Субмикронные интегральные схемы: элементная база и проектирование. Рындин Е.А - 23 стр.

UptoLike

ВУЗ: 

ТТИ ЮФУ | Таганрог

Составители: 

Рубрика: 

45
Основными недостатками интегральных логических элементов на основе
комплементарных нормально закрытых ПТШ являются низкая термостабильность и
узкий диапазон рабочих температур, обусловленные, в основном, температурными
зависимостями пороговых напряжений ПТШ и контактной разности потенциалов
управляющих переходов Шоттки [31, 41].
Максимальной рабочей температурой ЛЭ на основе комплементарных ПТШ
можно считать температуру, при которой пороговое напряжение хотя бы одного из
транзисторов снижается до нуля, а минимальной – температуру, при которой сумма
модулей пороговых напряжений комплементарной пары равна напряжению пита-
ния. Следует отметить, что при длинах каналов менее 150 - 200 нм снижение поро-
говых напряжений при повышении температуры, как правило, приводит выходные
характеристики ПТШ к триодному виду, что снижает крутизну передаточных харак-
теристиках ЛЭ и дополнительно снижает максимальную рабочую температуру.
Для устранения указанных недостатков, повышения быстродействия и сни-
жения энергии переключения КПТШ-элементов (см. рис. 20) разработан метод низ-
ковольтного термозависимого питания [41, 42]. В рамках данного метода напряже-
ние питания ЛЭ изменяется пропорционально температурному изменению контакт-
ной разности потенциалов управляющих переходов Шоттки. Это позволяет, с одной
стороны, уменьшить входные токи и входные емкости нормально закрытых ПТШ за
счет снижения максимального прямого смещения на управляющих переходах
Шоттки с повышением рабочей температуры, а с другой стороны – обеспечить пен-
тодные выходные характеристики ПТШ в широком диапазоне температур. Резуль-
таты моделирования ЛЭ (температурные зависимости напряжения питания U
ПИТ
,
мощности Р, энергии переключения Рt и времени задержки t
З
ЛЭ) на основе кремния
(Si) и карбида кремния (SiC, политип 4Н), полученные для проектной нормы 200 нм
при длинах каналов 150 нм, приведены на рис. 27, 28 [41, 42].
а б
46
Рис. 27. Температурные зависимости параметров ЛЭ на основе Si
а б
Рис. 28. Температурные зависимости параметров ЛЭ на основе 4Н-SiС
Данные результаты показывают, что реализация обратной зависимости на-
пряжения питания U
ПИТ
от температуры Т позволяет при повышении рабочей тем-
пературы (в рассматриваемых случаях от 27
о
С до 100
о
С для Si и от 27
о
С до 200
о
С
для SiC) примерно на порядок сократить время задержки ЛЭ при 30-кратном
уменьшении средней мощности Р (до 10
-8
– 10
-9
Вт) и 500-кратном снижении энер-
гии переключения Pt (до 10
-19
Дж или до 10
-4
мкВт/ГГц/ЛЭ при максимальных час-
тотах переключения ЛЭ более 2 - 5 ГГц). По сравнению с характеристиками, полу-
ченными при фиксированных напряжениях питания для температур, близких к мак-
симальной, время задержки сократилось примерно в 10 раз (рис. 29, см. рис. 27,б),
мощность – в 10
2
раз (рис. 30, см. рис. 27,а), энергия переключения – в 10
3
раз (рис.
31, см. рис. 27,б). При этом диапазон рабочих температур расширился примерно в 2
раза (см. рис. 27, 29-31).

Страницы