Введение к работе
Актуальность работы. Решение задачи обработки все возрастающих потоков данных в таких областях применения вычислительной техники, как связь, телеметрия, метеорология, навигация и других, имеющих дело с большими объемами датіньїх, требует повышения производительности техшпеских средств обработки цифровой информации. Рост производительности обеспечивается путем увеличения, во-первых, функциональной сложности и, во-вторых', быстродействия отдельных компонент вычислительных систем.
Комплексное решение этих задач требует выполнения противоречивых требований. Это связано с тем, что на современном этапе развития электроники увеличение функциональной сложности устройств достигается повышением степени интеграции микросхем. Большое число логических вентилей на кристалле обусловливает высокую суммарную рассеиваемую мощность, поэтому одним из основных требований к элементной базе высокопроизводительных систем является невысокая рассеиваемая мощность. Обеспечение быстродействия при наличии ограничений на потребляемую мощность является (.южной задачей. Указанные противоречия наиболее эффективно решаются путем снижения работы переключения логических элементов (ЛЭ) при использовании активных приборов с высокими значеннями удельной крутизны. Этим требованиям отвечают GaAs полевые транзисторы. Известные в настоящее время реализации элементной базы на GaAs ПТ, однако, характеризуются , относительно высокими значениями работы переключения. Оптимальными с этой точки зрения являются элементы 'с непосредственными связями на ПТ (ИСПТ) и, в частности, на ГГТ с затвором Шоттки (ПТШ), характеризующиеся наиболее высокой технологичностью. Созданные на их основе СБИС содержат свыше 100000 вентилей /кристалл. Для обеспечения возможности разработки высокопроизводительных НС более высокой степени интеграции необходимо дальнейшее снижение работы переключения данной элементной базы.
Нолыная функциональная сложность интегральных радиоэлектронных устройств обусловливает необходимость повышения эффективности автоматизированного проектирования БИС и СБИС из-за высоких требований к качеству и времени проектирования. СБИС на основе НСПТ-элементов па GaAs ПТШ создаются, в о< ионном, в виде регулярных структур. Для реализации скоростных преимуществ заказных GaAs схем со степенью интеграции СБИС желательно применение подхода
с использованием проектирования полностью заказных СБИС. Такое проектирование с высокой степенью автоматизации возможно с применением методологии автоматизированного проектирования микротопологии заказных, СБИС, предусматривающей использование адаптированной с САПР элементной базы. В настоящее время разработок в этой области для GaAs НСПТ-элементов не существует. В связи с этим задача разработки и исследования сверхскоростных НСПТ-элементов на GaAs ПТШ_. предназначенных для использования в САПР заказных СБИС, является актуальной.
В настоящее время созданы и используются на практике методы анализа GaAs НС1 IT-(Лемешев, однако синтез этих элементов не проработан в достаточной мере. Названные обстоятельства обусловливают актуальность данной работы.
Цель работы. Целью данной диссертационной работы являются разработка и исследование сверхскоростных элементов на полевых транзисторах для интегральных радиоэлектронных устройств, применение полученных результатов для создания новых методик проектирования сверхскоростных элементов.
Задачи работы. Поставленная цель определяет следующие основные задачи: исследование влияния конструктивно-технологических параметров на основные характеристики сверхскоростных элементов с непосредственными связями (НСПТ) на GaAs полевых транзисторах;
разработка элементной базы па основе сверхскоростных элементов на ПТ, предназначенной ллл использования в САП!' заказных СБИС;
разработка физико-топологических миделей GaAs библиотечных сверхскоростных ПСПТ-элсмспгов и элементов с пониженным потреблением энергии;
на основании полученных результатов - разработка методик проектирования, алгоритмов синтеза и оптимизации новых библиотечных элементов на основе GaAs полевых транзисторов для заказных СБИС.
Научная пошита. Научная новизна диссертационной рабо і ы выражается в следующем:
- проведен теоретический анализ режимов работы сверхскоростных GaA>
элементов с пониженным потреблением анергии, а также исследованы связи
конструктивно-технологических и электрических параметров данных элементов п
обычных НСПТ-элементов, что позволило определить направления синтеза и
опшлпз.шин библиотечных сверхскоростных элементов, заказных СБИС на полевых транзисторах.
разработаны физико-топологические модели сверхскоростных НСПТ-злеметпев и элементов с таким энергопотреблением, на основании которых :-;ред/к;.;;е:і;і мзтедиктт синтеза и оптимизации библиотечных сверхскоростных гіеменкії СБИС па полевых транзисторах.
- разработаны методики проектирования, алгоритмы синтеза и оптимизации C-aAs элементов на нолевых транзисторах, обеспечивающие проектирование сверхскоростных элементов с высокой степенью автоматизации, включая полностью аніомаї нческое проектирование
Практическая ценность. Разработанные новые логические элементы, результаты их усследегаимй, методики ( и ;еза сверхскоростных логических алемен if.ii па полевых транзисторах, программы синтеза мнкротопо тої пи подтверждают практическую ценное гь диссертационной работы и могут быть использованы при разработке новых СБИС.
Апробация работы Основные результаты диссертационной рабоїьі
докладывались на ХХХІХ-ХХХХ1І научно- технических конференциях
ерофесг орско-преподзкне.тм'юто (оеіава, аспиранток и сотрудников ТР'І V (Таганрої, t!)'.V!-l;)''ro и ), па I ,'i lkepu< ( ніісьоіі научно технической конференции і международным участием "Актуальные проблемы твердотельной электроники и мпкроз іекгроппкп" (Таганрог, Днвноморское, 1991-1996 гг.), на Всероссийской научно-іехнігіескоіі конференции аспирантов п студен тон "Новые информационные технологии, информационное, программное и аппаратное обеспечение" (Таганрог, 1995 г.), Третьей Всероссийской научно тєхіііічсскоіі конференции аспирантов и студентов "Техническая кибернетика, радиоэлектроника и системы управления" (Таганрог, 1996 г.).
!1\бшк:щ!'И По томе и; следований опубликовано 8 печатных работ, получено положительное решение о выдаче патента РФ на изобретение, в ВИНИТИ зарегистрировано 3 отчета по НИР, выполненных при участии автора.
Структури и объем диссертации. Диссертант состоит из введения, четырех і.тлв. заключеппч, изложенных на 209 с машинописного текста и иллюстрируется 63 рису ін.'.'і.ч!!. Список литературы содержит 86 наименование.
Основные положения и резу лтаты, выносимые па защиту:
-
Фнзнко-тонологнческпе модели сверхскоростных НСПТ-элементов на GaAs полевых транзисторах и элементов с низким энергопотреблением.
-
Методики синтеза GaAs элементов на полевых транзисторах, обеспечивающие высокую степень автоматизации проектирования сверхскоростных элементов СБИС на нолевых транзисторах.
-
Новые конструкции сверхскоростных элементов на GaAs полевых Транзисторах, отличающиеся от аналогичных улучшенными временными t, энергетическими характеристиками, а также возможностью использования в адаптированной к САПР СВИС" элементной базе.
