Моделирование схемы ИП

 

Моделирование схемы ИП проводится в системе программ схемотехнического анализа OrCAD 9.2. Рассчитанные значения параметров задаем в модели ПТУП и диода, и проводим моделирование схемы ИП при двух значениях напряжения питания: V_SS1 = 1,5 В, V_SS2 = 2,0 В.

Схема включения истокового повторителя при моделировании представлена на рисунке 19.

Рисунок 19 – Схема включения ИП при моделировании

 

где VT₁ – полевой транзистор с n-каналом;

D₁ – диод смещения перехода затвора;

V₁ = 10 мВ – источник синусоидального напряжения;

V₂ = 1,5 В – источник постоянного напряжения;

C₁ = 1500 пФ – входная разделительная емкость;

С₂ = 0,8 пФ – емкость, описывающая емкость контактной площадки

затвора;

C₃ = 3,3 нФ – выходная разделительная емкость;

R₁ = 25,71 кОм – сопротивление нагрузки истокового повторителя,

измерялось вольтметром В7-23, погрешность не более

±0,5 %;

R₂ = 4 МОм – входное сопротивление измерительного прибора.

Схема моделируется при двух значениях напряжения питания V_SS1 = 1,5 В и V_SS2 = 2,0 В. При определении полного входного сопротивления сначала схема моделируется при значении входной разделительной емкости C₁ = 1500 пФ, а затем при C₁ = 10 пФ (рисунок 19).

Для сравнения расчетных и экспериментальных значений, параметры схемы ИП, полученные при моделировании, а также в ходе измерений приведены в таблице 2.3.

 

Таблица 2.3 – Сравнительная характеристика экспериментальных и расчетных параметров ИП

Значение	AV		ISS, мкА		Ri, МОм		RO, кОм
	VSS1 = 1,5 В	VSS2 = 2,0 В	VSS1 = 1,5 В	VSS2 = 2,0 В	VSS1 = 1,5 В	VSS2 = 2,0 В	VSS1 = 1,5 В	VSS2 = 2,0 В
Измеренное	0,730	0,736	30,76	31,28	20,87	21,70	1,97	1,95
Расчетное	0,715	0,722	30,65	31,11	28,86	30,21	6,69	6,55
Погрешность %	-2,0	-1,9	-0,4	-0,5	38	39	240	236

 

Из таблицы 2.3 видно, что расчетные значения коэффициента передачи по напряжению A_V и тока потребления I_SS из результатов моделирования практически полностью соответствуют их экспериментальным значениям (погрешность не более 2 %). Однако значительное несоответствие между расчетом и экспериментом наблюдается у двух параметров: полное входное сопротивление R_i (погрешность 38 %) и выходное сопротивление R_O (погрешность 240 %).

Погрешность двух последних параметров оказалась значительной ввиду того, что при экстракции параметров модели ПТУП в теории допускались некоторые приближения, и для достижения соответствия расчетных значений R_i и R_O необходимо несколько преобразовать соотношения вышеописанной методики.

Выбор физической структуры и технологического маршрута

Изготовления ИМС

 

Основным элементом ИМС истокового повторителя является ПТУП. Поэтому, исходя из требований, предъявляемых к ПТУП, производят выбор физической структуры различных областей.

В физическую структуру разрабатываемой ИМС входят 7 технологических слоев: эпитаксиальный слой, p⁺-разделение, p-базовый слой, n⁺-эмиттерный слой, окисел SiO₂, контактные окна, металлизация.

Все эти слои формируются на p-подложке 480 КДБ10 Ø100 мл., причем изоляция элементов осуществляется p+-разделительными слоями, тип проводимости которых противоположен типу проводимости эпитаксиального слоя и совпадает с типом проводимости подложки.

Резисторы в ИМС создаются на основе базового слоя.

В схеме использован диод смещения затвора ПТУП на основе перехода база-эпитаксиальный слой и применяется однослойная металлизация.

В качестве основы для разрабатываемой ИМС была использована физическая структура ИМС истокового повторителя, которая изготавливалась на предприятии ОАО «Орбита», г. Саранск.

Выбор физической структуры был обусловлен тем, что:

1. В микросхемах рабочие напряжения не превышают 2 В.

2. Параметры физической структуры разрабатываемой ИМС приблизительно соответствуют параметрам ИМС истокового повторителя.

3. Минимальная проектная норма – 3 мкм.

Технологический маршрут изготовления и нормы на контролируемые параметры ИМС истокового повторителя приведены в таблице 3.1.

 

Таблица 3.1 – Маршрут изготовления и нормы на контролируемые параметры ИМС истокового повторителя. Подложка 480 КДБ10 Ø100 мл

№ п/п	Наименование операции	Нормы на параметры
1, 2	х/о, Эпитаксиальное наращивание	ρ = 3 ± 0,5 Ом/ÿ hэс = 3 ± 0,4 мкм
1, 2	х/о, окисление	h = 0,5 ± 0,03 мкм
3	Фотолитография I под разделение
4, 5	х/о, разделительная диффузия	RS = 15 ± 3 Ом/ÿ; xJ ³ hэс
6	Снятие SiO2
7	Контроль UИЗ	UИЗ > 80 В
8, 9	х/о, окисление	h = 0,5 ± 0,03 мкм
10	Фотолитография II под затвор
11, 12	х/о, подокисление	hок = 0,12 мкм
13	Ионное легирование бором	xJ = 2,3 ± 0,2 мкм
14, 15	Обработка в Каро, х/о
16	Диффузия бора, II ст.	RS = 100 ± 10 Ом/ڤ; hок = 0,35 ÷ 0,52 мкм
17	Фотолитография III под исток-сток
18	Контроль RS, UПР, JКАНАЛА
19, 20	х/о, диффузия фосфора	RS = 5 ± 1 Ом/ڤ; hок = 0,3 ÷ 0,4 мкм; xJ = 1,0 ÷ 2 мкм
21	Фотолитография IV под контактные окна
22	Контроль RS, JКАНАЛА	JКАНАЛА2зонд. ≈ 80 – 120 мкА; JКАНАЛА3зонд. ≈ 200 – 600 мкА
23, 24	х/о, напыление Al	hAl = 1,2 ± 0,2 мкм
25	Фотолитография V по Al
26	Вплавление Al
27	Контроль качества конактов
28	Обезжиривание
29	Осаждение SIO2	h = 0,4 – 0,6 мкм
30	Химутонение	h = 400 – 40 мкм
31	Фотолитография VI
32	Термообработка
33	Контроль параметров	JКАНАЛАна крист ≈ 200 – 600 мкА
34	Функционирование