сотрудник с 01.01.2021 по 01.01.2023
г. Москва и Московская область, Россия
В статье показана практическая реализация эффекта вымораживания примеси в слаболегированных областях стока и истока (LDD) в Verilog-A модели резистора. Данная модель разработана на основе теоретических представлений об эффекте вымораживания примеси при криогенных температурах и данных TCAD моделирования МОП транзистора. Данные TCAD моделирования были представлены набором необходимого минимума характеристик, а именно — проходными характеристиками n- и p-канальных транзисторов Id(Vg) в линейном режиме (Vd=0.1 В) и в температурном диапазоне от −200 °C до 27 °C для транзисторов, геометрическими размерами затвора 10 мкм × 10 мкм. Модель применима к использованию в составе макромодели МОП транзистора для КМОП технологического процесса на объёмном кремнии с напряжением питания 1.8 В и минимальной длиной канала транзистора 0.18 мкм. Поскольку модель разработана на основе ограниченного набора данных TCAD моделирования, то в представленном в статье варианте она является базой, на основе которой возможно построение уже геометрически масштабируемой модели, валидной во всём диапазоне напряжений на стоке, для последующего применения при проектировании.
SPICE, Verilog-A, КМОП, криогенные температуры, вымораживание примеси
1. Метод валидации в кремнии библиотек стандартных цифровых элементов / С.А. Ильин, Д.Ю. Копейкин, О.В. Ласточкин [и др.] // Проблемы разработки перспективных микро- и наноэлектронных систем. - 2020. - № 4. - С. 140-145.
2. Определение параметров SPICE-моделей МОПТ при низких температурах (до минус 200 °C) / И. А. Харитонов, И. А. Четвериков, Е. Ю. Кузин, М. Р. Исмаил-Заде // Труды НИИСИ РАН. - 2017. - Т.7. - № 2. - С. 41-45.
3. Бирюков, В.Н. Таблично-аналитическая модель полевого транзистора для криогенных температур / В.Н. Бирюков, А.М. Пилипенко, И.В. Семерник. - 2012.
4. Zhao, H. Modeling of a standard 0.35 um CMOS technology operating from 77 K to 300 K / H. Zhao, X. Liu // Cryogenics. - 2014. - V. 59. - Pp. 49-59.
5. Kan, J. A sub-circuit MOSFET model with a wide temperature range including cryogenic temperature / J. Kan, S. Weifeng, S. Longxing // Journal of Semiconductors. - 2011. - V. 32, № 6. - Pp. 1-6.
6. Красников, Г.Я. Общая теория технологии и микроэлектроника: Ч. 2. Вопросы метода и классификации / Г.Я. Красников, Е.С. Горнев, И.В. Матюшкин // Электронная техника. Серия 3: Микроэлектроника. - 2017. - № 4(168). - C. 16-41.
7. Beckers, A. Cryogenic MOS Transistor Model / A. Beckers, F. Jazaeri, C. Enz // IEEE Transactions on Electron Devices. - 2018. - V. 65, № 9. - P. 3617-3625.
8. Cryo-CMOS Circuits and Systems for Quantum Computing Applications / B. Patra [et al.] // IEEE Journal of Solid-State Circuits. - 2018. - V. 53, № 1. - Pp. 309-321.
9. Incandela, R.M. / Nanometer CMOS characterization and compact modeling at deep-cryogenic temperatures / R.M. Incandela // Proc. 47th Eur. Solid-State Device Res. Conf. (ESSDERC). - 2017. - Pp. 58-61.
10. Balestra, F. Physics and performance of nanoscale semiconductor devices at cryogenic temperatures / F. Balestra, G. Ghibaudo // Semicond. Sci. Technol. - 2017. - V. 32, № 2. - P. 1-14.
11. Steady-state over-current safe operation area (SOA) of the SiC MOSFET at cryogenic and room temperatures / X. Chen [et al.] // Cryogenics. - 2022. - V. 122 (10). - C. 103424. - DOI:https://doi.org/10.1016/j.cryogenics.2022.103424.
12. Büttner, S. Characterization of a Si and GaN converter at cryogenic temperatures / S. Büttner, A. Nowak, M. März // Cryogenics. - 2022. - V. 128. - C. 103594. - DOI:https://doi.org/10.1016/j.cryogenics.2022.103594.
13. Büttner, S. Profitability of low-temperature power electronics and potential applications / S. Büttner, M. März // Cryogenics. - 2021. - V. 121. - C. 103392. - DOI:https://doi.org/10.1016/j.cryogenics.2021.103392
14. Homulle, H. Cryogenic low-dropout voltage regulators for stable low-temperature electronics / H. Homulle, E. Charbon // Cryogenics. - 2018. - V. 95. - Pp. 11-17.
15. Dongmin, K. Low-temperature characteristics of normally off AlGaN/GaN-on-Si gate-recessed MOSHFETs / D. Keum, H. Kim // Cryogenics. - 2018. - V. 93. - Pp. 51-55.
16. Tayal, S. Study of temperature effect on junction less Si nanotube FET concerning analog/RF performance / S. Tayal, A. Nandi // Cryogenics. - 2018. - V. 92. - Pp. 71-75.
17. MOSFET characterization and modeling at cryogenic temperatures / C. Luo [et al.] // Cryogenics. - 2019. - V. 98. - Pp. 12-17. - DOI:https://doi.org/10.1016/j.cryogenics.2018.12.009.
18. Impact of LDD structures on the operation of silicon MOSFETs at low temperature / I.M. Hafez, G. Ghibaudo, F. Balestra, M. Haond // Solid-State Electronics. - 1995. - V. 38. - № 2. - Pp. 419-424.
19. Beckers, A. Charactrerization and Modeling of 28-nm Bulk CMOS Technology Down to 4.2 K / A. Beckers, F. Jazaeri, C. Enz // Journal of the Electronic Devices Society. - 2018. - V. 6. - P. 1007-1018.
20. Homulle, H. Cryogenic electronics for the read-out of quantum processors : doctoral thesis: 2019.05.01 / H. Homulle. - Delft, 2019. - 173 p. -DOI:https://doi.org/10.4233/uuid:e833f394-c8b1-46e2-86b8-da0c71559538.
