES", Prague, 2013, April 22-26 / Отв. ред.: И. А. Иванов; под общ. ред.: С. У. Увайсов; науч. ред.: С. У. Увайсов. Т. 3. М. : МИЭМ НИУ ВШЭ, 2013. С. 451-458.
Харитонов И. А., Гоманилова Н. Б., Петросянц К. О., Самодуров Д. А., Александров А. В., Малышев А. А., Чемеза Д. М. Информационно-измерительный комплекс для определения параметров схемотехнических SPICE моделей электронных компонентов с учетом температуры // В кн.: Инновации на основе информационных и коммуникационных технологий: Материалы международной научно-практической конференции (2013) / Отв. ред.: И. А. Иванов; под общ. ред.: С. У. Увайсов; науч. ред.: А. Н. Тихонов. М. : МИЭМ НИУ ВШЭ, 2013. С. 274-276.
Попов Д. А. Моделирование тепловых процессов в структуре КМОП КНИ инвертора // В кн.: Микроэлектроника и информатика – 2013. Тезисы докладов. Зеленоград : МИЭТ, 2013. С. 108-108.
Попов Д. А. Влияние температуры на радиационный сдвиг порогового напряжения МОП-транзистора С. 246-249.
Кожухов М. В. Влияние отжига на процесс восстановления параметров кремниевого биполярного транзистора, подвергнутого воздействию радиации С. 244-246.
Харитонов И. А., Гоманилова Н. Б., Петросянц К. О., Самодуров Д. А., Александров А. В., Малышев А. А., Чемеза Д. М. Информационно-измерительный комплекс для определения параметров схемотехнических SPICE моделей электронных компонентов с учетом температуры С. 274-276.
Петросянц К. О., Харитонов И. А., Самбурский Л. М. Cравнительный анализ SPICE-моделей КНИ/КНС МОП-транзисторов для учёта радиационных эффектов // В кн.: Электроника, микро- и наноэлектроника: Сборник научных трудов 15-ой Российской научно-технической конференции (г. Суздаль, 25 – 28 июня 2013 г.) / Науч. ред.: В. Я. Стенин. М. : НИЯУ МИФИ, 2013. С. 303-309.
Петросянц К. О., Харитонов И. А., Самбурский Л. М., Богатырев В. Н., Поварницына З. М., Щекин А., Гоманилова Н. Б. Проектирование радиационно-стойкого прецизионного усилителя на базе КНС КМОП-технологии // В кн.: Электроника, микро- и наноэлектроника: Сборник научных трудов 15-ой Российской научно-технической конференции (г. Суздаль, 25 – 28 июня 2013 г.) / Науч. ред.: В. Я. Стенин. М. : НИЯУ МИФИ, 2013. С. 296-302.
Труды международной научно-практической конференции "International Scientific – Practical Conference" INNOVATIVE INFORMATION TECHNOLOGIES", Prague, 2013, April 22-26 / Отв. ред.: И. А. Иванов; под общ. ред.: С. У. Увайсов; науч. ред.: С. У. Увайсов. Т. 3. М. : МИЭМ НИУ ВШЭ, 2013.
Петросянц К. О., Кожухов М. В. SPICE-модели кремниевых БТ и кремний германиевых ГБТ, учитывающие влияние радиационных факторов // В кн.: Труды международной научно-практической конференции "International Scientific – Practical Conference" INNOVATIVE INFORMATION TECHNOLOGIES", Prague, 2013, April 22-26 / Отв. ред.: И. А. Иванов; под общ. ред.: С. У. Увайсов; науч. ред.: С. У. Увайсов. Т. 3. М. : МИЭМ НИУ ВШЭ, 2013. С. 320-326.
Petrosyants K., Kharitonov I. A., Kozynko P., Popov A. Electronic components thermal regimes investigation by IR thermography, in: Proceedings of the 12-the International Workshop on Advanced Infrared Technology and Applications. Turin : Politecnico di Torino, 2013. P. 185-189.
Petrosyants K. O., Kortunov A. V., Kharitonov I. A., Попов А. А., Гоманилова Н. Б., Rjabov N. Analysis and Simulation of Temperature-Current Rise in Modern PCB Traces, in: Proceedings of IEEE East-West Design & Test Symposium (EWDTS’13). Kharkov : Kharkov national university of radioelectronics, 2013. P. 308-311.
Petrosyants K. O., Kharitonov I. A. Account for radiation effects in signal integrity analysis of PCB digital systems, in: Proceedings 16th Euromicro Conference on Digital System Design DSD 2013 Proceedings of the 16th Euromicro Conference on Digital System Design (DSD 2013) Santander, Spain. Santander : IEEE Computer Society, 2013. P. 479-482.
К. О. Петросянц Моделирование тепловых режимов электронных компонентов // В кн.: Твердотельная электроника. Сложные функциональные блоки РЭА. Материалы XII Научно-технической конференции / Отв. ред.: В. Синкевич, А. Филатов, Савченко Е. М., А. Пронин, Е. Череменская, А. Мартынов. М. : МНТОРЭС им. А. С. Попова, 2013. С. 229-232.
К. О. Петросянц, Смирнов Д. С., М. В. Кожухов Влияние электронного и гамма-излучений на статические характеристики кремниевых СВЧ биполярных транзисторов // В кн.: Твердотельная электроника. Сложные функциональные блоки РЭА. Материалы XII Научно-технической конференции / Отв. ред.: В. Синкевич, А. Филатов, Савченко Е. М., А. Пронин, Е. Череменская, А. Мартынов. М. : МНТОРЭС им. А. С. Попова, 2013. С. 239-242.
Твердотельная электроника. Сложные функциональные блоки РЭА. Материалы XII Научно-технической конференции / Отв. ред.: В. Синкевич, А. Филатов, Савченко Е. М., А. Пронин, Е. Череменская, А. Мартынов. М. : МНТОРЭС им. А. С. Попова, 2013.
Petrosyants K. O., Kharitonov I. A., Sambursky L. M. The Subsystem for MOSFETs Characteristic Measurement and Parameter Extraction with Account for Radiation Effects, in: Book of Abstracts of the 3rd International Conference on Advanced Measurement and Test , Xiamen, China, March 13-14, 2013. Xiamen : , 2013. P. 35-36.
Petrosyants K. O., Kharitonov I. A., Popov D. Coupled TCAD-SPICE Simulation of Parasitic BJT Effect on SOI CMOS SRAM SEU, in: Proceedings of IEEE East-West Design & Test Symposium (EWDTS’13). Kharkov : Kharkov national university of radioelectronics, 2013. P. 312-315.
K. Petrosyants, E. Orekhov, I. Kharitonov, Popov D. TCAD analysis of self-heating effects in bulk silicon and SOI n-MOSFETs // Proceedings of SPIE. 2012. Vol. 8700. P. 16.1-16.6.