Регистрация / Вход
Прислать материал

14.579.21.0072

Аннотация скачать
Постер скачать
Общие сведения
Номер
14.579.21.0072
Тематическое направление
Информационно-телекоммуникационные системы
Исполнитель проекта
Акционерное общество "Научно-исследовательский институт молекулярной электроники"
Название доклада
Разработка библиотеки радиационно-стойких СВЧ сложно-функциональных блоков на основе 0,18 мкм КНИ КМОП технологии для создания беспроводных приемопередающих устройств
Докладчик
Атамась Дмитрий Александрович
Тезисы доклада
Цели и задачи исследования
Исследование и разработка научных/научно-технических и технологических решений, направленных на создание библиотеки радиационно-стойких СВЧ СФБ на основе отечественной 0,18 мкм КНИ КМОП технологии для создания беспроводных ППУ;
Изготовление и исследование экспериментальных образцов;
Предварительная оценка радиационной стойкости СВЧ СФБ;
Разработка методик по проектированию и моделированию радиационно-стойких СВЧ СФБ.
Актуальность и новизна исследования
Разрабатываемая библиотека радиационно-стойких СВЧ СФБ предназначена для проектирования интегральных сложно-функциональных схем, применяемых в условиях воздействия ионизирующих излучений естественного и искусственного происхождения. Она позволит создать широкую номенклатуру радиочастотных и СВЧ микросхем и обеспечит возможность импортозамещения элементной базы специального назначения.
Преимуществом новой библиотеки радиационно-стойких СВЧ СФБ будет являться то, что она будет основана на существующем Российском производстве. Внедрение библиотеки произойдет без удорожания технологического процесса и без технического перевооружения действующего производства, что в конечном итоге даст большие экономические выгоды при разработке, освоении и производстве потребительских изделий специального назначения.
Описание исследования

В результате теоретических исследований была выбрана КНИ технология, которая ввиду отсутствия катастрофических отказов типа защелкивания и наличия в стандартных библиотеках базовых элементов транзисторов A- и H-типа, является более предпочтительной.

Приведённые в работе технологические методики в основном разрабатывались для технологий с микронными проектными нормами однако используя проведённую в работе теорию масштабирования можно перенести полученные теоретические разработки на субмикронные и наноразмерные технологии.

В работе были проведены исследования по экстракции spice-параметров модели bsimsoi4 и пассивных элементов в составе эквивалентной схемы для RF моделирования. Были применены методики экстракции spice-параметров моделей к разработанным тестовым элементам. Поскольку для характеризации тестовых элементов в ВЧ диапазоне используются специфические тестовые структуры с матрицами многопальцевых транзисторов, особенностями данной задачи являлась адаптация методик экстракции параметров одиночного элемента на подобные матричные структуры. Разработана spice-модель для моделирования таких структур. Проведены измерения и моделирование тестовых структур по постоянному току с применением мультиплицирования исходных моделей одиночных элементов. Проведено моделирование S-параметров до 30 ГГц тестовых структур. Результаты моделирования ВЧ характеристик хорошо согласуются с характеристиками, представленными в Рекомендациях по RF моделированию модели BSIMSOI4.

На основе методики проектирования радиационно-стойких СВЧ СФБ разработаны такие сложно-функциональные блоки, как понижающий смеситель, синтезатор частоты, малошумящий усилитель, делитель частоты высокочастотного сигнала, умножитель частоты, симметрирующие трансформаторы, переключатели сигналов SPDT. Разработка СВЧ СФБ осуществлена на основе существующей 0,18 мкм КНИ КМОП технологии ОАО «НИИМЭ и Микрон». Данная технология позволяет производить транзисторы с минимальной длиной канала 0,18 мкм с граничной частотой более 30 ГГц. Этого достаточно для производства СВЧ интегральных схем с рабочими частотами до 3-5 ГГц.

Результаты исследования

Результаты работы показали, что для создания библиотеки радиационно-стойких СВЧ элементов и СВЧ сложно-функциональных блоков возможно применение технологии кремний-на-изоляторе. GaAs и SiGe технологии, являясь сами по себе радиационно-стойкими, не позволяют разрабатывать на одном кристалле цифровую и аналоговую часть, т.к. цифровая часть, выполненная по одной из этих технологий на биполярных транзисторах, будет не энергоэффективна. Если же использовать SiGe БиКМОП технологию, то СВЧ блоки не будут стойкими к ионизирующему излучению из-за КМОП части. К тому же GaAs и КНС технологии являются более дорогими по сравнению с КНИ КМОП.

КНИ КМОП технология позволяет получать высокодобротные пассивные элементы, необходимые при разработке высокочастотных аналоговых устройств, позволяет уменьшить паразитные емкости, за счет высокой изоляции позволяет снизить токи утечки, что в итоге приводит к увеличению быстродействия и снижению энергопотребления. Использование высокопроизводительных схем, выполненных по КНИ технологии, позволяет реализовывать сложные аналого-цифровые схемы на одном кристалле в сантиметровом диапазоне частот.

Проведены экспериментальные исследования ЭО радиационно-стойких СВЧ СФБ, изготовленных на основе 0,18 мкм КНИ КМОП технологии;

Проведены исследования по экстракции физико-математических моделей активных и пассивных элементов КНИ КМОП на основе измерений параметров экспериментальных образцов СФ-блоков;

Получены результаты исследований ЭО радиационно-стойких СВЧ СФБ.

Применяемые в работе решения превосходят аналогичные принципы разработки ЭО радиационно-стойких СВЧ СФБ.

Характеристики, изготовленных тестовых образцов, полностью удовлетворяют требованиям технического задания.

Изготовленные экспериментальные образцы соответствуют используемым в мировой практике принципам построения аналогичных радиационно-стойких устройств.

Практическая значимость исследования
Внедрение указанной технологии откроет отечественным предприятиям и дизайн-центрам выход на рынок проектирования, измерений и испытаний сложно-функциональных изделий, устойчивых к воздействию ионизирующих излучений, сэкономить значительное количество материальных и временных ресурсов, существенно расширить возможности разработчиков РЭА.
Результаты ПНИ будут востребованы при разработке современной СВЧ ЭКБ для различной РЭА аэрокосмического, ядерного, научного, промышленного, и другого специального назначения для эксплуатации в условиях повышенного фона ионизирующих излучений. Потребителями новой библиотеки на основе 0,18-мкм КНИ КМОП станут предприятия Минпромторга России, Минобрнауки России, госкорпораций «Росатом» и «Российские технологии», Федерального космического агентства, в том числе предприятия, специализирующиеся на разработке и производстве РЭА с требованиями радиационной стойкости: ФГУП «ВНИИА», ОАО «Корпорация «Комета», ОАО «Ижевский радиозавод», ФГУП ГНПРКЦ «ЦСКБ-Прогресс» и др.