Генерация моделей наноструктур ИЛИ-HE в классе МЭСЛ

Так как элемент ЭСЛ является самым быстродействующим биполярным элементом, то синтез и моделирование ФИЭ в этом классе представляет собой одну из актуальных задач интегральной схемотехники.

Если рассматривать схему МЭСЛ (рис. 9.10, а) и соответствующую ей математическую модель интегральной структуры в р-п-схемотехнике (рис. 9.10, б), то видно, что из 14 р-п-переходов этой модели 4 перехода {р-п₂, Pi*-rc₃, р~п_Лу Р-п_ъ)у выполняют изолирующую функцию.

В схеме также используются резисторы, в значительной степени снижающие плотность компоновки СБИС, спроектированных в транзисторной схемотехнике.

Математическая модель ФИЭ МЭСЛ изображена на рисунке 9.11,6. Она не является деревом, содержит циклы и требует технологии с вертикальной интеграцией и диэлектрической изоляцией. Дугами отмечены возникающие при «склеивании» паразитные транзисторы, их влияние должно быть устранено на этапе синтеза интегральной структуры за счет увеличения толщины базовой области паразитного транзистора или путем использования диэлектрической изоляции.

В таблице на рисунке 9.11, в показан алгоритм синтеза ФИЭ МЭСЛ, выполняющего логическую функцию Пирса (ИЛИ-НЕ).

Рис. 9.11. МЭСЛ: а) принципиальная схема МЭСЛ, б) модель интегральной структуры МЭСЛ с общим эмиттером (N = 12), в) моделирование ФИЭ МЭСЛ.

(табличный метод) Ввиду того что узел 5 объединяет я-область транзисторов Т_х и Т₂ и p-область резистора R_lt на что требуется дополнительная металлизация, использован метод «склеивания» областей р-я-переходом (в эквивалентной транзисторной схеме — диод Dj). Аналогично склеивание р-я-переходом осуществляется в узле 6 (рис. 9.11, в). Резистор Я₃ в узле 2 выполняет функцию источника тока, роль которого может при определенных условиях выполнить открытый транзистор. В данном случае к узлу 2 подключается я-р-я-транзистор для объединения («склеивания») его я-области с другими я-областями — эмиттерами транзисторов Т|, Т₂, Т₃.

В результате этих трех операций объединения получается математическая модель ФИЭ МЭСЛ, содержащая девять полупроводниковых областей, что на три полупроводниковые области меньше, чем в транзисторном аналоге ЭСЛ с общим эмиттером.

Рис. 9.12. ФИЭ ИЛИ-HE: а) принципиальная схема в транзисторной схемотехнике, б) математическая модель ФИЭ МЭСЛ (принципиальная схема в переходной схемотехнике).

Эквивалентная схема ФИЭ МЭСЛ в транзисторной схемотехнике изображена на рисунке 9.12, а. Она используется при моделировании работы конкретных интегральных структур математической модели ФИЭ МЭСЛ. Один из результатов генерации интегральной структуры (структурной формулы полученной математической модели) представлен на рисунке 9.13: а) структурная формула ФИЭ с минимальным числом полупроводниковых слоев, б) соответствующая ей интегральная структура [84, 85].

Моделирование данной структуры осуществляется по описанию принципиальной схемы с конкретными параметрами транзисторных структур. В данной схеме их четыре:

• • T_l(n₃-p_i-n₁),
• • Т₂(п₃-р₃-п₇),
• • Т₃(п₃-р_в-п₃),
• • Т_А(п₃-р₂-п_х).

Описание схемы в транзисторной схемотехнике дано на рисунке 9.12, а.

Результаты компьютерного моделирования статики приведены в таблице на рисунке 9.13, г. На рисунке 9.13, в изображена передаточная характеристика ФИЭ МЭСЛ с логическим перепадом в 2 В при управляющих воздействиях: Е_х = 2 В, Е₂ — -0,3 В, ?₃ = -1 В.

Исходя из распределения потенциалов в статике, определены режимы работы транзисторных структур ФИЭ (рис. 9.13, г).

Замечание. Для осуществления более точного моделирования новых интегральных структур необходим либо точный расчет параметров моделей всех транзисторных структур с учетом особенностей технологии, либо переход к моделированию электрических процессов в интегральных структурах р-л-схемотехники на физическом уровне.

Рис. 9.13. Моделирование ФИЭ МЭСЛ: а) модель структуры ФИЭ МЭСЛ,.

б) структура ФИЭ МЭСЛ, е) передаточная характеристика ФИЭ МЭСЛ, г) анализ работы на ЭВМ.