Автоматизация измерений, построение моделей и библиотек элементов СВЧ монолитных интегральных схем на базе отечественных GaAs и GaN технологий тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.12.07, кандидат наук Сальников, Андрей Сергеевич

• Сальников, Андрей Сергеевич
• кандидат наук
• 2014

Оглавление диссертации кандидат наук Сальников, Андрей Сергеевич

ОГЛАВЛЕНИЕ

Введение

1 Проблемы автоматизации измерений и контроля, моделирования и построения библиотек элементов СВЧ МИС

1.1 Основные принципы проектирования и производства СВЧ МИС

1.1.1 Состояние отечественных технологий, схема процесса проектирования и производства СВЧ МИС

1.1.2 Принципы организации производства, контроля качества технологии и функции используемых программных средств

1.1.3 Процесс автоматизации проектирования СВЧ МИС

1.1.4 Бизнес-процессы организации разработки СВЧ МИС

1.2 . Автоматизация измерений СВЧ МИС, хранения и обработки результатов

1.3 Тестовые структуры для измерения характеристик СВЧ МИС

1.3.1 Обзор структур для измерения электрофизических параметров

1.3.2 Тестовые и калибровочные структуры для измерения СВЧ параметров МИС и их компонентов

1.4 Математические модели компонентов СВЧ МИС

1.4.1 Физико-технологическое и электромагнитное моделирование элементов СВЧ МИС

1.4.2 Модели компонентов СВЧ МИС в виде эквивалентных схем

1.4.3 Параметрические (масштабируемые) модели пассивных компонентов СВЧ МИС

1.4.4 Поведенческие модели компонентов СВЧ МИС

1.5 Библиотеки элементов СВЧ МИС и их структура

1.5.1 Общие сведения о библиотеках элементов

1.5.2 Типовой состав библиотеки элементов

1.5.3 Стандартизация библиотек элементов

1.5.4 Состояние разработки библиотек элементов за рубежом и в России

1.5.5 Выводы

1.6 Основные задачи исследования

2 Построение параметрических моделей пассивных и активных элементов СВЧ МИС

2.1 Методика построения параметрических моделей пассивных элементов СВЧ МИС на основе совместного использования ЭМ моделирования и СВЧ измерений

2.2 Построение параметрической модели тонкопленочного резистора

2.2.1 Определение поверхностного и контактного сопротивлений тонкопленочного резистора

2.2.2 ЭМ моделирование тонкоплёночного резистора

2.2.3 Построение параметрической модели тонкопленочного резистора

2.3 Построение параметрической модели МДМ конденсатора

2.3.1 Определение относительной диэлектрической проницаемости диэлектрика МДМ конденсатора

2.3.2 ЭМ моделирование МДМ конденсатора

2.3.3 Построение параметрической модели МДМ конденсатора

2.4 Построение параметрической модели квадратной спиральной катушки индуктивности

2.4.1 Выбор эквивалентной схемы катушки индуктивности

2.4.2 Методика экстракции ЭС катушки индуктивности

2.4.3 Определение сопротивлений спирали и контактной линии катушки индуктивности

2.4.4 ЭМ моделирование катушки индуктивности

2.4.5 Построение параметрической модели монолитной спиральной катушки индуктивности

2.5 Сравнение поведенческих моделей элементов СВЧ МИС

2.5.1 Описание тестовой задачи

2.5.2 Результаты и выводы

2.6 Построение поведенческих моделей элементов СВЧ МИС методом обратного средневзвешенного расстояния

2.6.1 Построение поведенческих моделей активных и пассивных элементов СВЧ МИС

2.6.2 Построение поведенческой шумовой модели СВЧ транзистора

/

3 Разработка алгоритмов и программного обеспечения для автоматизации измерений СВЧ МИС и их элементов, хранения и статистического анализа данных, построения поведенческих моделей

3.1 Разработка алгоритмов и программного обеспечения для автоматизации измерений СВЧ МИС и их элементов

3.1.1 Разработка программы для написания, отладки и тестирования алгоритмов управления измерительными приборами

3.2 Разработка базы данных для хранения результатов измерений СВЧ МИС и элементов

3.2.1 Постановка требований

3.2.2 Разработка структуры базы данных

3.2.3 Программа для управления базой данных

3.3 Разработка программы статического анализа результатов измерений

3.3.1 Анализ задачи

3.3.2 Общее описание программы статистического анализа

3.4 Программное обеспечение для построения поведенческих моделей компонентов СВЧ МИС

3.5 Тестовые структуры для измерения параметров материалов и характеристик элементов СВЧ МИС

3.5.1 Тестовые структуры для GaAs рНЕМТ технологии

3.5.2 Тестовые структуры для GaN НЕМТ технологий

4 Разработка библиотек элементов СВЧ МИС на базе отечественных

технологий и йх использование при автоматизированном проектировании

4.1 Общее описание методики разработки библиотек элементов

4.2 Реализация методики разработки библиотек элементов СВЧ МИС

4.2.1 Объекты библиотеки элементов

4.2.2 Структура библиотеки элементов и её интеграция в САПР

4.2.3 Разработка структуры библиотек моделей элементов для САПР Indesys

4.3 Разработка библиотек элементов для отечественных GaAs и GaN технологий

4.3.1 Библиотека элементов 0,13 мкм mHEMT технологии

4.3.2 Библиотека элементов для 0,15 мкм GaN НЕМТ технологии

4.3.3 Библиотеки элементов 0,15 мкм GaAs рНЕМТ технологии

4.3.4 Библиотека элементов для 0,35 мкм GaAs рНЕМТ технологии

4.4 Копланарные усилители, разработанные с использованием библиотеки элементов

Заключение

Список литературы

Список сокращений

Приложение А. Библиотеки элементов для отечественных технологий

Приложение Б. ЭС для GaAs и GaN пассивных компонентов

Приложение В. Построение поведенческих моделей активных и пассивных компонентов СВЧ МИС

Приложение Г. Разработка и измерение тестовых структур для измерений параметров материалов и элементов СВЧ МИС

Приложение Д. Автоматизация измерений ВАХ в непрерывном и импульсном режимах в программе AutomationTest

Приложение Е. Пример применения разработанной программы статистического

анализа

Приложение Ж. Обзор программных средств для хранения и статистического анализа данных при измерениях СВЧ МИС

Приложение 3. Описание стенда для зондовых измерений характеристик СВЧ

МИС

Приложение И. Документы о внедрении

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Автоматизация измерений, построение моделей и библиотек элементов СВЧ монолитных интегральных схем на базе отечественных GaAs и GaN технологий»

Введение

Актуальность работы. СВЧ монолитные интегральные схемы (МИС) стали принципиально новой электронной компонентной базой для радиоэлектронных устройств и систем. Они могут производиться в больших объемах, имеют малые мас-согабаритные показатели и низкую стоимость изготовления, хорошую воспроизводимость параметров, высокую надёжность. Использование МИС позволяет улучшить такие характеристики систем, как чувствительность, дальность действия, скорость передачи данных, экономичность и др. В частности, СВЧ МИС находят свое применение в системах высокоскоростной передачи данных, спутниковой и мобильной связи, радиолокации, радионавигации, радиоастрономии. Занимают они свою нишу также в радиоэлектронных системах военного и космического назначения, средствах оптической связи, автомобильных радарах, базовых станциях сотовой связи и т.д. При этом наблюдается тенденция к освоению всё более высоких рабочих частот. Вместе с тем требования к качеству и скорости проектирования СВЧ МИС всё более ужесточаются.

Большое распространение получили технологии изготовления СВЧ МИС на основе ваАв и ваЫ полевых транзисторов с высокой подвижностью электронов (НЕМТ). ваАв псевдоморфные (рНЕМТ) и метаморфные (тНЕМТ) технологии обеспечивают наилучший компромисс между характеристиками МИС и их стоимостью. ваК НЕМТ технологии позволяют изготавливать СВЧ МИС с высокой выходной мощностью и повышенной устойчивостью к внешним воздействиям. В настоящее время отечественные предприятия (ФГУП НПП «Исток», НПП «Пульсар», ОАО «НИИПП», НПФ «Микран», ОАО «Октава» и др.) осваивают 0,15-0,25 мкм ваАэ рНЕМТ и ОаИ промышленные технологии изготовления МИС.

Проектирование СВЧ МИС невозможно без использования специализированных САПР СВЧ устройств. При этом важным элементом процесса проектирования являются библиотеки элементов, которые интегрируются в САПР и позволяют осуществить моделирование и разработку топологии МИС для конкретной технологии изготовления. Библиотека элементов позволяет наиболее просто передать сведения о технологии проектировщикам МИС как внутри предприятия, так и сторонним организациям. Построение библиотек элементов — сложная и трудоемкая научно-практическая задача, требующая наличия высокоточного измерительного оборудования и специализированного программного обеспечения, знаний и опыта в области СВЧ измерений, математического моделирования и проектирования СВЧ МИС.

Зарубежные предприятия-изготовители СВЧ МИС, ориентированные на решение технологических задач, собственными силами либо в сотрудничестве с разработчиками САПР целенаправленно проводят работу по созданию и поддержанию в актуальном состоянии библиотек элементов. Однако, по имеющимся сведениям, в России на данный момент нет верифицированных библиотек моделей элементов для отечественных ОэАб и ваЫ технологий изготовления СВЧ МИС, которые передаются сторонним организа-

циям для осуществления проектирования на технологии предприятия-производителя. В литературе практически отсутствуют работы, касающиеся организации и методологии построения библиотек элементов СВЧ МИС для ваАз и ваК технологий (т.е. состава и порядка выполнения таких работ, способов решения задач на отдельных этапах и др.). Сведения по зарубежным коммерческим библиотекам моделей элементов (типам моделей, вычислительным алгоритмам, способам построения и интеграции моделей и т.д.) являются собственностью фирм и обычно закрыты.

В связи с этим отечественные проектировщики ваАз и ваЫ МИС часто вынуждены разрабатывать собственные модели элементов или адаптировать имеющиеся стандартные модели в коммерческих САПР СВЧ устройств. Такой подход приводит к неэффективным затратам времени и труда, не гарантирует качества моделей и не позволяет на современном уровне организовать разделение труда между разработчиками и изготовителями СВЧ МИС.

Можно заключить, что деятельность по систематической разработке и всесторонней верификации библиотек элементов для отечественных ваАэ и ваЫ технологий СВЧ МИС в России не развита. Полноценные библиотеки элементов, пригодные для передачи сторонним организациям-проектировщикам, практически отсутствуют. При этом на отечественных предприятиях зачастую имеет место ситуация, когда разработка библиотек отстаёт от запуска технологического процесса изготовления МИС или вообще не ведётся.

Очевидно, решение научных и практических задач разработки библиотек элементов для отечественных ваАз и ваМ технологий является весьма актуальной проблемой. Это позволит ускорить и облегчить проектирование российских СВЧ МИС, проводить его при эффективном взаимодействии предприятий-изготовителей МИС с организациями-проектировщиками.

Создание библиотек элементов СВЧ МИС связано с решением целого ряда задач. Так, построение моделей компонентов СВЧ МИС проводится на основе измерений характеристик тестовых структур на полупроводниковой подложке. При этом необходимо решать вопросы автоматизации измерений, хранения и статистического анализа их результатов.

Важной задачей является построение математических моделей компонентов СВЧ МИС. Специфика интегральных схем такова, что конструктивные параметры (например, геометрические размеры) компонентов задаются проектировщиком и варьируются в процессе разработки. Поэтому требуется проводить построение параметрических моделей компонентов, характеристики которых зависят от геометрических размеров, напряжений смещения и др. Однако распространенный способ такого построения, состоящий в изготовлении и измерении характеристик большого числа тестовых компонентов на сетке конструктивных параметров, является трудоемким и дорогостоящим.

В качестве параметрических моделей активных и пассивных компонентов могут использоваться эквивалентные схемы (ЭС), в которых значения элементов зависят от

конструктивных параметров. Такие модели имеют целый ряд достоинств, включая быстродействие и простоту использования. Однако методы построения параметрических ЭС-моделей являются индивидуальными для каждого типа компонента и плохо формализуются. С точки зрения универсальности, а также простоты, скорости и автоматизации построения перспективными являются поведенческие (формальные) модели. Такие модели представляют компоненты СВЧ МИС в виде математического описания связи между их входными параметрами и исследуемыми характеристиками безотносительно физических процессов в компоненте. К сожалению, наиболее часто используемый тип поведенческой модели в виде искусственной нейронной сети (ИНС) имеет существенный недостаток, состоящий в значительных затратах времени на ее построение.

На основе вышеизложенного можно сформулировать цель и основные задачи исследования.

Цель и задачи.

Целью диссертационного исследования является разработка методик и программного обеспечения для автоматизированных измерений и построения параметрических моделей элементов МИС, создание библиотек элементов СВЧ МИС на основе отечественных ваАз и ваЫ гетероструктурных технологий для повышения эффективности автоматизированного проектирования.

Поставленная цель достигается решением следующих основных задач:

1. Разработка методик построения параметрических ЭС-моделей различных типов пассивных сосредоточенных компонентов СВЧ МИС на основе измерения характеристик ограниченного числа тестовых компонентов и электромагнитного анализа.

2. Исследование и сравнительный анализ методов построения поведенческих моделей элементов СВЧ МИС.

3. Построение поведенческих моделей активных и пассивных компонентов СВЧ МИС и интеграция их в средства проектирования.

4. Разработка методик и программного обеспечения для автоматизации процесса измерения характеристик элементов СВЧ МИС, хранения результатов измерения и их статистической обработки.

5. Разработка формализованной методики разработки библиотек элементов СВЧ МИС, выделение задач на каждом этапе создания библиотеки, определение и исследование способов их решения.

6. Построение и верификация моделей пассивных и активных компонентов, разработка библиотек элементов для отечественных ваАз и ОаМ технологий изготовления СВЧ МИС.

Научная новизна.

1. Предложена новая методика построения параметрических моделей пассивных сосредоточенных элементов СВЧ МИС на основе совместного использования СВЧ измерений и электромагнитного моделирования, использующая небольшое

количество изготовленных тестовых элементов для определения электрофизических параметров материалов и верификации модели.

2. Впервые показано, что метод обратных средневзвешенных расстояний позволяет значительно (до 500 раз) сократить время построения поведенческих моделей активных и пассивных компонентов СВЧ МИС относительно других распространенных методов при сравнимой точности и быстродействии модели.

3. Впервые построены и интегрированы в САПР поведенческие модели пассивных и активных элементов СВЧ МИС на основе метода обратных средневзвешенных расстояний.

Теоретическая и практическая значимость работы.

Теоретическая значимость работы заключается в следующем:

1. Предложена обобщенная методика определения электрофизических параметров материалов для электромагнитного (ЭМ) моделирования на основе экстракции простых ЭС пассивных компонентов СВЧ МИС и анализа уравнений, характеризующих физические свойства компонента.

2. Проведено сравнительное исследование методов многомерной аппроксимации применительно к построению поведенческих моделей.

3. Показана эффективность использования метода обратного средневзвешенного расстояния при построении поведенческих моделей активных и пассивных компонентов СВЧ МИС.

Практическая значимость работы заключается в следующем:

1. Разработанная методика позволяет использовать при построении параметрических ЭС-моделей пассивных сосредоточенных элементов небольшое число (3-5) изготавливаемых тестовых структур, что приводит к снижению стоимости за счёт экономии места на полупроводниковой пластине и снижению трудозатрат на проектирование и измерение тестовых элементов.

2. Реализованные поведенческие модели пассивных и активных элементов СВЧ МИС отличаются универсальностью, простотой и высокой скоростью построения. Разработанная поведенческая шумовая модель ваАБ рНЕМТ транзистора способна рассчитывать шумовые параметры прибора при различных напряжениях смещения, значительно (в 2 раза) превышает по быстродействию нелинейную шумовую модель и может использоваться для ускорения моделирования линейных и малошумящих СВЧ усилителей.

3. Разработано программное обеспечение для автоматизации измерений, хранения и статистического анализа результатов измерений характеристик СВЧ МИС, построения поведенческих моделей элементов СВЧ МИС.

4. С использованием предложенных методик и разработанных программ для отечественной ваАв и ваК НЕМТ технологии изготовления МИС построены параметрические ЭС- и ОСР-модели пассивных и активных элементов.

5. Предложенная формализованная методика позволяет на систематической основе разрабатывать библиотеки элементов СВЧ МИС на базе GaAs и GaN технологий.

6. Разработаны и интегрированы в САПР Microwave Office библиотеки элементов СВЧ МИС для нескольких GaAs и GaN отечественных технологий.

7. Предложены реализация моделей и структура библиотеки, разработана программа построения библиотек элементов для средств автоматизированного проектирования СВЧ устройств, создаваемых в ЛИКС ТУ СУР на основе программной платформы Indesys Framework.

8. С использованием созданной библиотеки и моделей элементов разработаны и экспериментально исследованы монолитные копланарные усилители диапазона 30-38 ГГц на основе 0,13 мкм GaAs рНЕМТ технологии ИСВЧПЭ РАН.

Методология и методы исследования. Методология исследования заключалась в литературном обзоре по тематикам отдельных этапов построения библиотеки, разработке методик построения параметрических моделей пассивных и активных компонентов СВЧ МИС, практическом построении библиотек элементов и, затем, в обобщении полученного опыта и знания в виде формализованной методики построения библиотек элементов для GaAs и GaN МИС. В ходе исследований использовались методы измерений СВЧ параметров на полупроводниковой пластике и обработки их результатов, экстракции моделей в виде эквивалентных схем, электромагнитного моделирования СВЧ элементов, алгоритмизации и программирования.

Положения, выносимые на защиту:

1. Типовые измерения параметров рассеяния тестовых структур совместно с уравнениями, связывающими электрические параметры и геометрические размеры пассивного сосредоточенного компонента СВЧ МИС, позволяют получить достаточные данные для электромагнитного моделирования компонента с целью построения его параметрической модели.

2. Метод обратных средневзвешенных расстояний позволяет значительно (до 500 раз) сократить время построения поведенческих моделей СВЧ компонентов относительно других распространенных методов при сравнимой точности и быстродействии модели.

3. На основе метода обратных средневзвешенных расстояний могут быть построены поведенческие модели активных и пассивных компонентов СВЧ МИС, обеспечивающие достаточную для проектирования точность и быстродействие.

Степень достоверности и апробация результатов. Все положения диссертации, выносимые на защиту, были представлены и обсуждены на конференциях и опубликованы в виде научных статей.

Основные результаты исследования докладывались на следующих научно-технических конференциях: Международная Крымская конференция «СВЧ-техника и телекоммуникационные технологии» (КрыМиКо), г. Севастополь, и 2010, 2011, 2013,

2014 гг.; Международная научно-практическая конференция «Электронные средства и системы управления», ТУСУР, г. Томск, 2011 г.; Всероссийская научно-техническая конференция студентов и молодых ученых «Современные проблемы радиоэлектроники», КГТУ, г. Красноярск, 2010, 2011гг.; Международная конференция «Innovations in Information and Communication Science and Technology», ТУСУР, г. Томск, 2012, 2013, 2014 гг.

Результаты исследования опубликованы в 26 статьях, в том числе 9 из них - в журналах, рекомендованных ВАК для опубликования научных результатов диссертаций на соискание учёных степеней.

Представленная работа выполнялась как составная часть НИР на кафедре «Компьютерные системы в управлении и проектировании» (КСУП) ТУСУРа в рамках хоздоговоров с ИСВЧПЭ РАН (г. Москва), ОАО «Октава» (г. Новосибирск), ОАО «НИИПП» (г. Томск), ФЦП «Научные и научно-педагогические кадры инновационной России» на 2009-2013 годы по направлениям «Нанотехнологии и наноматериалы», «Создание электронной компонентной базы», «Микроэлектроника» (мероприятия 1.1, 1.2.1, 1.2.2, 1.3.1 и 1.3.2, государственные контракты П1418, П1492, П2188, П669, П499, 16.740.11.0092, 14.740.11.1261, 14.740.11.1136, 14.740.11.0135), НИР при поддержке Администрации Томской области (контракт №354/1 от 21.10.09).

Результаты внедрены на предприятиях ЗАО НПФ «Микран», ОАО «Октава», ОАО «НИИПП».

По результатам диссертации получено 4 свидетельства об интеллектуальной собственности (топологии интегральных схем, свидетельства о регистрации программных продуктов).

Структура диссертации. Диссертация состоит из введения, четырех разделов, заключения, списка литературы, списка сокращений и девяти приложений. Общий объем работы составляет 274 страницы. Основная часть включает 154 страницы, в том числе 116 страниц текста, 95 рисунков и 45 таблиц. Список используемых источников содержит 164 наименования.

1 Проблемы автоматизации измерений и контроля, моделирования и построения библиотек элементов СВЧ МИС

В данной главе рассматриваются основные принципы проектирования и производства СВЧ МИС. Проводится обзор существующих методов решения задач автоматизации измерений, хранения и статистического анализа результатов измерений, проектирования и измерения тестовых структур для измерения параметров материалов и элементов СВЧ МИС, а также методы построения различных видов моделей элементов. Представлены структура и особенности библиотек элементов для автоматизированного проектирования СВЧ МИС. В заключение формулируются основные задачи исследования.

1.1 Основные принципы проектирования и производства СВЧ МИС

1.1.1 Состояние отечественных технологий, схема процесса проектирования и

производства СВЧ МИС

СВЧ монолитных интегральных схем (МИС) изготавливаются по полупроводниковому процессу, поэтому могут производиться в больших объёмах, имеют меньшие массогабаритные показатели, высокую надёжность, хорошую воспроизводиомость параметров по сравнению с другими способами изготовления СВЧ устройств (волновод-ной техникой и гибридными интегральными схемами) [1,2]. По причине воспроизводимости параметров СВЧ МИС являются основной компонентной базой для активных фазированных антенных решёток. На сегодняшний день ваАБ и ваК МИС занимают лидирующие положение в радиоэлектронных системах военного и космического назначения за счёт таких преимуществ, как надёжность, высокие рабочие частоты и температурная стабильность.

Добиться наибольших рабочих частот позволяют гетероструктурные технологии на полуизолирующих подложках из материалов АЗВ5. В настоящее время наибольшее распространение получили ваАв псевдоморфные (рНЕМТ) и метаморфные (шНЕМТ) технологии изготовления СВЧ МИС, которые позволяют достичь оптимального компромисса между характеристиками и их стоимостью.

Технологии на основе ваАз занимают доминирующее положение для СВЧ МИС с рабочими частотами до 50-100 ГГц [3]. Для микросхем, работающих на частотах выше 100 ГГц, преобладающим являются технологии на основе материала 1пР. Материал ОаМ является более перспективным для применения в МИС с выходной мощностью до 100 Вт, работающих вплоть до миллиметрового диапазона волн.

Повышение рабочих частот достигается не только за счёт использования особых свойств гетероструктур, но и за счёт уменьшения длины затвора транзистора. Типичное

I ■ II ш II 1 I ■ 1ВИШ1«11ШШ1ШВ IIIIII 1111 I Ш1ПП1 Ш II I И Ш В I I ■!

значение длины затвора на зарубежных предприятиях-изготовителях СВЧ МИС составляет 130-150 нм, что для ОаАэ технологий примерно соответствует частотному диапазону до 40-70 ГГц. Одна из передовых фабрик ОММ1С имеет коммерческую ОаАэ шНЕМТ технологию с длиной затвора 70 нм, оптимизированную под выпуск малошу-мящих усилителей в диапазоне частот от 20 ГГц до 160 ГГц [4].

Отечественные производители СВЧ МИС отстают от передовых мировых компаний. Ещё несколько лет назад выпуск СВЧ МИС на российских предприятиях в основном осуществлялся на базе ваАБ МЕБРЕТ технологии с длиной затвора 0,25-0,3 мкм, обеспечивающих рабочие частоты примерно до 10 ГГц и не отвечающих современным требованиям к радиоэлектронным системам. В настоящее время отечественные предприятия (ФГУП НПП «Исток», НПП «Пульсар», ОАО «НИИПП», НПФ «Микран», ОАО «Октава» и др.) осваивают 0,15-0,25 мкм ОэАб рНЕМТ и ОаЫ промышленные технологии, хотя зачастую они всё ещё являются недостаточно отработанными и воспроизводимыми.

Существенные достижения в области создания опытных технологий изготовления ОаАэ, 1пР и ваИ СВЧ МИС имеет коллектив Института СВЧ полупроводниковой электроники РАН (ИСВЧПЭ РАН, г. Москва). В этом институте, в частности, получены усилители на ОаКт технологии в диапазоне частоты до 40 ГГц, ведутся разработки по освоению диапазонов 56-64 ГГц и 92-96 ГГц. Однако ИСВЧПЭ РАН является академическим институтом и не имеет возможности обеспечить промышленное производство МИС в силу своего статуса исследовательской организации.

Однако создание полупроводниковых технологий является недостаточным условием для разработки и выпуска СВЧ МИС. Нужно отметить, что проблема промышленного изготовления СВЧ МИС на отечественных предприятиях является комплексной и включает в себя несколько задач:

1. Разработка технологий производства МИС, создание технологических линий, отработка технологических операций и методов их контроля.

2. Комплексная характеризация СВЧ МИС и её элементов на полупроводниковой пластине, в том числе зондовые измерения всех интересующих характеристик МИС и элементов (на постоянном токе, малосигнальных, мощностных, шумовых и т.д.). Решение этих задач необходимо как для оценки качества изготовления МИС и их элементов, так и для построения математических моделей элементов.

3. Разработка моделей пассивных и активных элементов СВЧ МИС.

4. Построение библиотеки элементов для используемой технологии МИС и интеграция её в САПР СВЧ устройств для осуществления процесса проектирования.

5. Разработка и выпуск широкой номенклатуры СВЧ МИС на созданной технологической базе.

На рис. 1.1 представлена полная схема процесса проектирования и изготовления СВЧ МИС для новой технологии, либо для имеющейся технологии в том случае, если проводится её модификация. Весь процесс проектирования и изготовления можно разделить на две основные стадии. На первой, предварительной стадии, проводится работа по систематизации данных о технологии и топологии элементов, проектированию, изготовлению и измерению тестовых структур и элементов, построению моделей и разработки библиотек элементов СВЧ МИС. На второй стадии выполняется собственно проектирование и изготовление СВЧ МИС. Если технология является стабильной, первая стадия выполняется один раз и повторяется только в случае внесения изменений в технологический процесс. Для экспериментальных технологий изготовления СВЧ МИС данная стадия проводится каждый раз при проектировании.

Этапы создания СВЧ МИС Средства автоматизации

Рисунок 1.1- Схема процесса проектирования и изготовления МИС на отечественной

технологии и средства его автоматизации На современном этапе развития в производстве СВЧ МИС широко используются различные средства автоматизации, позволяющие ускорить процесс, повысить эффективность труда и снизить вероятность ошибки. Рассмотрим отдельные этапы создания СВЧ МИС и используемые на этих этапах средства автоматизации (рис. 1.1).

На первой стадии выполняется создание библиотек элементов. Первым этапом процесса является проектирование тестовых структур, необходимых для характеризации элементов СВЧ МИС и определения электрофизических параметров технологических материалов. На данном этапе систематизируется информация о технологии изготовления, составе элементов СВЧ МИС и их топологии. На данном этапе создаётся предварительная версия библиотеки элементов, содержащая иерархический список элементов и их топологии. Проектирование тестовых структур может выполняться в САПР СВЧ устройств с помощью этой версии библиотеки. На втором этапе выполняются технологические операции, результаты межоперационного и послеоперационного контроля могут быть автоматизированы и записаны в специализированную базу данных с помощью соответствующего программного обеспечения. На третьем этапе выполняются зондовые измерения и характеризация элементов СВЧ МИС. При выполнении данного этапа целесообразно использовать средства автоматизации измерений, а также последующей систематизации результатов измерений и сохранения их в специализированную базу данных. Также на этом этапе привлекают средства статистического анализа, позволяющие оценить стабильность технологического процесса и случайный разброс характеристик изготовленных элементов. На четвертом этапе результаты измерений тестовых элементов используются для построения моделей элементов СВЧ МИС. Использование ПО для автоматизированного построения моделей на данном этапе позволяет ускорить процесс построения моделей, оперативно оценить точность модели и подготовить их к использованию в САПР. На пятом этапе завершается разработка библиотеки элементов: построенные модели интегрируются в библиотеку, реализуется проверка правильности топологии и других вспомогательных инструментов, готовится документация пользователя библиотеки. После этого проводится интеграция библиотеки в САПР, тестирование её на предмет выявления ошибок (в том числе программных ошибок) и выпуск готовой библиотеки.

На второй стадии (рис. 1.1) проводится проектирование СВЧ МИС. На шестом этапе с помощью специализированных САПР, вспомогательных инструментов проектирования и разработанной библиотеки элементов выполняется системное, схемотехническое и топологическое проектирование СВЧ МИС. Окончательная топология СВЧ МИС проверяется на выполнение конструкторских норм и передаётся на изготовление. После этого выполняются технологические операции изготовления разработанной СВЧ МИС (этап 6) и измерение её характеристик (этап 7).

Приведенная схема эффективна в том случае, если средства контроля и автоматизации позволяют повысить скорость выполнения отдельных этапов, снизить риск возникновения ошибок и своевременно выявлять возникающие проблемы в технологическом процессе. Однако на практике не всегда у предприятий имеется достаточно ресур-

сов и возможностей для выполнения представленной схемы в полном объеме. Проведение исследований в данной актуальной области и вынесение их результатов на обсуждение, в том числе и с представителями предприятий-изготовителей, должно повысить интерес к данным проблемам и привести к поиску возможностей для повышения эффективности проектирования и изготовления СВЧ МИС на базе отечественных технологий.

Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Сальников, Андрей Сергеевич, 2014 год

Список литературы

1. Carey Е. Millimeter-Wave Integrated Circuits / E. Carey, S. Lidholm - Boston: Springer, 2005.-272 c.

2. RFIC and MMIC design and technology / Под. ред. I.D. Robertson. - London: The Institution of Electrical Engineers, 2001. - 562 c.

3.Ezzeddine A.K. Advances in Microwave & Millimeter-wave Integrated Circuits // Proceedings of Radio Science Conference, 2007. - C. 1-8.

4. Ommic. Short Form Catalog 2014 [Электронный ресурс]. - URL: http://www.ommic.com/download/Catalogue%200MMIC%202014.pdf (дата обращения 08.10.2014).

5. Electronic Statistics Textbook // StatSoft, Inc, Tulsa, 2013 [Электронный ресурс]. -URL: http://www.statsoft.com/textbook/ (дата обращения 18.09.2014).

6. Вентцель Е. С. Теория вероятностей : учебник для вузов. - М.: Высшая школа, 1999.-575 с.

7. ГОСТ Р 50779.42-99. Статистические методы. Контрольные карты Шухарта. — Введ. 2000-01-01. -М.: Изд-во стандартов, 1999. -37с.

8. S.-L. Wu. Industry Dynamics within Semiconductor Value Chain IDM, Foundry and Fabless : M.S. Thesis. - MIT, 2003. - 60 c.

9. Intel to Invest More than $5 Billion to Build New Factory in Arizona // Новостной сайт компании Intel [Электронный ресурс]. - URL: http://newsroom.intel.com/community/ intel_newsroom/blog/2011/02/18/intel-to-invest-more-than-5-billion-to-build-new-factory-in-arizona (дата обращения 09.08.2013).

10. Официальный сайт компании National Instruments [Электронный ресурс]. -URL: http://www.ni.com (дата обращения: 15.09.2014).

11. Официальный сайт компании Keysight Technologies [Электронный ресурс]. -URL: http://www.keysight.com (дата обращения: 15.09.2014).

12. Официальный сайт компании Math Works [Электронный ресурс]. - URL: http://www.mathworks.com/ (дата обращения: 15.09.2014).

13. Официальный сайт компании Cascade Microtech [Электронный ресурс]. — URL: http://www.cmicro.com/ (дата обращения: 15.09.2014).

14. Официальный сайт компании FOCUS Microwaves [Электронный ресурс]. -URL: http://www.focus-microwaves.com (дата обращения: 15.09.2014).

15. Официальный сайт подразделения AWR компании National Instruments [Электронный ресурс]..-URL: http://web.awrcorp.com/ (дата обращения: 15.09.2014).

16. Walton A.J. Microelectronic Test Structures // Proceeding IEEE International Conference on Microelectronic Test Structures, 1997. - C. 151-155.

17. Marsh S. Practical MMIC Design. - Norwood: Artech house, 2006. - 376 c.

18. Aaen P. Modeling and characterization of RF and microwave power FET / P. Aaen, J.A. Pla, J. Wood. - Cambridge: Cambridge University Press, 2007. - 362 c.

19. Crupi C. Microwave De-embedding From Theory to Applications / C. Crupi, D. Schreurs. - Oxford: Elsevier, 2013. -456 c.

20. Добуш И.М. Программное обеспечение для автоматизации измерений, деэм-беддинга и построения линейных моделей СВЧ полевых транзисторов / И.М. Добуш [и др.] // Доклады ТУ СУР. - Томск: Изд-во ТУ СУР, 2011. - 4.2 (24). - С. 99-105.

21.Тарасик В.П. Математическое моделирование технических систем : Учебник для вузов. - Мн.: ДизайнПРО, 2004. - 640 с.

22. Денисенко В. Моделирование МОП транзисторов. Методологический аспект // Компоненты и технологии. - 2004. -№ 7. - С. 26-29; №8. - С. 56-61; №9. - С. 32-39.

23. Filicori F. Physics-based electron device modelling and computer-aided MMIC design / F. Filicori, G. Ghione, C.U. Naldi // IEEE Transactions on Microwave Theory and Techniques. - 1992. - Vol. 40, №.7. - C. 1333-1352.

24. Официальный сайт компании Synopsys [Электронный ресурс]. - URL: http://www.synopsys.com/ (дата обращения: 15.09.2013).

25. Официальный сайт компании Silvaco [Электронный ресурс]. — URL: http://www.silvaco.com/ (дата обращения: 15.09.2013).

26. Д. Моррис. Доклад EMPro Workshop // Конференция EuMW 2011 [Электронный ресурс]. - URL: http://www.keysight.com/upload/cmc_upload/All/EuMWll_EMPro_ Workshop_DavidMorris.pdf (дата обращения 15.09.2014).

27. Д.Моррис. Моделирование электромагнитных полей - как выбрать лучший метод // Электроника НТБ. - 2012. - №3. - С. 124-129.

28. Официальный сайт компании Sonnet Software [Электронный ресурс]. - URL: http://www.sonnetsoftware.com (дата обращения: 15.09.2014).

29. Официальный сайт компании ANSYS [Электронный ресурс]. - URL: http://www.ansys.com (дата обращения: 15.09.2014).

30. Официальный сайт компании CST [Электронный ресурс]. - URL: https://www.cst.com (дата обращения: 15.09.2014).

31. Nonlinear model of epitaxial layer resistor on GaAs substrate / Y. Zhu [и др.] // European Gallium Arsenide and Other Semiconductor Application Symposium, 2005. -C. 385388.

32. Fabrication and characterization of thin film resistors for GaAs-based power amplifiers / H. Shen [h ap.] // Int. conference on compound semiconductor manufacture technology. -2003.-T. 3-C. 1-4.

33. A new equivalent circuit model of MIM capacitor for RFIC / L. Lintao [n /jp.] // International Conference on Microwave and Millimeter Wave Technology. - IEEE, 2007. - C. 1-3.

34. Engels M. Rigorous 3D EM simulation and an efficient approximate model of MMIC overlay capacitors with multiple feedpoints / M. Engels, R.H. Jansen // IEEE MTT-S International Microwave Symposium Digest, 1993. - IEEE, 1993. - C. 757-760.

35. Mellberg A. An evaluation of three simple scalable MIM capacitor models / A. Mellberg, J. Stenarson // IEEE Transactions on Microwave Theory and Techniques. - 2006. -T. 54, №. l.-C. 169-172.

36. Gao W. Scalable compact circuit model and synthesis for RF CMOS spiral inductors / W. Gao, Z. Yu // IEEE Transactions on Microwave Theory and Techniques. - 2006. - T. 54, №. 3.-C. 1055-1064.

37. Yao J. Scalable Compact Modeling for On-Chip Passive Elements with Correlated Parameter Extraction and Adaptive Boundary Compression / J. Yao, Z. Ye, Y. Wang // IEEE Transactions on Computer-Aided Design of Integrated Circuits and Systems. - 2014. - T. 33, №. 9.-C. 1424-1428.

38. Coplanar passive elements on Si substrate for frequencies up to 110 GHz / W. Heinrich [h ap.] // IEEE Transactions on Microwave Theory and Techniques. - 1998. - T. 46, №. 5. -C. 709-712.

39. An enhanced physical and scalable lumped model of RF CMOS spiral inductors / S. Salimy [h £p.].// IEEE MTT-S International Microwave Symposium Digest, 2009. - IEEE, 2009.-C. 1017-1020.

40. Bahl I.J. Lumped Elements for RF and MW Circuits. - Norwood: Artech house, 2003.-512 c.

41. Choi K.L. Development of Model Libraries for Embedded Passives Using Network Synthesis / K.L. Choi, M. Swaminathan // IEEE Transactions on Circuits and systems II: analog and digital signal processing, 2000. - Vol. 47, №. 4. - C. 249-260.

42. Kinayman N. Modern Microwave Circuits / N. Kinayman, M.I. Aksun - Norwood: Artech House, 2005. - 604 p.

43. Lin S. Scalable lumped model with multiple physical parameters for embedded passives / S. Lin, L. Yang, H. Chang // Electronic Components and Technology Conference, Proceedings, 2005. - T. 2. - C. 1842-1845.

44. Brinkhoff J. Scalable Transmission Line and Inductor Models for CMOS Millimeter-Wave Design / J. Brinkhoff [и др.] // IEEE Transactions on Microwave Theory and Techniques, 2008. - T. 56, №12. - C. 2954-2962.

45. Triverio P. Extraction of parametric circuit models from scattering parameters of passive RF components / P. Triverio, M. Nakhla, S. Grivet-Talocia // European Microwave Integrated Circuits Conference, 2010. - C. 393-396.

46. Angiulli G. Microwave Devices and Antennas Modelling by Support Vector Regression Machines / G. Angiulli, M. Cacciola, M. Versaci // IEEE Transactions on Magnetics, 2007.-Vol. 43, №4.-C. 1589-1592.

47. Горяинов A.E. Построение параметрических моделей пассивных компонентов СВЧ монолитных интегральных схем с использованием программы Extraction-P / A.E. Горяинов, И.М. Добуш, Л.И. Бабак // Доклады ТУСУР. - 2012. - № 2 (26), Ч. 2. - С.98-103.

48. Горяинов А. Е. Программа для экстракции параметров эквивалентных схем пассивных компонентов СВЧ монолитных интегральных схем / А. Е. Горяинов, А.В. Степачева, И. М. Добуш, Л.И. Бабак // 22-я Международная Крымская конференция «СВЧ-техника и телекоммуникационные технологии» (КрыМиКо'2012) : Мат-лы конф. - Севастополь: Вебер, 2012. - Т.1. - С. 129-130.

49. Егоров Ю. Б. Моделирование радиотехнических схем с цифровой модуляцией в рамках VHDL-AMS моделирующих систем / Ю.Б. Егоров, А.А. Лялинский, С.Г. Русаков // Проблемы разработки перспективных микроэлектронных систем-2006 (МЭС-2006).-2006.-С. 56-60.

50. Вертегел В. В. Моделирование системы радиочастотной идентификации // BiciiHK СевНТУ : зб. наук. пр. - Севастополь, 2012. - Вып. 131. - С. 95-101.

51. Tehrani A.S. Behavioral Modeling of Radio Frequency Transmitters : The Degree of Licentiate of Engineering Thesis. - Sweden, Geoteborg, 2009. - 63 c.

52. Бобрешов A.M., Дыбой А.В. Проектирование цифровых устройств с помощью языка описания аппаратуры VHDL: Учебное пособие. - Воронеж: ИПЦ ВГУ, 2007. - 51с.

53. Основы языка VHDL : справочное издание / П. Н. Бибило. - М. : Солон-Р, 2000. - 208 с.

54. Walker A.L. Behavioral Modeling and Characterization of Nonlinear Operation in RF and Microwave Systems : PhD Thesis. - North Carolina State University, 2005. - 325 c.

55. Николаев E. Х-параметры - эффективный инструмент для анализа электрических цепей // Электроника: Наука, технология, бизнес. - 2012. - №1. - С. 76-79.

56. Simulation and measurement-based X-parameter models for power amplifiers with envelope tracking / Jang H. h ap. //Microwave Symposium Digest (IMS), 2013 IEEE MTT-S International. - IEEE, 2013. - C. 1-4.

57. Volterra modeling in analog, RF and Microwave engineering // Encyclopedia of RF and Microwave Engineering / Ed. by K. Chang. - New Jersey: Wiley-Interscience, 2005. -C. 5507-5514.

58. Orengo G. Advanced Neural Network Techniques for GaN-HEMT Dynamic Behavior Characterization / G. Orengo [h flp.] // The 1st European Microwave Integrated Circuits Conference. - 2006. - C. 249-252.

59. Woodington S. Behavioral model analysis of active harmonic load-pull measurements / S. Woodington et al. II IEEE MTT-S International Microwave Symposium Digest,

2010.-C. 1688-1691.

60. A hybrid neural network-based behavioral model of microwave active components / M.A. Reece [h #p.] // International Semiconductor Device Research Symposium. - IEEE,

2011. - C. 1-2.

61. Dynamically configurable pHEMT model using neural networks for CAD / B. Davis [h ap.]. // Microwave Symposium Digest, 2003 IEEE MTT-S International. - IEEE, 2003. -T. l.-C. 177-180.

62. Marinkovic Z. Neural networks in microwave low-noise transistor modeling under various temperature conditions / Z. Marinkovic, V. Markovic // 7th Seminar on Neural Network Applications in Electrical Engineering (NEUREL). - IEEE, 2004. - C. 199-203.

63. RBF model of microwave filter using PDGS with defected rectangles / J. Taobin [h ap.]. // Sixth International Conference on Natural Computation (ICNC). - IEEE, 2010. - T. 2. -C. 519-522.

64. Koziel S. Microwave device modeling using space-mapping and radial basis functions / S. Koziel, J. W. Bandler // IEEE/MTT-S International Microwave Symposium. - IEEE, 2007.-C. 799-802.

65. Hendrickx W. Meta-modelling of microwave devices with rational functions and radial basis functions/ W. Hendrickx, T. Dhaene // 16th Int. Microwave Radar, Wireless Communication Conf. - 2006. - T. 3. - C. 973-976.

66. Intelligent Model of Microwave Band-Stop Filter in Microwave Communication System / T. Jin [h ap.]. // World Congress on Software Engineering. - IEEE, 2009. - T. l.-C. 222-225.

67. Small-signal modeling of microwave MESFETs using RBF-ANNs / M.H. Weath-erspoon [и др.]. // IEEE Transactions on Instrumentation and Measurement. - 2007. - T. 56, №. 5.-C. 2067-2072.

68. Cortes C. Support-vector networks / C. Cortes, V. Vapnik // Machine learning. -1995. - T. 20, №. 3. - C. 273-297.

69. Проектирование БИС класса «Система на кристалле» / Ю.И. Бочаров [и др.] -М.: МИФИ, 2008.- 188 с.

70. Е. Worthman. A Guide То Advanced Process Design Kits [Электронный ресурс]. - URL: http://semiengineering.com/a-guide-to-advanced-process-design-kits/ (дата обращения 18.08.2014).

71. Chang С. S. Advanced CMOS technology portfolio for RF 1С applications / C. S. Chang [и др.] // IEEE Transactions on Electron Devices. - 2005. - T. 52, №7. - C. 1324-1334.

72. Ангстрем-Т. Структура и состав Foundry Design Kit // ОАО «Ангстрем-Т» [Электронный ресурс]. - 6 с. - http://www.angstrem-t.com/upload/files/FDK.pdf (дата обращения 18.08.2014).

73. Haiyan L. A design method for process design kit based on an SMIC 65 nm process / L. Haiyan, C. Lan, Y. Minghui // Journal of Semiconductors. - 2010. - T. 31, №. 10. - С. 16.

74. TowerJazz Process Design Kits (PDK) [Электронный ресурс]. - URL: http://www.towerjazz.com/process-design-kits.html (дата обращения 18.08.2014).

75. PDK-Based Analog/Mixed-Signal/RF Design Flow // Silvaco [Электронный ресурс]. - 30 с. - URL: http://www.silvaco.com.cn/tech_lib_EDA/kbase/ams/pdf/AMS -RF_PDK_Flow.pdf (дата обращения 18.08.2014).

76. Официальный сайт Cadence [Электронный ресурс]. - URL: http://www.cadence.com (дата обращения 09.08.2013).

77. Официальный сайт Amcad Engineering [Электронный ресурс]. - URL: http://www.amcad-engineering.com (дата обращения 09.08.2013).

78. Официальный сайт альянса IPL [Электронный ресурс]. - URL: http://www.iplnow.com/index.php (дата обращения 09.08.2013).

79. Santos J.T. Overview of OpenAccess : The Next-Generation Database for 1С Design // Techonline - 2004. [Электронный ресурс]. - URL: http://www.techonline.com/ (дата обращения 09.08.2013).

80. Официальный сайт OpenPDK Coalition [Электронный ресурс]. - URL: http://www.si2.org/?page=l 118 (дата обращения 09.08.2013).

81. Официальный сайт изготовителя интегральных схем Global Foundries [Электронный ресурс]. - URL: http://www.globalfoundries.com (дата обращения: 04.08.2014).

82. Официальный сайт изготовителя СВЧ МИС Triquint [Электронный ресурс]. -URL: http://www.triquint.com (дата обращения: 04.08.2014).

83. Официальный сайт изготовителя интегральных схем TSMC [Электронный ресурс]. - URL: http://www.tsmc.com (дата обращения: 04.08.2014).

84. Официальный сайт изготовителя СВЧ МИС Northrop Grumman [Электронный ресурс]. - URL: http://www.northropgrumman.com (дата обращения: 04.08.2014).

85. Официальный сайт изготовителя интегральных схем Xilinx [Электронный ресурс]. - URL: http://www.xilinx.com (дата обращения: 04.08.2014).

86. Официальный сайт компании Design-OTA [Электронный ресурс]. - URL: http://www.design-ota.com (дата обращения: 04.08.2014).

87. Официальный сайт компании SoftJin [Электронный ресурс]. - URL: http://www.softjin.com (дата обращения: 04.08.2014).

88. Официальный сайт компании AlphaCHIP [Электронный ресурс]. - URL: http://www.alphachip.ru (дата обращения: 04.08.2014).

89. Официальный сайт компании Тезис Интехна [Электронный ресурс]. - URL: http://thesys-intechna.com (дата обращения: 04.08.2014).

90. McGrath D. Globalfoundries looks to leapfrog fab rivals [Электронный ресурс]. -URL: http://www.eetimes.com/electronics-news/4396720/Global-foundries-to-offer-14-nm-process-with-FinFETs-in-2014?pageNumber=l (дата обращения 09.08.2013).

91. GaN-on-silicion carbide design kit improves accuracy [Электронный ресурс]. -URL: http://www.electronicsweekly.com/news/products/software/gan-silicon-carbide-design-kit-improves-accuracy-2014-07/ (дата обращения 04.09.2014).

92. A fully-scalable coplanar waveguide passive library for millimeter-wave monolithic integrated circuit design / Diebold S. [и др.] // 41st European Microwave Conference. - IEEE, 2011. - C. 293-296.

93. Park S.H. Development of 0.5 (im BiCMOS device model library for RFIC applications / S.H. Park, G.H. Lim, Y.H. Lee // 6th International Conference on, 1999. - C. 178-181.

94. Development of passive devices in 130 nm RFCMOS technology and PDK implementation for RF VCO designs / Duo X. [и др.] // 9th International Conference on Solid-State and Integrated-Circuit Technology. - 2008. - C. 1468-1471.

95. An AlGaN/GaN HEMT-based microstrip MMIC process for advanced transceiver design / Sudow M. [и др.] // IEEE Transactions on Microwave Theory and Techniques. -2008. - T. 56, №. 8. - C. 1827-1833.

96. An Approach for a Comprehensive QA Methodology for the PDKs / Joshi S. [и др.] // ISQED. - 2008. - С. 480-483.

97. Eliasson R. Adaptation of a GMIC process to microwave office using a process development kit from Applied Wave Research / R. Eliasson, A. Sundberg, A. Wall // Microwave Journal. - 2007. - T. 50. -№. 3.

98. Галдецкий A.B. Библиотека базовых элементов МИС СВЧ, производимых ФГУП «НПП Исток» // 14-я Международная Крымская конференция «СВЧ-техника и телекоммуникационные технологии» (КрыМиКо'2004) : Мат-лы конф. - Севастополь: Вебер, 2004.-С. 168-169.

99. Драгуть М.В. Разработка библиотеки пассивных элементов для СВЧ ГИС / М.В. Драгуть, О.А. Лукьянцев // Мат-лы всеросс. конф. «Микроэлектроника СВЧ». -2012.-С. 250-252.

100. Токмаков О.И. Разработка библиотеки стандартных элементов монолитных интегральных схем для галий-арсенидного технологического процесса с проектной нормой 1 мкм / О.И. Токмаков, И.С. Пушница // Мат-лы всеросс. конф. «Электроника и микроэлектроника СВЧ». - 2014. - С. 221-223.

101. Фабрика «Ангстрем-Т» анонсирует новые Process Design Kit и Foundry Design Kit для платформ заказного и полузаказного проектирования на базе цифро-аналоговых продуктов CADENCE [Электронный ресурс]. - URL: http://www.angstrem-t.com/press-center/detail.php?ELEMENT_ID=3 (дата обращения 09.08.2013).

102. Спирин В.Г. Сопротивление контактов тонко пленочного резистора // Электронные средства: исследования, разработки. - 2008. - №5. - С. 20-23.

103. Аналоговые полупроводниковые интегральные схемы СВЧ / В.Н. Данилин, А.И. Кушниренко, Г.В. Петров. - М.: Радио и связь, 1985. - 192 с.

104. Gactjeva Е. Analysis, model parameter extraction and optimization of planar inductors using MATLAB / E. Gactjeva, V. Durev, M. Hristov // Matlab-Modelling, Programming and Simulations.-2010.-C. 277.

105. Accurate systematic model-parameter extraction for on-chip spiral inductors / H. H. Chen [и др.] // Electron Devices, IEEE Transactions on. - 2008. - T. 55, №. 11. - C. 3267-3273.

106. Добуш И.М. Программа экстракции эквивалентных схем пассивных СВЧ -компонентов в среде символьных вычислений / И.М. Добуш, М.В. Черкашин, Л.И. Ба-бак // Мат-лы докладов VII Международной научно-практической конференции «Электронные средства и системы управления» (10-11 ноября 2011 г). - Томск: В-Спектр, 2011. - С.161-168.

107. Yan N. An approach for determining equivalent circuit model of on-chip inductors / N. Yan, C. Yang, J. Gao // Microwave and optical technology letters. - 2013. - Vol. 55, №10.-P. 2363-2370.

108. Shih Y. C. A broadband parameter extraction technique for the equivalent circuit of planar inductors / Y.C. Shih, C.K. Pao, T. Itoh // IEEE Microwave Symposium Digest, 1992. 1992. - Vol. 3. - P. 1345-1348.

109. Справочник по математике для научных работников и инженеров / Г. Корн, Т. Корн. - М.: 1974 г. - 832 с.

110. Матсон Э.А. Конструкции и технология микросхем / Мн.: Выш. шк., 1985. -

207 с.

111. Кросс-платформенная библиотека численного анализа ALGLIB [Электронный ресурс]. - URL: http://alglib.sources.ru/ (дата обращения 21.08.2014).

112. Песков М.А. Интеллектуальная система автоматизированного проектирования СВЧ-устройств INDESYS / М.А. Песков и др. // Информационные технологии - М: «Новые технологии, 2010. - №2. - С. 42-48.

ИЗ. Standard Commands for Programmable Instruments (SCPI) [электронный ресурс]. -URL: http://www.ivifoundation.org/docs/scpi-99.pdf (дата обращения 21.07.2014).

114. The VISA Library Specification [электронный ресурс]. - URL: http://www.ivifoundation.org/docs/vpp43%20and%20vpp432%200ct%202012/vpp43.pdf (дата обращения 21.07.2014).

115. Сальников А.С. Программа автоматизации измерений и статистического анализа параметров элементов СВЧ монолитных интегральных схем / А.С. Сальников и др. // Сб. трудов конф. "Современные проблемы электроники" - Красноярск: Изд-во КГТУ, 2011.-С. 315-320.

116. Официальный сайт компании MySQL [Электронный ресурс]. — URL: http://www.mysql.com/ (дата обращения: 01.02.2011)

117. TableAdapter Overview // Информационная, сеть Microsoft Developer Network [Электронный ресурс]. - URL: http://msdn.microsoft.com/ru-ru/library/bz9tthwx (v=vs.80).aspx (дата обращения 01.10.2012)

118. Ommic Inc. [Электронный ресурс]: англ.яз. — Официальный сайт производителя МИС СВЧ, Париж, Франция -URL: www.ommic.com (дата обращения 09.08.2013)

119. Win Semiconductors Corp. [Электронный ресурс]: англ.яз. - Официальный сайт производителя МИС СВЧ, Тайвань -URL: www.winfoundry.com (дата обращения 09.08.2013)

120. Шеерман Ф.И. Создание библиотек моделей элементов СВЧ монолитных интегральных схем для системы Microwave Office / Ф.И. Шеерман, Л.И. Бабак // 19-я Международная Крымская конференция КрыМиКо'2009 \ сб. материалов. - Севастополь : Вебер, 2009.-Т. 1. - С.107-108.

121. Eliasson R. Adaptation a GMIC Process to Microwave Office Using a Process Development Kit from Applied Wave Research / R. Eliasson, A. Sundberg, A. Wall // Microwave Journal - Norwood: Microwave Journal.-2007.-Vol.50, №3.-C.130-143.

122. Шеерман Ф.И. Проектирование СВЧ монолитных интегральных устройств на основе преобразования моделей элементов: дисс. канд. тех. наук.: 05.12.07 / Ф.И. Шеерман; ТУСУР-Томск,2007.-250 с.

123. Дмитриенко К.С. Построение нелинейной модели рНЕМТ-транзистора / К.С. Дмитриенко, Л.И. Бабак // 19-я Международная Крымская конференция КрыМи-Ко'2009 : сб. материалов. - Севастополь: Вебер,2009.-Т. 1.-С.119-120.

124. Руководство пользователя AWR Microwave Office [Электронный ресурс]. -Режим доступа: для пользователей программы.

125. Руководство пользователя Agilent ADS [Электронный ресурс]. - Режим доступа: для пользователей программы.

126. Бабак Л.И. Разработка интеллектуальной системы автоматизированного проектирования СВЧ устройств INDESYS / Л.И. Бабак [и др.] // Доклады ТУСУР, 2010. - № 2(22), Ч. 1.-С. 93-96.

127. Дмитриенко К.С. Построение нелинейной табличной модели GaAs mHEMT транзистора / К.С. Дмитриенко, Л.И. Бабак, A.A. Коколов // Мат-лы докл. Всероссийской научно-технической конференции студентов, аспирантов и молодых учёных «Научная сессия ТУСУР-2010» - Томск: В-Спектр, 2010. -4.2 -С. 156-159.

128. Коколов А.А, Торхов H.A., Добуш И.М., Бабак Л.И. Экспериментальное исследование и моделирование GaN НЕМТ Ка-диапазона на подложке SiC // Известия вузов. Физика. -2013.-Т.56,-№8/3.-С. 116-120.

129. Сальников A.C., Добуш И.М., Торхов H.A. Экспериментальное исследование и построение моделей пассивных компонентов СВЧ монолитных интегральных схем с учетом технологического разброса // Доклады ТУСУР -2012 - № 2 (26), часть 2. -С.113-118.

130. Добуш И.М. Копланарный монолитный усилитель Ка-диапазона на основе отечественной GaAs наногетероструктурной технологии / И.М. Добуш [и др.] // Доклады ТУСУР, 2010..- № 1(21), 4.2 - С.55-62.

131. Черкашин М.В. Проектирование однокаскадного монолитного усилителя Ка-диапазона с использованием комплекса программ автоматизированного синтеза / М.В. Черкашин [и др.] // Доклады ТУСУР, 2010. - Ч. 2 (22). - С. 25-29.

132. Черкашин М.В. Автоматизированное проектирование двухкаскадного копла-нарного монолитного усилителя Ка-диапазона технологии / М.В. Черкашин [и др.] // Доклады ТУСУР, 2010.- Ч. 2 (22). - С. 30-33.

133. Бабак Л.И. Копланарные монолитные усилители Ка-диапазона на основе 0,13 мкм GaAs mHEMT технологии / Л.И. Бабак [и др.] // Доклады ТУСУР, 2010. - Ч. 2 (22) -С. 20-24.

134. Бабак Л.И. Комплекс программ «визуального» проектирования транзисторных СВЧ усилителей и пассивных цепей / Л.И. Бабак [и др.] // Сб. докладов межд. научн.-практ. конф. «Электронные средства и системы управления». - Томск: В-Спектр, 2007.- 4.2.-С. 113-114.

135. Бабак Л.И. «Визуальное» проектирование корректирующих и согласующих цепей полупроводниковых СВЧ-устройств. Часть 1. Описание процедуры проектирования / Л.И. Бабак, М.В. Черкашин, Д.А. Зайцев // Доклады ТУСУР, 2006. - № 6 (14). - С. 11.

136. Babak L.I. A new «region» technique for designing microwave transistor low-noise amplifiers with lossless equalizers / L.I. Babak, M.V.Cherkashin, A.Yu. Polyakov // Proc. 38th Europ. Microwave Conf. Proc., Amsterdam, 2008. - P. 1402-1405.

137. Babak L.I. Interactive «visual» design of matching and compensation networks for microwave active circuits / L.I. Babak, M.V. Cherkashin // IEEE MTT-S Int. Microwave Symp. Dig., 2001. - Vol. 3. - P. 2095-2098.

138. RF and microwave passive and active technologies / ред. M. Golio. - Boca Raton: CRC Press, 2008.-697 c.

139. J. Aguilera, R. Berenguer Design and Test of Integrated Inductors for RF Applications // NewYork: Kluwer Academic Publishers, 2003. - 188 c.

140. Frequency-independent equivalent-circuit model for on-chip spiral inductors / Y. Cao [и др.] // IEEE Journal of Solid-State Circuits. - 2003. - T. 38, №. 3. - C. 419-426.

141. Каллан P. Основные концепции нейронных сетей / пер. с англ. - М.: Вильяме, 2001.-287 с.

142. Sadrossadat S. A. Parametric Modeling of Microwave Passive Components Using Sensitivity-Analysis-Based Adjoint Neural-Network Technique / S. A. Sadrossadat, Y. Cao, Q. J. Zhang // IEEE Transactions on Microwave Theory and Techniques. - 2013. - T. 61, №. 5. — C. 1733-1747.

143. Cao Y. A new training approach for parametric modeling of microwave passive components using combined neural networks and transfer functions / Y. Cao, G. Wang, Q. J. Zhang //Microwave Theory and Techniques, IEEE Transactions on. - 2009. - T. 57, №. 11.-C. 2727-2742.

144. Advanced microwave modeling framework exploiting automatic model generation, knowledge neural networks, and space mapping / V. K. Devabhaktuni [и др.] //Microwave Theory and Techniques, IEEE Transactions on. - 2003. - T. 51, №. 7. - C. 18221833.

145. Yagoub M. С. E. Optimization of RF/microwave multichip module performance based on neural models of passives and interconnects / M. С. E. Yagoub, P. Sharma // Electronic Components and Technology Conference, 2004. Proceedings. 54th. - IEEE, 2004. - T. 2.-C. 1420-1425.

146. Hu J. EC-ANN models for CPW discontinuities / J. Hu, L. Sun // IEE Proceedings-Microwaves, Antennas and Propagation. - 2005. - T. 152, №. 5. - C. 292-296.

147. Na W. Automated parametric modeling of microwave components using combined neural network and interpolation techniques / W. Na, Q. Zhang // Microwave Symposium Di-gest (IMS), 2013 IEEE MTT-S International. - IEEE, 2013. - C. 1-3.

148. Optimization of microstrip dual mode resonator filter structure modeling using artificial neural network applications / Karpuz С. [и др.]. // Electrical, Electronics and Computer Engineering (ELECO), 2010 National Conference on. - IEEE, 2010. - C. 484-488.

149. Modeling of LTCC filter using space-mapping neural network method / Xia H. [и др.] // Microwave and Millimeter Wave Circuits and System Technology (MMWCST), 2012 International Workshop on. - IEEE, 2012. - C. 1-3.

150. Zhang Q.J. Neural Networks for RF and Microwave Design / Q.J. Zhang, K.C. Gupta - Boston: Artech, 2000. - 369 c.

151. Zhang Q. J. ANN/DNN-Based Behavioral Modeling of RF/Microwave Components and Circuits / Q. J. Zhang, L. Zhang // Scientific Computing in Electrical Engineering SCEE 2008 - Berlin: Springer, 2010. - C. 215-224.

152. Symposium on Neural Network Application in Electrical Engineering Сайт. http://neurel.etf.bg.ac.rs

153. Orr M. J. Introduction to Radial Basis Function Networks // University of Edinburgh, 1996. - 67 p. [Электронный документ]. - URL: http://www.cc.gatech.edu/~isbell/tu-torials/rbf-intro.pdf (дата обращения 07.04.2014)

154. Shepard D. A two-dimensional interpolation function for irregularly-spaced data // Proceedings of the 23rd ACM national conference, 1968. - P. 517-524.

155. Robert J. R. Multivariate interpolation of large sets of scattered data // ACM Transactions on Mathematical Software, 1988. - Vol. 14, №2. - P. 139-148.

156. Van der Pauw L. J. A Method of Measuring the Resistivity and Hall Coefficient on Lamellae of Arbitrary Shape // Phillips Technical Review, 1958. - Vol. 20, №8. - P. 220224.

157. Buehler M. An Experimental Study of Various Cross Sheet Resistor Test Structures / M. Buehler, W.R. Thurber // J. Electrochem. Soc.: Solid-State Science and Technology, 1978. - Vol. 125, №4. - P. 645-650.

158. Saraswat P. Metal-Semiconductor/Ohmic Contacts [Электронный ресурс]. -URL: www.stanford.edu/class/ee311/NOTES/OhmicContacts.pdf (дата обращения: 15.09.2010)

159. Официальный сайт компании StatSoft [Электронный ресурс]. - URL: http://www.statsoft.com/ (дата обращения: 03.03.2011).

160. Официальный сайт компании SAS [Электронный ресурс]. - URL: http://www.sas.com/ (дата обращения: 03.03.2011).

161. Официальный сайт компании подразделения SSPC компании IBM [Электронный ресурс]. - URL: http://www.spss.ru/ (дата обращения: 03.03.2011)

162. Официальный сайт компании DataNet, посвященный продукту WinSPC [Электронный ресурс]. - URL: http://www.winspc.com/ (дата обращения: 03.03.2011)

163. Официальный сайт компании camLine [Электронный ресурс]. - URL: http://www.camline.com/ (дата обращения: 03.03.2011)

164. Huanq G.W. An automatic program suitable for on-wafer characterization and statistic analysis of microwave devices / Huanq G.W., et al. // ARFTG Conference Digest, Philadelphia, 2003.-P. 157-161.

Список сокращений

НЕМТ - high electron mobility transistor, транзистор с высокой подвижностью электронов

MESFET — metal-semiconductor field effect transistor, полевой транзистор с барьером Шоттки

БД - база данных

ВАХ - вольтамперная характеристика ГИС - гибридные интегральные схемы ИНС - искусственная нейронная сеть ИС - интегральная схема

ИСВЧПЭ РАН - Институт сверхвысокочастотной полупроводниковой электроники Российской академии наук

КПЛ - копланарная передающая линия

ЛИКС - Лаборатория интеллектуальных компьютерных систем

МДМ - металл-диэлектрик-металл

МИС - монолитная интегральная схема

ОСР — [метод] обратных средневзвешенных расстояний

ПО — программное обеспечение

ППН - проверка проектных норм

РБФ - радиальная базисная функция

РЭА - радиоэлектронная аппаратура

РЭУ — радиоэлектронное устройство

САПР - система автоматизированного проектирования

САУ - система автоматизированного управления

СКО - среднеквадратичная ошибка

ТМ - тестовый модуль

ТС - тестовая структура

ТЭ - тестовый элемент

ЭМ — электромагнитный

ЭС — эквивалентная схема

Приложение А. Библиотеки элементов для отечественных GaAs и GaN технологий

А.1. Библиотека элементов для 0,25 мкм GaN НЕМТ технологии

Данная библиотека разработана для автоматизированного проектирования СВЧ МИС, изготавливаемых по технологии 0,25 мкм GaN НЕМТ на подложке из карбида кремния (SiC) ОАО НИИПП. Библиотека предназначена для проектирования усилителей мощности. Построенные модели верифицированы в диапазоне частот 0,1-40 ГГц. Библиотека позволяет проводить проектирование электрической схемы и топологии СВЧ МИС в копланарном исполнении.

В табл. А.1 приведён полный перечень элементов библиотеки. Элементы в библиотеке сгруппированы в следующие категории:

- Active Elements (активные элементы - транзисторы)

- CoplanarLines (копланарные линии и их неоднородности)

- Elements (пассивные и служебные элементы)

- Substrate (элемент подложка)

Таблица А. 1 - Полный перечень элементов библиотеки

Группа Элемент Пояснение

Active Elements Linear 4x100 Малосигнальная модель

Nonlinear 4x100 Нелинейная модель транзистора

Coplanar CPLine Отрезок линии передач

CP_AirBridge Воздушный мостик

CP_TJunc Тройник

CP_Cross Перекрестие

CP_Bend Изгиб линии передач

CP_Tap Сужение линии

CP_Open Холостоходный шлейф

CPShort Короткозамкнутый шлейф

Elements CPRES Резистор

CP_MIM Конденсатор

DCPORT Контактная площадка для постоянного тока

RFPORT Контактная площадка для СВЧ зондов

CPDICE Границы кристалла

Substrate CPWSUB Элемент подложка

Процесс установки библиотеки элементов практически не отличается от описанного в п. 4.2.2. Поддерживается экспорт топологии в форматы ОЭ8 II и ОХТ. В библиотеке элементов реализована поддержка экспорта в формат 008 либо БХБ (последний

поддерживается САПР AutoCAD). В библиотеке настроены правила проверки топологических норм. В библиотеке поддерживается только копланарный вариант изготовления. Кроме того в библиотеке элементов реализованы отрицательные слои. Данный механизм удобен при проектировании топологии копланарных СВЧ МИС. Построение топологии устройство проводится путем применения логических операций вычитания и объединения между геометрическими фигурами, расположенными в разных подслоях одного топологического слоя.

СВЧ транзисторы (Active Elements). В рассматриваемой технологии используются НЕМТ транзисторы с дополнительным полевым электродом («field plate») на основе AlGaN/GaN гетероструктур, выращенных на полуизолирующей подложке карбида кремния (SiC). В библиотеке представлены модели транзистора с суммарной шириной затвора 400 мкм (4 затвора по 100 мкм каждый). Топология транзистора является фиксированной, элемент не имеет изменяемых параметров. Топология транзистора показана на рис. А. 1.

1 — J 1

1

Рисунок А.1 - Топология ваК транзистора с шириной затвора 4x100 мкм Для ваИ транзистора 4x100 были построены два вида моделей: малосигнальная на основе ЭС и нелинейная модель ЕЕНЕМТ. Рабочая точка не указывается напрямую пользователем, её расчёт проводится непосредственно во время моделирования схемы. Для примера ВАХ и параметры рассеяния в одной из рабочих точек, полученные при использовании построенной нелинейной модели и при измерениях приведены на рис. А.2.

Рисунок А.2 - Сравнение измеренных и смоделированных В АХ (а) и 8-параметров в рабочей точке 15,0 В, /Л=35 мА (б) ОаЫ транзистора с шириной затвора 4x100

Тонкопленочный резистор. В качестве резистивного слоя тоикопленочного резистора используется силицида вольфрама. Для резистора были заданы следующие электрофизические параметры: удельное поверхностное сопротивление = 49,1 Ом/кв. и контактное сопротивление на единицу ширины Яс = 3,4 10"4 Ом м. Параметры модели резистора приведены в табл. А.2, сопротивление рассчитывается на основе геометрических параметров. Топология тонкоплёночного резистора представлена на рис. А.З.

Таблица А.2 - Параметры модели резистора

Обозн. Наименование Мин. По умолч. Макс. Ед. изм.

¡V Ширина резистора 10 15 50 мкм

ь Длина резистора 10 100 100 мкм

Рисунок А.З - Топология тонкоплёночного резистора

Для моделирования использовалась встроенная в М\\Ю модель, настроен-

ная под технологический процесс. Сравнение результатов измерения и моделирования приведено на рис. А.З.

|52]|, дБ

о

-5 -10

-15

001 10 20 30 40

Частота, ГГц

Рисунок А.4 - Измеренный и рассчитанный по модели |821| для модели

тонкопленочного резистора МДМ Конденсаторы. Структура металл-диэлектрик-металл (МДМ) служит для реализации конденсатора, она представляет собой два слоя металла, разделенных между собой диэлектриком. В качестве диэлектрика используется оксид тантала Та205. Для МДМ конденсатора определены следующие электрофизические параметры: удельная ёмкость С0 = 6,95 10-4 Ф/м2 и последовательное сопротивление контактов = 0,8 Ом. Параметры модели конденсатора приведены в табл. А.З, а его топология - на рис. А.5. Таблица А.З - Параметры модели конденсатора

Обозн. Название Мин. По умолч. Макс. Ед. изм.

Ж Ширина верхней обкладки 10 20 100 мкм

1 Длина верхней обкладки 10 20 100 мкм

ИОхБО

Рисунок А.5 - Топология МДМ-конденсатора

Для моделирования использовалась встроенная в А\\г(1 М\¥0 модель, настроенная под технологический процесс. Сравнение результатов измерения и моделирования приведено на рис. А.З.

152,1, дБ

0.01 10 20 30 40

Частота, ГГц

Рисунок А.6 - Измеренный и рассчитанный по модели |821| для модели

МДМ конденсатора

Отрезки и неоднородности копланарных передающих линий (группа Сор1апаг). Данная группа содержит отрезки копланарных передающих линий, а также такие неоднородности, как тройник, перекрестие, воздушный мост, изгиб линии, сужение линии, короткозамкнутый и холостоходный шлейф. Для моделирования используются встроенные в САПР модели копланарных линии с заданными параметрами подложки. В табл. А.4 представлен перечень имеющихся линий, а на рис. А.7 - их топологии. Таблица А.4 - Наименования элементов библиотеки - отрезков и неоднородностей копланарных линий

Наименование Назначение Изображение

элемента

СРЫпе Отрезок линии передачи рис А.7а

СР_АнВпс^е Воздушный мостик рис. А.76

СР_Пипс Т-соединение рис. А.7в

СР_СгОБ8 Перекрестное соединение рис. А.7г

СРВепс! Изгиб 90° рис. А.7д

СР_Тар Скачок ширины рис. А.7е

СР_Ореп Холостоходный шлейф рис. А.7ж

СР_8ЬоП Короткозамкнутый шлейф рис. А.7з

Рисулок А.7 — Копланарные линии и их неоднородности в библиотеке

(пояснения в табл. А.4)

Контактные площадки.

Данные группы содержат элементы, обеспечивающие заземление, контакты к схеме. Для контакта к элементам МИС (например, для распайки кристалла или проведения зондовых измерений) на схеме делаются контактные площадки достаточно большого размера. В данной технологии контактные площадки квадратной формы размером 100x100 мкм делаются в слое гальваники. Топология контактной площадки фиксирована (представлена на рис. А.8).

Рисунок А.8 - Топология контактной площадки DC

Для распайки кристалла также делают специальные переходы с коаксиальной линии на микрополосковую схему, которые называются ВЧ портами (RF Port), они в библиотеке выделены в отдельный элемент. Этот элемент состоит из трех контактных площадок по схеме земля-сигнал-земля, при этом сигнальный контакт используется для соединения с элементами схемы, земляные контакты соединены со сквозными отверстиями. Топология элемента RF Port является фиксированной, она представлена на рис. А.9.

Элемент «Подложка». Элемент СР\№_8иВ используется при моделировании ко-планарных передающих линий, их неоднородностей, а также моделей монолитных компонентов. Данный элемент содержит электрофизические параметры подложки: диэлектрическая проницаемость 8=11, толщина подложки ? = 100 мкм, тангенс угла диэлектрических потерь tg8=0,005, толщина 7=3 мкм, удельное объемное сопротивление р =

о

2,44-10" Ом м. При создании нового проекта с подключенной библиотекой, элемент добавляется в проект автоматически. Графическое изображение элемента приведено на рис. А. 10.

Рисунок А.9 - Топология элемента RF Port

СР\Л/_Б11В Ег=11 Н=100 ит Т=3 ит ^0=1 Тапс!=0 005 Нсоуег=500 ит НаЬ=3 ит Соуег=0 Спс1=1 Ег_Мот=11 Н_Мот=Н@ ит Нсоу_Мот=Нсоуег@ ит НаЬ_Ыот=НаЬ@ ит T_Nom=T@ ит Мате=СР\Л/_5иВ1

Рисунок А. 10 - Графическое обозначение элемента СР\У_811В Элемент СР_Э1СЕ используется при проектировании топологии. Элемент содержит дорожки для резки пластины на кристаллы и метки совмещения кристаллов. Элемент не влияет на моделирование схемы. Данный элемент содержит отрицательные слои, необходимые для автоматического построения топологии СВЧ МИС в копланар-ном исполнении. На последнем этапе подготовки схемы элемент необходимо перетащить на схему и задать для него длину и ширину, после чего перейти к редактированию топологии, разместить на ней рамку кристалла и провести экспорт получившейся топологии. При экспорте копланарная топология сформируется автоматически. На рис. А. 11 представлено графическое изображение и топология элемента.

Бивскт

Ю=в2 МЕТ="сПсе" \Л/=1000 ит 1=1000 ит

Рисунок А. 11 - Графическое изображение элемента СР_01СЕ А.2. Библиотека элементов для 0,35 мкм рНЕМТ технологии

Технология 0,35 мкм рНМЕТ ЗАО НПФ Микран предназначена для изготовления микрополосковых СВЧ МИС малошумящих усилителей и других устройств. В технологии используется два слоя металлизации, имеется возможность изготовления сквозных заземляющих отверстий в подложке. Топологические слои, соответствующие данной технологии, приведены в табл. А.5.

Таблица А. 5 - Топологические слои в библиотеке

Название слоя Технологическая операция

Mesa Изоляция между элементами

OK Формирование омических контактов

Gate Формирование затворов транзисторов

Metí Формирование первого уровня металлизации

PassEtch Травление окон в слое диэлектрика.

Met2 Выращивание второго слоя металлизации (гальваники)

Элементы библиотеки сгруппированы по функциональному назначению. Полный перечень элементов, и групп элементов в библиотеке приведен в табл. А.6. Таблица А.6 - Перечень элементов

Элемент / группа элементов Назначение

Interconnects Межсоединения

- Micran_PAD Контактная площадка

- Micran_VIA Сквозное отверстие

Lumped Elements Сосредоточенные элементы

- Micran_ALRES Резистор в активном слое

- Micran_MIMCAP МДМ конденсатор

- Micran_RECTIND Спиральная индуктивность

Microstrips Микрополосковые линий и их неоднородности

- Micran_MLIN Линия (модель МЕШ)

- Micran_MTRACE Линия (модель МТЯАСЕ)

- Micran _TEE Тройник

- Micran _CROSS Перекрестие

- Micran BEND Изгиб линии

. Substrates Подложки

- Micran _GaAs Микрополосковая ОаАэ подложка

- Micran _DICE Обозначает границы одного кристалла

Transistors Транзисторы, нелинейные модели

- HEMT4x60 Транзистор Т240, ширина затвора 4x60

- HEMT4xl00 Транзистор Т400, ширина затвора 4x100

Транзисторы (Transistors). Активный элемент в технологии - гетероструктурный транзистор на электронах с высокой подвижностью (НЕМТ). Конфигурации транзисторов различаются шириной затвора и их количеством. В библиотеке представлены два транзистора: НЕМТ4х60 и НЕМТ4х100, т.е. с 4 затворами и длиной каждого затвора 60

и 100 мкм соответственно. В качестве примера на рис. А. 12 приведена топология транзистора НЕМТ4х60.

Мпмгме

Рисунок А. 12 - Топология транзистора

Для моделирования транзистора использовалась нелинейная табличная модель, методика построения которой описана в [121]. Для интеграции в САПР данная модель описана в виде программного кода на языке С++.

Резистор в активном слое (М1сгап_АЬЯЕ8). Используется для реализации сопротивления. В качестве резистивного материала используется активный полупроводниковый слой. Основной параметр резистора - поверхностное сопротивление, которое является контролируемым параметром технологического процесса (Л^=250 Ом/квадрат).

Параметры элемента:

- Ь - длина резистора, определяется расстоянием между омическими контактами;

Ж - ширина резистора, определятся шириной активного слоя;

- - удельное поверхностное сопротивление материала (Л^ = 250 Ом/квадрат);

- Ы, Ы — длина омического контакта.

Для изготовления транзистора проводится изоляция элемента (разделительная имплантация), вжигание омических контактов, пассивация поверхности. Топология элемента с отмеченными изменяемыми параметрами приведена на рис. А. 13.

(гальваника)

Рисунок А. 13 - Топология резистора и изменяемые параметры Для математического моделирования электрических характеристик используется встроенная стандартная модель MWO, настроенная под технологический процесс.

МДМ-конденсатор (Micran_MIMCAP). Структура металл-диэлектрик-металл (МДМ) служит для реализации конденсатора и представляет собой два слоя металла, разделенных между собой диэлектриком. Основной параметр конденсатора - удельная ёмкость, т.е. ёмкость конденсатора единичной площади. Параметры элемента:

- L длина верхней обкладки (измеряется по слою Mel) W ширина верхней обкладки (измеряется по слою Mel)

- Са - удельная ёмкость конденсатора (Са=6,55 • 10'4 Ф/м2)

- С - рассчитанное сопротивление конденсатора

Обе обкладки и диэлектрик имеют прямоугольную форму. Размеры верхней обкладки (многослойная структура - гальваника) задаются пользователем, размеры нижней обкладки (ОК) и диэлектрика (Pass) рассчитываются автоматически из зазоров между слоями. Топология и изменяемые параметры элемента приведены на рис. А. 14.

ОК

pass

-^галызамика)

-L-

Рисунок А. 14 - Топология конденсатора

Для математического моделирования электрических характеристик используется встроенная стандартная модель М\УО, настроенная под заданный технологический процесс.

Спиральная квадратная индуктивность (М1Сгап_ЯЕСТШО). Используется для реализации сосредоточенной индуктивности. Представляет собой квадратную спираль, изготовленную в толстой пленке золота. Параметры элемента:

- Р - полный периметр спирали, считается по средней линии. Если периметра будет недостаточно для одного витка, элемент не будет прорисован.

\У - ширина проводящей линии спирали.

- С - зазор между витками. Зазор меньше 10 мкм приведёт к резкому снижению выхода годных.

Подводящий контакт к внутреннему витку изготавливается в тонкой металлической пленке. Все витки изготавливаются в толстой пленке золота, а в тех местах, где они пересекаются с подводящим контактом, реализованы воздушные мостики. Для рисования топологии в САПР была разработана программная топологическая модель элемента. Топология и изменяемые параметры элемента приведены на рис. А. 15.

(гальваника)

-в-

(воздушный мостик)

Ме1

V \Л/-:

Рисунок А. 15 - Топология спиральной квадратной индуктивности Для математического моделирования электрических характеристик используется эквивалентная схема, представленная на рис. А. 16.

id-': i

■p I'l

<y

P*PT f-2

iTit

IND ID-LI L- L: nH

PBj

ID- P;

f1- Pj Olln

IK Ci

id-L;

L- Ll I1H

mo

ID-D U-L." InH

c.-r __

I [1-е 3 C-C I* p F

P*PT N I

I- ЭЭО 111)

lo.c;

с-cm и __

Рисунок A. 16 - Схема замещения для индуктивности

Отрезки микрополосковых линий (Micran_ML IN, Micran_MTRACE, Mi-cran_MLIN__TtoV, Micran_TEE, Micran_CROSS, Micran_BEND). Используются для соединения элементов микрополосковой схемы, передачи сигнала в схеме. Перечисленные элементы включают прямые отрезки передающей линий (Micran_MLIN), конфигурируемую линию (Micran_MTRACE), линию для заземления транзистора (Mi-cran_MLIN_TtoV), тройник (Micran TEE), пересечение (Micran_CROSS), изгиб линии (Micran_BEND).

Отрезки линии могут прорисовываться в различных слоях в зависимости от установки типа линии в САПР:

1. Standard Line - обычная (стандартная) линия, изготавливается в первом и втором слоях металлизации.

2. Only Plated - только гальванический слой металлизации (второй уровень раз-

3. Thin Metal - только в тонкой пленке золота (первый уровень разводки) Параметры элементов:

- L - длина линии, измеряется по слою Mel

W- ширина линии, измеряется также по Mel

- М- для изгибов, относительная величина среза

Общие параметры отрезков линий приведены на рис. А. 17.

Рисунок А. 17 - Параметры проводящих линий Для математического моделирования электрических характеристик используются встроенные стандартные модели М\\Ю, настроенные под технологический процесс.

водки).

L

Пример топологии МИС, содержащей микрополосковые линии с различными не-однородностями, представлен на рис. А. 18.

Рисунок А. 18 - Фрагмент топологии МИС с микрополосковыми линиями и неоднород-ностями: 1-тройник (М1сгап_ТЕЕ); 2-пересечение (М1сгап_СК088); 3-изгиб (Мсгап_ВЕМО) М=0.5; 4-изгиб (Мкгап_ВЕЖ)) М=0.2

915332484800234855235353534623482323235353535348

Приложение Б. ЭС для СаАв и GaN пассивных компонентов

Рассмотрим основные структуры ЭС-моделей пассивных компонентов СВЧ МИС. С учётом того, что в настоящей работе рассматриваются ОаАз и ваИ технологии, структуры ЭС-моделей приводятся для указанных технологий. Приведённые схемы предназначены для моделирования элементов в СВЧ диапазоне.

Монолитный резистор состоит из резистивного материала, рассеивающего энергию проходящего через него сигнала, и контактных площадок (рис. Б. 1а). Структура ЭС модели монолитного резистора приведена на рис. Б.1а [138]. Основным элементом ЭС является сопротивление Л, которое моделирует резистивный материал (тело резистора). Поскольку резистор является протяженным элементом, в СВЧ диапазоне он приобретает свойства распределённого элемента, которые моделируются элементами СР\ и СР2. В некоторых случаях, при очень высоком сопротивлении резистора или большой протяженности элемента, в ЭС добавляют элемент описывающий возникающую между концами резистора паразитную ёмкость (рис. Б.1е).

и К С

о—

- Ср\

о

~-Ср2

А?

К

С,

р!

Р1