МИНОБРНАУКИ РОССИИ
Санкт-Петербургский государственный
электротехнический университет
«ЛЭТИ» им. В.И. Ульянова (Ленина)
Кафедра МНЭ
КУРСОВАЯ РАБОТА
по дисциплине «Основы моделирования и проектирования микроэлектронных компонентов»
Тема: «Основы моделирования и проектирования микроэлектронных компонентов»
Студенты гр. 9206 |
|
Рощин И. В. Талгатулы Р Зокиров И. Д. |
Преподаватель |
|
Рындин Е. А. |
Санкт-Петербург
2023
АННОТАЦИЯ
В данной работе представлены расчёты основных элементов интегральной схемы применяемых при проектировании электронного устройства. При этом методики расчёта активных элементов отличаются моделями на которые опираются производимые в данной работе вычисления, что сделано в целях демонстрации владения знаниями о принципах основных видов модельных описаний элементов, таким образом продемонстрированы расчёты активных элементов согласно классам моделей: схемотехнической и физикотопологической, в случае же с пассивными элементами вычисления основываются на базовых представлениях геометрии конструкции и технологических особенностях изготовления.
SUMMARY
This paper presents calculations of the main elements of an integrated circuit used in the design of an electronic device. At the same time, the methods of calculating active elements differ in the models on which the calculations performed in this work are based, which is done in order to demonstrate knowledge of the principles of the main types of model descriptions of elements, thus the calculations of active elements are demonstrated according to the classes of models: circuit engineering and physico-topological, in the case of passive elements, calculations are based on basic representations of geometry design and technological features of manufacturing.
СОДЕРЖАНИЕ
Введение…………………………………………………………………. |
4 |
|
5 |
|
6 |
|
10 |
|
13 |
|
33 |
|
37 |
Заключение……………………………………………………………… |
46 |
Список использованных источников………………………………….. |
47 |
ВВЕДЕНИЕ
Целью данной работы является демонстрация знаний принципов модельного описания элементов интегральных схем и навыков численного моделирования для их расчёта как отельных компонентов электронного устройства.
Техническое задание.
Вариант №5
Таблица 1 – параметры интегрального резистора
-
Технология
N, см^-3;
h, нм
Номинал,
Ом
Допуск,
%
Проектная норма, мкм
мкм
%
Пленочная
hP=900
5103
10
5
0,01
0,03
Таблица 2 – параметры интегрального конденсатора
-
Технология, h, нм
Номинал, пФ
Допуск, %
Проектная норма, мкм
,
мкм
,
%Пленочная
hP=90
5
10
5
0,01
0,03
Таблица 3 – Параметры интегрального диода
-
Длина n-области
Длина р-области
Концентрация легирующей примеси в n-области
Концентрация легирующей примеси в р-области
Диапазон напряжений
Температура кристалла
150 нм
300 нм
51017 см-3
11017 см
(0 – 0,8) В
300 К
Таблица 4 – Параметры интегрального биполярного резистора
-
0,99
-0,5 – 4
210-8
0 – 7
Таблица 5 – Параметры интегрального МДП транзистора
Проектная норма, мкм
|
Длина канала,
|
Ширина канала,
|
Толщина диэлектрика, нм |
Концентрация акцепторов в подложке, см^-3 |
Подвижность электронов в канале, см^2/(В*С) |
0,23 |
1 |
4 |
10 |
31017 |
500 |
Расчёт конструкции интегрального полупроводникового резистора.
Цель работы: исследование принципов расчёта геометрии интегрального резистора, написание программы на языке MATLAB, способной рассчитать длину и ширину резистора при заданных параметрах.
Основные теоретические положения:
Общая
формула:
,
– удельное сопротивление, a – длина, b
– ширина, d
– толщина. Толщина задается технологией,
целью
расчета является:
.
Задачей
проектирования является определить
размеры резистора так, чтобы все случайные
отклонения гарантировали соответствующую
точность (данный в техническом задании
номинал
).
,
– коэффициент
формы,
– удельное поверхностное сопротивление
Тогда суммарное отклонение запишется в следующем виде:
Раскроем коэффициент формы:
Запишем общее отклонение, как сумму систематических и случайных отклонений:
Учитывая, что если в меньшем размере выполняется условие точности, то оно автоматически выполняется и для большего, получим:
Размер с учетом необходимой точности определится как:
С точки зрения рассеиваемой мощности:
,
– удельная рассеиваемая мощность.
Необходимая ширина определяется как:
,
,
– минимальные топологический размер.
Если
резистор низкоомный, то
Таблица 6 – Сплав
-
Марка сплава
Rсл, Ом
ТКС, 10-4 К-1
P0, Вт/см2
РС5406Н
50 — 500
0,3
2
Текст программы и результаты расчетов:
Код программы:
clear all
close all
clc
%ввод параметров
Up=3; %напряжение питания
R=5e3;%номинал
dR_R=10e-2; %допуск
rS=1e2; % удельное поверхностное сопротивление
drS_rS=3e-2; % допуск
TKC=0.3e-4; %температурный коэффициент
P0=2e4; %удельная рассеиваемая мощность
Lambda=5e-6; %минимальный топологический размер
dL=0.01e-6; % разброс длины
dB=0.01e-6; % разброс ширины
%температурный диапазон
Tmin=-40;
Tnom=27;
Tmax=85;
Tmin=Tmin+273;
Tmax=Tmax+273;
Tnom=Tnom+273;
%расчет рассеиваемой мощности и коэффициента формы
P=Up^2/R;
Kf=R/rS
if Kf>1
if (dR_R^2-drS_rS^2-(TKC*max([Tmax-Tnom Tnom-Tmin]))^2)<=0
warning('Be careful')
else
Bd=sqrt(((dL/Kf)^2+dB^2)/(dR_R^2-drS_rS^2-(TKC*max([Tmax-Tnom Tnom-Tmin]))^2));
Bp=sqrt(P/P0/Kf);
B=max([Bd Bp Lambda]);
if B/Lambda-fix(B/Lambda)>0 % остаток от деления
Bres=(fix(B/Lambda)+1)*Lambda; %fix - отбрасывает дробную часть, округляем в большую сторону
else
Bres=B;
end
end
Lres=Kf*Bres;
Bpr=[Bd Bp Lambda].*1e6
Result=[Bres Lres].*1e6
else
if (dR_R^2-drS_rS^2-(TKC*max([Tmax-Tnom Tnom-Tmin]))^2)<=0
warning('Be careful')
else
Ld=sqrt(((dB*Kf)^2+dL^2)/(dR_R^2-drS_rS^2-(TKC*max([Tmax-Tnom Tnom-Tmin]))^2));
Lp=sqrt(P/P0/Kf);
L=max([Bd Bp Lambda]);
if L/Lambda-fix(L/Lambda)>0 % остаток от деления
Lres=(fix(L/Lambda)+1)*Lambda %fix - отбрасывает дробную часть, округляем в большую сторону
else
Lres=L
end
end
Bres=Lres/Kf
Lpr=[Ld Lp Lambda].*1e6
Result=[Bres Lres].*1e6
end
Рис. 1. - Результаты вычислений.
