Модель переходных процессов для современных микроэлектронных устройств, применимая в ЭКВ модели p-МОП-структуры

Автор(и)

  • М. Б. Эль Машад Университет аль-Азхар, Каир, Індія https://orcid.org/0000-0002-1852-3286
  • А. А. Монем Высший технологический институт, 10-й город Рамадан, Індія

DOI:

https://doi.org/10.20535/S0021347021020023

Ключові слова:

метод сплайн-коллокации, квазистатический подход, симметричная телескопическая модификация, нормализованные плотности канального заряда, ЭКВ модель p-канального МОП-транзистора

Анотація

Большой прогресс в технологии производства микроэлектронных устройств с экспоненциальным ростом сложности и быстродействия необходим для обеспечения непрерывного развития новых технологий, структур, устройств, схем и систем. В статье предложена новая модель переходных процессов p-МОП-структуры, предназначенная для современных микроэлектронных устройств, которые обеспечивают быструю динамическую реакцию. Предлагаемая модель обеспечивает получение зависимостей переходных нагрузочных токов как полиномиальных функций нормализованных плотностей канального заряда на границах канала с помощью модифицированной версии метода коллокации с кубическими сплайнами в симметричном телескопическом виде. Кроме того, исследовано оптимальное количество сегментов, которое необходимо для новой версии алгоритма коллокации с кубическими сплайнами. Также моделируется нормализованная плотность заряда канала в точках коллокации с помощью ее значений на границах канала, при использовании квазистатического подхода. Путем введения обратной функции для нормализованного канального напряжения перегрузки, переходные нагрузочные токи представлены в виде функции напряжений на выводах МОП-структуры. По сравнению с обычным методом коллокации кубическими сплайнами, новая модель имеет более высокую точность применительно к ЭКВ модели. Разработанная модель использована для стандартной 0,15 мкм технологии и проверена с помощью MATLAB R2014a. Полученные результаты показали, что модель обеспечивает высокую относительную точность (в среднем 99%) для всего времени, и абсолютную ошибку менее 5% от максимального значения в худшем случае.

Посилання

S.-Y. Oh, D. E. Ward, R. W. Dutton, “Transient analysis of MOS transistors,” IEEE J. Solid-State Circuits, vol. 15, no. 4, pp. 636–643, 1980, doi: https://doi.org/10.1109/JSSC.1980.1051448.

A. S. Roy, J. M. Vasi, M. B. Patil, “A new approach to model nonquasi-static (NQS) effects for mosfets-part I: large-signal analysis,” IEEE Trans. Electron Devices, vol. 50, no. 12, pp. 2393–2400, 2003, doi: https://doi.org/10.1109/TED.2003.819053.

C. C. Enz, E. A. Vittoz, Charge-Based MOS Transistor Modeling. Chichester, UK: John Wiley & Sons, Ltd, 2006, doi: https://doi.org/10.1002/0470855460.

A. J. Scholten, L. F. Tiemeijer, P. W. H. De Vreede, D. B. M. Klaassen, “A large signal non-quasi-static MOS model for RF circuit simulation,” in International Electron Devices Meeting 1999. Technical Digest (Cat. No.99CH36318), 1999, pp. 163–166, doi: https://doi.org/10.1109/IEDM.1999.823870.

H. Wang, T.-L. Chen, G. Gildenblat, “Quasi-static and nonquasi-static compact mosfet models based on symmetric linearization of the bulk and inversion charges,” IEEE Trans. Electron Devices, vol. 50, no. 11, pp. 2262–2272, 2003, doi: https://doi.org/10.1109/TED.2003.818596.

M. B. El Mashade, A. A. M. Afifi, T. Dabbous, “A new design methodology for enhancing the transient loading of low drop-out regulators (LDRs),” Int. J. Electron. Telecommun., vol. 65, no. 2, pp. 325–333, 2019, uri: http://ijet.pl/index.php/ijet/article/view/10.24425-ijet.2019.126317.

CADANCE, Virtuoso UltraSim Simulator User Guide, Product Version 7.2, May 2010. CADANCE, 2010, uri: http://picture.iczhiku.com/resource/eetop/WYiGePwqkEhquBcc.pdf.

R. J. Milliken, J. Silva-Martinez, E. Sanchez-Sinencio, “Full on-chip CMOS low-dropout voltage regulator,” IEEE Trans. Circuits Syst. I Regul. Pap., vol. 54, no. 9, pp. 1879–1890, 2007, doi: https://doi.org/10.1109/TCSI.2007.902615.

C. Hu, C. Enz, “EKV MOSFET Model.” https://www.epfl.ch/labs/iclab/ekv/.

A. A. Afifi, M. B. El Mashade, T. E. Dabbous, “Cubic sp-line collocation enhancement for modeling of MOS transient,” Int. J. Recent Technol. Eng., vol. 8, no. 1, pp. 920–926, 2019, uri: https://www.ijrte.org/wp-content/uploads/papers/v8i1/F2340037619.pdf.

Зависимости rs(x, t) и rsc(x, t) для L = 1 мкм и линейно нарастающего входного сигнала

##submission.downloads##

Опубліковано

2021-02-28

Як цитувати

Эль Машад, М. Б., & Монем, А. А. (2021). Модель переходных процессов для современных микроэлектронных устройств, применимая в ЭКВ модели p-МОП-структуры. Вісті вищих учбових закладів. Радіоелектроніка, 64(2), 77–93. https://doi.org/10.20535/S0021347021020023

Номер

Том 64 № 2 (2021)

Розділ

Оригінальні статті

Ліцензія

Авторське право (c) 2021 Известия высших учебных заведений. Радиоэлектроника

Издатель журнала Известия высших учебных заведений. Радиоэлектроника (сокр. "Известия вузов. Радиоэлектроника"), Национальный технический университет Украины "Киевский политехнический институт", учитывает, что доступ автора к его статье является важным как для самого автора, так и для спонсоров его исследований. Мы представлены в базе издателей SHERPA/RoMEO как зеленый издатель (green publisher), что позволяет автору выполнять самоархивирование своей статьи. Однако важно, чтобы каждая из сторон четко понимала свои права. Просьба более детально ознакомиться с Политикой самоархивирования нашего журнала.

Политика оплаченного открытого доступа POA (paid open access), принятая в журнале, позволяет автору выполнить все необходимые требования по открытому доступу к своей статье, которые выдвигаются институтом, правительством или фондом при выделении финансирования. Просьба более детально ознакомиться с политикой оплаченного открытого доступа нашего журнала (см. отдельно).

Варианты доступа к статье:

1. Статья в открытом доступе POA (paid open access)

В этом случае права автора определяются лицензией CC BY (Creative Commons Attribution).

2. Статья с последующим доступом по подписке

В этом случае права автора определяются авторским договором, приведенным далее.

  • Автор (каждый соавтор) уступает Издателю журнала «Известия высших учебных заведений. Радиоэлектроника» НТУУ «КПИ» на срок действия авторского права эксклюзивные права на материалы статьи, в том числе право на публикацию данной статьи издательством Аллертон Пресс, США (Allerton Press) на английском языке в журнале «Radioelectronics and Communications Systems». Передача авторского права охватывает исключительное право на воспроизведение и распространение статьи, включая оттиски, переводы, фото воспроизведения, микроформы, электронные формы (он- и оффлайн), или любые иные подобные формы воспроизведения, а также право издателя на сублицензирование третьим лицам по своему усмотрению без дополнительных консультаций с автором. При этом журнал придерживается Политики конфиденциальности.
  • Передача прав включает право на обработку формы представления материалов с помощью компьютерных программам и систем (баз данных) для их использования и воспроизводства, публикации и распространения в электронном формате и внедрения в системы поиска (базы данных).
  • Воспроизведение, размещение, передача или иное распространение или использование материалов, содержащихся в статье должно сопровождаться ссылкой на Журнал и упоминанием Издателя, а именно: название статьи, имя автора (соавторов), название журнала, номер тома, номер выпуска, копирайт авторов и издателя "© Национальный технический университет Украины "Киевский политехнический институт"; © автор(ы)".
  • Автор (каждый соавтор) материалов сохраняет все права собственника материалов, включая патентные права на любые процессы, способы или методы и др., а также права на товарные знаки.
  • Издатель разрешает автору (каждому соавтору) материалов следующее:
  1. Право пользоваться печатными или электронными вариантами материалов статьи в форме и содержании, принятыми Издателем для публикации в Журнале. Подробнее см. политики Оплаченного открытого доступа, подписки и самоархивирования.
  2. Право бесплатно копировать или передавать коллегам копию напечатанной статьи целиком или частично для их личного или профессионального использования, для продвижения академических или научных исследований или для учебного процесса или других информационных целей, не связанных с коммерческими целями.
  3. Право использовать материалы из опубликованной статьи в написанной автором (соавторами) книге, монографии, учебнике, учебном пособии и других научных и научно-популярных изданиях.
  4. Право использовать отдельные рисунки или таблицы и отрывки текста из материалов в собственных целях обучения или для включения их в другую работу, которая печатается (в печатном или электронном формате) третьей стороной, или для представления в электронном формате во внутренние компьютерные сети или на внешние сайты автора (соавторов).
  • Автор (соавторы) соглашаются, что каждая копия материалов или любая ее часть, распространенная или размещенная ими в печатном или электронном формате, будет содержать указание на авторское право, предусмотренное в Журнале и полную ссылку на Журнал Издателя.
  • Автор (соавторы) гарантирует, что материалы являются оригинальной работой и представлены впервые на рассмотрение только в этом Журнале и ранее не публиковались. Если материалы написаны совместно с соавторами, автор гарантирует, что проинформировал их относительно условий публикации материалов и получил их подписи или письменное разрешение подписываться от их имени.
  • Если в материалы включаются отрывки из работ или имеются указания на работы, которые охраняются авторским правом и принадлежат третьей стороне, то автору необходимо получить разрешение владельца авторских прав на использование таких материалов в первом случае и сделать ссылку на первоисточник во втором.
  • Автор гарантирует, что материалы не содержат клеветнических высказываний и не посягают на права (включая без ограничений авторское право, права на патент или торговую марку) других лиц и не содержат материалы или инструкции, которые могут причинить вред или ущерб третьим лицам. Автор (каждый соавтор) гарантирует, что их публикация не приведет к разглашению секретных или конфиденциальных сведений (включая государственную тайну). Подтверждением этого является Экспертное заключение (см. перечень документов в Правила для авторов).
  • Издатель обязуется опубликовать материалы в случае получения статьей положительного решения редколлегии о публикации на основании внешнего рецензирования (см. Политика рецензирования).
  • В случае публикации статьи на английском языке в журнале «Radioelectronics and Communications Systems» (Издатель: Аллертон Пресс, США, распространитель Springer) автору (соавторам) выплачивается гонорар после выхода последнего номера журнала года, в котором опубликована данная статья.
  • Документ Согласие на публикацию, который подают русскоязычные авторы при подаче статьи в редакцию, является краткой формой данного договора, в котором изложены все ключевые моменты настоящего договора и наличие которого подтверждает согласие автора (соавторов) с ним. Аналогичным документом для англоязычных авторов является Copyright Transfer Agreement (CTA), предоставляемый издательством Allerton Press.
  • Настоящий Договор вступает в силу в момент принятия статьи к публикации. Если материалы не принимаются к публикации или до публикации в журнале автор (авторы) отозвал работу, настоящий Договор не приобретает (теряет) силу.