CC BY
99
УДК 621.3.049.77
Микроэлектроника
АВТОМАТИЗИРОВАННЫЙ АНАЛИЗ ИНТЕГРАЛЬНЫХ НАНОЭЛЕКТРОННЫХ КОМБИНАЦИОННЫХ ЦИФРОВЫХ УСТРОЙСТВ А.И. Мушта, Ю.С. Балашов, В.Н. Кострова, М.В. Хорошайлова
В технологическом базисе GPDK 090 разработана методика дистанционного режима исследования на КМОП-транзисторном уровне интегральных комбинационных цифровых устройств с наноразмерными параметрами каналов
Ключевые слова: технологический базис, нанопроектные нормы, КМОП-транзисторы, САПР Cadence Virtuoso, интегральные устройства
Постановка задачи. Конструктивнотехнологический базис КМОП-приборов является основой мирового полупроводникового производства [1, 2]. Задача перехода в технологический базис с нано-проектными нормами является актуальной для наноэлектроники. Для построения и эффективного моделирования наноэлектронных цифровых устройств на комплементарных МОП транзисторах в технологическом базисе с нано-проектными нормами необходимо разработать логические элементы с наноразмерными параметрами каналов КМОПТ. При этом параметры каналов логических элементов должны допускать вариацию в пределах их физической реализуемости в нано-технологии. Разработанные таким образом логические элементы применить в наноэлектронных цифровых устройствах, реализуемых в наноразмерном технологическом базисе.
Реализация задачи осуществлялась в технологии 90 нанометров (GPDK090), в САПР CADENCE VIRTUOSO на основании лицензии [3].
Информационные технологии создания логических элементов на транзисторном уровне требуют рассмотрения, так как базовые логические элементы на КМОПТ с наноразмерными параметрами каналов в библиотеках САПР отсутствуют. Указанные технологии обозначены в [4] и включают в себя: использование САПР Virtuoso 6.1.3; выбор технологической библиотеки; ввод электрической схемы проекта, создание библиотечного элемента. Для реализации последнего необходимо выполнить следующие действия: задать топологические нормы параметрам каналов КМОП-транзисторов; собрать схему типового КМОП базового логического элемента с требуемым количеством входов; добавить пины входа (in) и выхода (out); разработать символьное описание схемы путём создания нового параметра в ячейке с базовым логическим элеменом; создать рисунок разрабатываемого логического эле-
Мушта Александр Иванович - ВГТУ, канд. техн. наук, доцент, тел. 8-919-185-68-30
Балашов Юрий Степанович - ВГТУ, д-р физ.-мат. наук, профессор, тел. 8-909-213-77-47
Кострова Вера Николаевна - ВИВТ, ВГТУ, д-р техн. наук, профессор, тел. (473) 220-56-16
Хорошайлова Марина Владимировна - ВГТУ, магистрант, тел. 8-920-415-15-65
мента; сохранить полученный логический элемент. После этого созданный логический элемент является типовым элементом библиотеки. Разработанные базовые логические элементы являются основой для реализции наноэлектронных цифровых устройств. Поэтому следующим этапом обсуждаемой методики является проведение моделирования логических элементов на КМОПТ с наноразмерными топологическими нормами. Это предполагает проведение анализа (тип анализа tran) и получение временных диаграмм работы логических элементов.
Автоматизированный анализ интегральных наноэлектронных цифровых устройств проводился на лицензионном математическом обеспечении. При этом доступны как непосредственное использование нано- технологического базиса, так и дистанционный режим его реализации. с требуемыми топологическими нормами КМОПТ. Дистанционный режим включает [4] в себя: наличие ключа доступа на сервер; установку программного продукта NX Client; настройку подключения; аутентификацию по ключу путём его импортирования; и завершения сеанса.
В наноразмерном технологическом базисе разработан ряд логических элементов, которые необходимы для построения дешифраторов, шифраторов, демультиплексоров, мултиплексоров, сумматоров (вычитателей), в частности, НЕ, 2ИЛИ, 2ИЛИ-НЕ, 2И, 2И-НЕ, 3И, 3И-НЕ, 3ИЛИ, 3ИЛИ-НЕ, 4ИЛИ, 4ИЛИ-НЕ. Ниже приводятся некоторые из них, а также результаты их моделирования.
Рис. 1. Базовый логический элемент 2ИЛИ на КМОПТ в технологии GPDK090
Рис. 2. Символьное представление 2ИЛИ в нанотехнологическом базисе
Временные диаграммы логического элемента 2ИЛИ на КМОП-транзисторах в технологии 0РБК090
Рис. 3. Временные диаграммы БЛЭ 2ИЛИ на КМОПТ в нанотехнологии 0РБК090
Рис. 4. Базовый логический элемент 2И на КМОПТ в технологии 0РБК090
Рис. 5. Символьное представление 2И в нанотехнологическом базисе
Рис. 7. Базовый логический элемент 3ИЛИ-НЕ на КМОПТ в технологии 0РБК090
Рис. 8. Символьное представление 3ИЛИ-НЕ в нанотехнологическом базисе
Рис. 9. Временные диаграммы БЛЭ 3ИЛИ-НЕ на КМОПТ в нанотехнологии 0РБК090
Рис.10. Базовый логический элемент «Исключающее ИЛИ» на КМОП транзисторном уровне в нанотехнологии с проектными нормами 90 нм
Рис. 11. Символьное представление элемента «Исключающее ИЛИ»
Рис. 6. Временные диаграммы БЛЭ 2И на КМОПТ в нанотехнологии 0РБК090
Рис. 12. Временные диаграммы логического элемента «Исключающее ИЛИ» на КМОПТ в нанотехнологии 0РБК090
Рис. 13. Полный дешифратор 2х4 на элементах НЕ, 2И на КМОП транзисторном уровне в нанотехнологии с проектными нормами 90 нм
Рис. 14 Временные диаграммы полного дешифратора 2х4 на БЛЭ 2И, реализованных на КМОПТ в наноразмерном технологическом базисе
Рис. 15. Шифратор 4x2 на элементах НЕ, 2И, 2ИЛИ на КМОП транзисторном уровне в нанотехнологии с проектными нормами 90 нм
Рис. 16. Временные диаграммы шифратора 4х2 на БЛЭ 2И, 2ИЛИ, реализованных на КМОПТ в наноразмерном технологическом базисе
Рис. 17. Демультиплексор 1^4 на БЛЭ НЕ, 3И на КМОП транзисторном уровне в нанотехнологии с проектными нормами 90 нм
5.51иі | 7 5571 рV
Рис. 18. Временные диаграммы демультиплексора 1^4, на БЛЭ 3И, реализованных на КМОПТ в наноразмерном технологическом базисе
Характер временных диаграмм и таблиц истинности функционирования всех разработанных логических элементов и комбинационных наноэлек-тронных цифровых устройств на КМОП-транзисторном уровне в наноразмерном технологическом базисе свидетельствует о правильности проведённых разработок.
При проведении моделирования использованы значения параметров, приведённые в таблицах 1, 2.
Рис. 19. Мультиплексор 4^1 на БЛЭ НЕ, 3И-НЕ, 4И-НЕ на КМОП транзисторном уровне в нанотехнологии с проектными нормами 90 нм
Рис. 20. Временные диаграммы мультиплексора 4^1 на БЛЭ НЕ, 3И, 4И, реализованных на КМОПТ в
наноразмерном технологическом базисе
Т аблица 1
Параметры генераторов логических элементов, дешифратора, демультиплексора________________
Логический элемент, устройство Гене] раторы 1, 2, 3 генератор 1 генератор 2 генератор 3
Выходное напряжение, В Время фрон та, нс Вре мя спа- да, нс Ширина им-пульса, мкс Период следо- вания им- пульса, мкс Время задерж держ-ки, мкс Период следо- вания им- пульса, мкс Время задерж держ-ки, мкс Период следования импульса, мкс Вре- мя за- держ ки, мкс
2ИЛИ 1 0,001 0,00 1 2 4 2 4 3 - -
2И 1 0,001 0,00 1 2 1 1 2 2 - -
3ИЛИ-НЕ 1 0,001 0,00 1 3 4 1 6 3 3 4
Исключающее ИЛИ 1 0,001 0,00 1 3 3 2 5 3 - -
Полный дешифратор 2х4 1 0,001 0,00 1 4 4 4 5 5
Демульти- плексор 1^4 1 0,001 0,00 1 2 2 2 3 5 Постонно подается лог. « 1»
Таблица 2
Устрой ство Генераторы 1, 2,3,4 генератор 1 генератор 2 генератор 3 генератор 4
Вы- ходное напря- жение, В Вре мя фро нта, нс Вре мя спа да, нс Ши- рина им- пуль- са, мкс Пери- од следо- вания им- пуль- са, мкс Вре- мя за- держ ки, мкс Пери- од следо- вания им- пуль- са, мкс Вре- мя за- держ ки, мкс Пери- од следо- вания им- пуль- са, мкс Вре- мя за- держ ки, мкс Пери- од следо- вания им- пуль- са, мкс Вре мя за- дер жки, мкс
Шифратор 2х4 1 0,00 1 0,0 01 4 25 5 40 20 40 20 35 15
Муль- типлек- сор 4^1 1 0,00 1 0,0 01 5 13 В 10 6 6 3 9 3
Заключение
* Впервые в технологическом базисе ОРБК 090 разработан комплекс базовых логических элементов с произвольными (в пределах физической реализуемости) размерами топологических норм транзисторов и методика дистанционного режима исследования на КМОП-транзисторном уровне интегральных наноэлектронных комбинационных цифровых устройств с наноразмер-ными параметрами каналов.
* Показана реализация наноэлектронных комбинационных цифровых устройств (дешифраторов, шифраторов, демультиплексоров, мультиплексоров) в наноразмерном технологическом базисе.
Литература
1. Красников Г.Я. Конструктивно-технологические особенности субмикронных МОП-транзис-торов. В 2-х частях, часть 1: -М. Техносфера. 2002, 413 с.
2. Красников Г.Я. Конструктивно-технологи-ческие особенности субмикронных МОП-транзис-торов. В 2-х частях, часть 2: -М. Техносфера. 2004, 535 с.
3. University software license and maintenance ar-geement. Argeement №: USLMA / VST / 1210. Date of ar-geement: December 8, 2010.
4. Борисов, В. И. Методика разработки в САПР CADENCE базовых логических элементов на КМОП-транзисторном уровне с наноразмерными параметрами каналов [Текст] / В. И. Борисов, А. В. Волкова, А. И. Мушта // Вестник Воронежского государственного технического университета. - 2012. - Т. 8. - № 8. - С. 155162.
5. Новожилов О.П. Основы цифровой техни-ки. Учебное пособие. -М.: РадиоСофт, 2004, 526 с.
Воронежский государственный технический университет
AUTOMATED ANALYSIS OF INTEGRATED NANOELECTRONIC THE COMBINATIONAL DIGITAL DEVICES A.I. Mushta, Y.S. Balashov, V.N. Kostrova, М.V. Khorosaylova
The technological basis of the technique GPDK 090 remote mode research in CMOS transistor level integrated combination of digital devices with nanoscale channel parameters
Key words: technological basis nanoproektnye rules, CMOS transistors, CAD Cadence Virtuoso, integrated device
