Հայաստանի ատենախոսությունների բաց մատչելիության պահոց = Open Access Repository of the Armenian Electronic Theses and Dissertations (Armenian ETD-OA) = Репозиторий диссертаций Армении открытого доступа

Ինտեգրալ սխեմաներում լարման և հոսանքի աղբյուրների կայունության բարձրացման միջոցների մշակումը

Մխիթարյան, Արթուր Խաչիկի (2019) Ինտեգրալ սխեմաներում լարման և հոսանքի աղբյուրների կայունության բարձրացման միջոցների մշակումը. PhD thesis, Հայաստանի ազգային պոլիտեխնիկական համալսարան.

[img] PDF (Thesis)
Available under License Creative Commons Attribution.

Download (24Mb)
    [img] PDF (Abstract)
    Available under License Creative Commons Attribution.

    Download (1386Kb)

      Abstract

      Ինտեգրալ սխեմաները (ԻՍ) լայն կիրառում են գտել տարբեր նշանակության համակարգերում՝ համակարգչային, դյուրակիր, ռազմական տեխնիկայում, տիեզերական կայաններում և այլն։ Միաժամանակ առաջացել են էներգասպառման նվազեցման հետ կապված խնդիրներ՝ հաշվի առնելով դյուրակիր սարքերում դրանց լայն կիրառությունը։ Կիսահաղորդչային տեխնոլոգիաների արդիականացման և դրա հետևանքով ԻՍ-երի մասշտաբավորման արդյունքում ներկայումս արտադրվող ԻՍ-երում տրանզիստորների չափերը հասել են ընդհուպ մինչև 7նմ-ի։ Մի կողմից փոքր ֆիզիկական չափերը՝ արդյունքում նաև մետաղ-օքսիդ-կիսահաղորդչային (ՄՕԿ) տրանզիստորների փականի օքսիդի հաստության նվազեցումը, մյուս կողմից՝ էներգասպառման նվազեցմանը ներկայացված տեխնիկական պահանջները, հիմք են հանդիսացել սնուցման լարման փոքրացման՝ հասցնելով մինչև մի քանի հարյուր միլիվոլտի։ Այս ամենի արդյունքում գրանցված հաջողություններին զուգահեռ առաջ են եկել նաև այնպիսի բացասական երևույթներ, ինչպիսիք են կիրառված ցածր լարումների հետևանքով կապազերծող կենդենսատորների՝ միավոր մակերեսում ունակության նվազումը, ԻՍ-երի անխափան աշխատանքի վրա սնման դողերում եղած աղմուկների ազդեցության բարձրացումը, տրանզիստորների ծակման լարումների փոքրացումը և այլն։ Միաժամանակ տեխնոլոգիական անկատարության, մասշտաբավորման հետևանքով տրանզիստորի հոսքուղու մոդուլացիայի երևույթի ազդեցույթան աճի հետևանքով նվազել է ներբյուրեղային հոսանքի աղբյուրների կայունությունը։ ԻՍ-երի նախագծմամբ զբաղվող առաջատար ընկերությունները վերջին տարիներին իրականացրել են մի շարք մշակումներ, որոնք նպատակաուղղված են եղել ԻՍ-երի կայունության բարձրացմանը՝ ի հաշիվ սնման դողերում աղմուկների նվազեցմանը, և որպես արդյունք՝ լարման աղբյուրների կայունության բարձրացման աճին։ Մշակվել են տեխնոլոգիական զարգացումներին համապատասխան նոր մեթոդներ, որոնք նպաստում են ներբյուրեղային հոսանքի աղբյուրների ավելի բարձր կայունության ապահովմանը։ Վերջիններս էականորեն բարձրացրել են լարման և հոսանքի աղբյուրների կայունությունը, սակայն դեռևս կան խնդիրներ, որոնց լուծման համար պահանջվում են նոր մոտեցումներ։ Ատենախոսությունը նվիրված է ժամանակակից ԻՍ-երում կիրառվող հոսանքի և լարման աղբյուրների կայունության բարձրացման արդի հիմնահարցերի լուծմանը։ Առաջարկվել են ԻՍ-երի լարման և հոսանքի աղբյուրների կայունության բարձրացման սկզբունքներ, որոնք թույլ են տալիս բավարարել ժամանակակից 14 նանոմետրանոց և ավելի փոքր չափերի տեխնոլոգիական գործընթացներով նախագծված սխեմաներին առաջադրվող պահանջներին։ Մշակվել է ԻՍ-երի կապազերծող կոնդենսատորների ձևավորման եղանակ, որում ավանդական ՄՕԿ և մետաղական շերտերով ՄՕՄ կառուցվածքների համատեղման շնորհիվ էապես բարելավվել են դրանց հիմնական պարամետրերը՝ մոտ 1,5 անգամ փոքրացել է կիսահաղորդչային բյուրեղի վրա զբաղեցրած մակերեսը, և միաժամանակ նվազել է ունակության արժեքի կախվածությունը տեխնոլոգիական գործընթացից, շրջակա միջավայրի ջերմաստիճանի և սնման լարման տատանումներից։ Интегральные схемы (ИС) нашли широкое применение в различных системах, начиная от бытовой техники до сложных электронных приборов, компьютеров, военных, авиационных, космических станций и т.д. Одновременно с этим, учитывая их широкое применение в портативных устройствах возникла потребность снижения энергопотребления ИС. Растущий спрос электронных систем вызвал необходимость модернизации полупроводниковых технологий и последующее масштабирование ИС. С одной стороны, меньшие физические размеры, приводящие к уменьшению толщины подзатворного оксида металл-оксид-полупроводникового (МОП) транзистора, с другой - технические требования по снижению энергопотребления легли в основу уменьшения напряжения питания вплоть до нескольких сотен милливольт. Наряду со значительными успехами в области разработки ИС с низким электропотреблением возникли также следующие негативные явления: уменьшение удельной емкости развязывающих конденсаторов в результате снижения применяемого напряжения, повышение влияния воздействия шумов на шинах питания на бесперебойную работу ИС, уменьшение значений напряжения пробоя транзисторов и т.д. В то же время из-за технологического несовершенства, а также в результате масштабирования и роста влияния эффекта модуляции канала уменьшилась стабильность источников тока в ИС. С учетом вышесказанного, в последние годы ведущие компании в сфере проектирования ИС вели разработки, направленные на повышение стабильности ИС за счет снижения шума в шинах питания. Кроме того, с учетом современных тенденции и развитием технологий были разработаны новые методы, способствующие повышению стабильности источников тока в ИС. Применение этих методов в проектировании ИС существенно повысило стабильность источников напряжения и тока. При этом все еще существуют еще задачи, для решения которых требуются новые подходы, обеспечивающие бесперебойную работу основных узлов ИС: стабильность источников напряжения и тока. Диссертационная работа посвящена решению актуальных вопросов повышения стабильности источников напряжения и тока, применяемых в современных ИС., негативно влияющие на стабильность источников напряжения и тока в интегральных схемах, и способы минимизации их влияния. Исследование и разработка методов и средств, минимизирующих влияние колебаний напряжения питания ИС, температуры окружающей среды и технологических разбросов на стабильность источников напряжения и тока в ИС. Теория электрических цепей, инструментарии, методы проектирования аналоговых и аналого-цифровых ИС, теория моделирования ИС, объектно-ориентированного программирования. Integrated Circuits (IC) are widely used in various systems, such as computers, portable devices, military and aerospace stations etc. At the same time, the problems with reduction of energy consumption occurred, taking into account their wide use in portable devices. As a result of modernization of semiconductor technologies as well as scaling of ICs, dimensions of transistors in currently produced ICs are reached up to 7 nm. On the one hand, smaller physical dimensions, as well as the decrease of thickness of oxide of metal-oxide-semiconductor (MOS) transistor and on the other hand, technical requirements for energy consumption reduction have caused a lower supply voltage values up to several hundred millivolts. In parallel of achieved successful results, negative effects have also been encountered, such as reduction of the capacitance on the unit area, increase of the influence of power supply noises on reliability of ICs, decrease of the breakdown voltage of transistors etc. At the same time, variation of the technology, as well as increase of influence of the channel length modulation effect as a result of the scaling, caused decrease of the stability of on-die current sources. Taking into account issues mentioned above, leading IC design companies have been implemented several actions that have been targeted to increase of the stability of ICs based on reduction of the noises on power stripes and resulting in increase of stability of the voltage sources. New techniques that are relevant to the technological development have been developed, to provide a higher degree of stability of on-die current sources. The latter has essentially raised the stability of voltage and current sources, but there are still problems that require new approaches. The dissertation is devoted to solutions of current problems of increasing stability of the current sources and voltage sources inside ICs. In the framework of this work, principles of increasing the stability of voltage and current sources in ICs have been proposed to meet the requirements for contemporary 14 nanometers and smaller technological processes. A method of forming decoupling capacitors of ICs have been developed, in which the combination of conventional MOS capacitors and MOM capacitors, which are based on the metal layers, has significantly improved their main parameters: the occupied area in semiconductor decreased by 1,5 times, meanwhile dependency of the capacitance on fluctuations of surrounding ambient temperature and the supply voltage value was decreased.

      Item Type: Thesis (PhD)
      Additional Information: Разработка средств повышения стабильности источников напряжения и тока в интегральных схемах. Development of means of stability increase of voltage and current sources in integrated circuits.
      Uncontrolled Keywords: Мхитарян Артур Хачикович, Mkhitaryan Artur Khachik
      Subjects: Electrical and Power Engineering
      Divisions: UNSPECIFIED
      Depositing User: NLA Circ. Dpt.
      Date Deposited: 19 Aug 2019 11:39
      Last Modified: 19 Aug 2019 11:39
      URI: http://etd.asj-oa.am/id/eprint/10618

      Actions (login required)

      View Item