Обобщенная структура методологии сквозного статистического анализа и оптимизации в силовой электронике

June 4, 2015 by admin Комментировать »

Блок-схема алгоритма реализации собственного комплексного подхода [106] к решению задачи статистического анализа в процессе сквозного проектирования изделий микроэлектроники от этапа проектирования технологического процесса до проектирования системы представлена на рис. 5.3. Выходные характеристики (результаты аппроксимации) каждого предыдущего этапа являются входными параметрами для последующего этапа проектирования.

Рис. 5.3. Алгоритм процедуры сквозного статистического проектирования

Входная информация для этапа проектирования технологии — технологические параметры (Р.) отдельных операций обработки полупроводниковых структур. К этим параметрам относятся, например, дозы и энергии имплантационного легирования структурных элементов формируемого прибора, длительность, температура и характеристики среды в процессе окисления, парциальные давления отдельных газовых компонент, длительность и температура термообработки, размер зерна в процессе формирования поликремниевого затвора МОП-транзистора и другие многочисленные характеристики технологического процесса формирования приборной структуры. Результаты этапа проектирования технологического маршрута формирования приборной структуры — профили распределения примесей, геометрические характеристики прибора, включая глубины залегания р-п-переходов, значения поверхностных сопротивлений.

SUPREM – типичный программный комплекс, предназначенный для моделирования технологии. В наших расчетах используется двухмерная программа SSuprem4, входящая в состав модуля ATHENA программного комплекса компании Silvaco.

Моделирование электрических характеристик прибора осуществляется на основе результатов проектирования технологии посредством использования модуля ATLAS программного комплекса компании Silvaco. Основа модуля ATLAS — стандартная программа моделирования прибора PISCES. Spice-параметры математической модели прибора являются аргументами D. этапа проектирования прибора, значения которых определяются выходными характеристиками предыдущего этапа проектирования технологии. Экстракция Spice-параметров в наших расчетах реализуется с использованием собственной оптимизационной методологии, изложенной в работе [107].

Следующий этап процесса сквозного проектирования, моделирование схемы, осуществляется (в случае аналоговой схемы) посредством использования стандартной программы Spice, которая является ядром всех современных комплексов схемотехнического проектирования, таких как Cadence, Synopsys, MentorGraphics. Влияние флуктуаций входных параметров С. (Spice-параметров приборов), диапазон разброса которых определен на предыдущем этапе проектирования прибора, исследуется в процессе проведения статистического анализа в цикле Монте-Карло (МС-анализ) или статистического анализа по наихудшему случаю (Worst-Case- анализ). В наших расчетах эти виды анализа осуществляются с использованием программного комплекса компании Cadence.

Последний этап процедуры сквозного процесса проектирования — исследование выходных характеристик системы и их разброса, обусловленного флуктуациями характеристик схемы. Задание параметров для моделирования/проектирования системы, в том числе исходных данных для проведения статистического анализа, осуществляется с использованием аппаратного языка описания VHDL-AMS.

Очевидно, что описанный подход последовательного преобразования статистической информации от этапа проектирования технологии до этапа проектирования системы может дать адекватные результаты лишь при условии обеспечения достаточной точности моделирования характеристик проектируемого объекта от элементной базы до системы в целом. В обычном подходе, когда статистический и оптимизационный анализы проводятся отдельно для каждого этапа сквозного проектирования, без строгого учета взаимосвязи этих видов анализа между отдельными этапами проектирования, невозможно не только проанализировать разброс характеристик поведения системы, но и вывести ограничения на разброс параметров технологии изданных по разбросу характеристик прибора/схемы/системы. В нашем подходе, как показано, обсуждаемые задачи решаются посредством комплексного использования как стандартных программных средств проектирования в микроэлектронике, так и собственных программных средств для полиномиальной аппроксимации результатов компьютерных и натурных экспериментов, основанных на RSM методологии, а также для статистического анализа и оптимизации параметров.

При создании программного обеспечения для организации сквозного процесса статистического моделирования технологии/прибора/схемы/системы с использованием современных программных комплексов проектирования в микроэлектронике (таких как Mentor Graphics, Cadence Synopsys и Silvaco) необходимо учесть следующие основные требования:

—                      обеспечение кросс-платформенности, необходимой для удобства использования и совместимости с различными версиями программного обеспечения;

—                      удобный графический интерфейс, идентично представляющийся под разными платформами;

—                      возможность интеграции с другими программными комплексами.

Кроме того, необходимо обеспечить следующие возможности:

—                      реализовать блоки планирования экспериментов, аппроксимации и оптимизации в цикле Монте-Карло как с использованием встроенных в программные комплексы проектирования технологии/прибора/схемы/системы возможностей, так и с применением собственных методик и алгоритмов;

—                      разработать модули импорта/экспорта файлов с целью программных средств для организации статистического проектирования в программных комплексах «сквозного» проектирования интегральных микросхем компании Silvaco [108-109];

—                      реализовать в программном обеспечении математические алгоритмы на объектно-ориентированном кросс-платформенном языке программирования Python, а также математических библиотек типа Scipy и Numpy, имеющих максимально оптимизированный программный код и низкое время расчетов;

—                      реализовать пользовательский интерфейс с помощью графической библиотеки wxWidgets.

Таким образом, программное обеспечение разрабатывается с использованием языка программирования Python [109] и библиотеки построения графического интерфейса wxWidgets [111]. Для удобства дальнейшей доработки и расширения возможностей программа организована по модульному принципу, где каждый модуль логически не зависит от других, входящих в ее состав, модулей.

Источник: Белоус А.И., Ефименко С.А., Турцевич А.С., Полупроводниковая силовая электроника, Москва: Техносфера, 2013. – 216 с. + 12 с. цв. вкл.

Оставить комментарий

микросхемы мощности Устройство импульсов питания пример приемника провода витков генератора выходе напряжение напряжения нагрузки радоэлектроника работы сигнал сигнала сигналов управления сопротивление усилитель усилителя усиления устройства схема теория транзистора транзисторов частоты