چکیده
در این سمینار مشخصه های DG-SOI MOSFET در جهت بهینه سازی عملکرد این ترانزیستور مورد بررسی قرار گرفته است. برای بهینه سازی از روش تغییر ابعاد ترانزیستورها و کاهش ولتاژ تغذیه استفاده شده است. مزایا، نحوه بکارگیری در مدار و ساختارهای مختلف افزاره ماسفت دو گیتی سیلیکان بر روی عایق (DG-SOI MOSFET) مورد بررسی قرار گرفته است. ماسفت دو گیتی به عنوان افزاره مناسب، و ناحیه زیر آستانه به عنوان مناسب ترین ناحیه برای کاربردهای توان پایین معرفی شده اند. اثرات تغییر پارامترهای ساختاری بر روی مشخصات الکتریکی افزاره نانومتری DG-SOI MOSFET در ناحیه زیر آستانه، با استفاده از شبیه سازی در نرم افزار ISE-TCAD مورد بررسی قرار گرفته است. شبیه سازیهای انجام شده نشان می دهند که کاهش ضخامت بدنه منجر به کاهش ارتفاع سد پتانسیل و افزایش خازن موثر گیت (CG,eff) می شود، در صورتی که جریان حالت روشن افزاره (ION) کاهش می یابد؛ این امر ناشی از کاهش قابلیت حرکت الکترون ها در اثر کاهش ضخامت بدنه می باشد. با کاهش طول نواحی سورس و درین (LD,LS)، خازن های لبه ای (CFringe) کوچک می گردند و در نتیجه CG,eff کاهش می یابد، این در حالی است که مشصخه ولتاژ جریان و نیز ارتفاع سد پتانسیل تغییر چندانی نمی کنند. بررسی های انجام شده بر روی طول ناحیه ناهمپوشانی گیت (Lun) حاکی از آن است که افزایش Lun باعث کمتر شدن CG,eff و اثر کاهش سد پتانسیل القا شده توسط درین (DIBL)، و نیز افزایش نسبت جریان حالت روشن به حالت خاموش افزاره (ION/IOFF) می شود.
مقدمه
در دو دهه گذشته، فناوری CMOS به سرعت حوزه مدارهای مجتمع را در برگرفته و راهکارهایی ارزان و کارا عرضه نموده است. اگرچه افزاره دو قطبی سیلیکان هنوز کاربردهای مناسب خود را دارد ولی امروزه فقط فرایندهای CMOS به صورت یک انتخاب موفق برای مجتمع سازی سیستم های پیچیده سیگنال مرکب (دیجیتال – آنالوگ) درآمده است.
افزایش سرعت و کاهش توان مصرفی در مدارهای مجتمع CMOS همواره به عنوان یک هدف اصلی مورد توجه بوده است. در سالهای اخیر نیاز به طراحی افزاره های توان پایین به صورت قابل ملاحظه ای افزایش یافته است.
برای کاهش مصرف توان در مدارهای CMOS از روشهای مختلفی استفاده می شود که به عنوان مثال می توان به تغییر ساختار مدار، کاهش ولتاژ هزینه و تغییر ابعاد ترانزیستورها اشاره کرد. در این سمینار تغییر ابعاد ترانزیستور مورد بررسی و تحلیل قرار گرفته است.
ساختار فصول به این شرح است: در فصل اول اهمیت توان مصرفی، اجزای آن و راه های کاهش توان مصرفی بیان شده است. در فصل دوم، افزاره ماسفت دو گیتی سیلیکان بر روی عایق مورد بررسی قرار گرفته است. نشان داده شده است، این افزاره برای کاربردهای توان پایین مناسب می باشد. در فصل سوم، با استفاده از شبیه سازی کامپیوتری اطلاعات کمی مناسبی جهت بهینه سازی ابعاد افزاره برای کاربردهای توان پایین ارائه شده است.
فصل اول: کلیات
1-1) اهمیت توان مصرفی در مدارهای مجتمع
افزایش سرعت و کاهش توان مصرفی در مدارهای مجتمع CMOS همواره به عنوان یک هدف اصلی مورد توجه بوده است. در سالهای اخیر نیاز به طراحی افزاره های توان پایین به صورت قابل ملاحظه ای افزایش یافته است.
عوامل متعددی بر این افزایش چشمگیر تقاضا موثرند. یک دسته از این عوامل ناشی از رشد سریع کاربردهای پرتابل نظیر کامپیوترهای قابل حمل، تلفن های سلولی و دیگر وسایل مخابراتی قابل حمل می باشد. پرتابل بودن این سیستم ها ابعاد و وزن باتری ها را محدود می کند و محدودیت شدیدی بر مصرف توان افزاره ها می گذارد.
دسته دیگر، ناشی از رشد کاربردهای غیر پرتابل نظیر تجهیزات الکترونیکی پزشکی می باشد که بر پایه مدارهای مجتمع CMOS می باشند و مصرف توان به یک پارامتر بسیار مهم در این سیستم ها تبدیل گشته است.
شکل (1-1) تغییرات چگالی توان (توان بر واحد سطح) برحسب کاهش ابعاد ترانزیستورها را نشان می دهد. با پیشرفت تکنولوژی و کاهش ابعاد تراشه ها میزان چگالی توان تراشه ها به میزان قابل توجهی افزایش یافته است. بدین ترتیب، به منظور جلوگیری از صرف هزینه گزاف استفاده از خنک کننده بر روی تراشه ها، لزوم بکارگیری روش هایی برای کاهش توان مصرفی در مدارهای مجتمع CMOS مشخص می شود. همچنین با گرم شدن تراشه ها عمر دستگاه به شدت کاهش می یابد که می تواند باعث ایجاد مشکلات بعدی شود.
برای کاهش توان مصرفی در مدارهای CMOS از روشهای مختلفی استفاده می شود، به عنوان مثال می توان به تغییر ساختار مدار، کاهش ولتاژ تغذیه و تغییر ابعاد ترانزیستورها اشاره کرد. آشنایی با روش های کاهش توان مصرفی در مدارهای مجتمع CMOS مستلزم دانستن اجزای توان مصرفی در این مدارها می باشد.
تعداد صفحه : 57
سمینار ارشد برق بررسی مشخصه های الکتریکی DG-SOI MOSFETs
