автореферат диссертации по электронике, 05.27.01, диссертация на тему:Разработка и исследование быстродействующих наноструктур СБИС с управляемой передислокацией максимума амплитуды волновых функций носителей заряда

На правах рукописи

РЫНДИН Евгений Адальбертович

РАЗРАБОТКА И ИССЛЕДОВАНИЕ БЫСТРОДЕЙСТВУЮЩИХ НАНОСТРУКТУР СБИС С УПРАВЛЯЕМОЙ ПЕРЕДИСЛОКАЦИЕЙ МАКСИМУМА АМПЛИТУДЫ ВОЛНОВЫХ ФУНКЦИЙ НОСИТЕЛЕЙ

ЗАРЯДА

Специальность 05 27 01 - твердотельная электроника, радиоэлектронные

компоненты, микро- и наноэлектроника, приборы на квантовых эффектах

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук

□□ЗОБг

Таганрог - 2007

003061357

Работа выполнена на кафедре конструирования электронных средств Технологического института ФГОУ ВПО «Южный федеральный университет» в г. Таганроге и в отделе физической и органической химии Южного научного центра Российской академии наук

Научный консультант

доктор технических наук, профессор Коноплев Борис Георгиевич

Официальные оппоненты

доктор технических наук, профессор Орликовский Александр Александрович доктор физико-математических наук, профессор Абрамов Игорь Иванович доктор физико-математических наук, профессор Малышев Владимир Александрович

Ведущая организация

ФГУП Ростовский-на-Дону НИИ радиосвязи (г. Ростов-на-Дону)

Защита диссертации состоится «25» октября 2007 г в 14 ч 20 мин на заседании диссертационного совета Д212 208 23 при Технологическом институте Южного федерального университета по адресу 347922, г Таганрог Ростовской области, ул Шевченко, 2, Е-306

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Таганрогского Технологического института Южного федерального университета

Автореферат разослан «_»_2007 г

Ученый секретарь диссертационного совета доктор технических наук, профессор

Н Н Чернов

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы

Одним из основных направлений развития интегральной электроники является создание более быстродействующих интегральных структур с низкой энергией переключения Основополагающим для данного направления является принцип микроминиатюризации, нашедший свое отражение в законе Мура

Несмотря на значительный прогресс в совершенствовании кремниевых КМОП-элементов, интегральных логических элементов на основе GaAs полевых транзисторов с управляющими переходами Шоттки (ПТШ) и селективно легированных гетеропереходных транзисторов с высокой подвижностью электронов (НЕМТ), являющихся основой элементной базы современных сверхбольших интегральных схем (СБИС), переход характеристических размеров интегральных структур в область менее 100 нм обострил сложный комплекс проблем, связанных с короткоканальными эффектами, увеличением токов утечки и плотности мощности СБИС и др

Вследствие этого, проблема увеличения быстродействия и снижения энергии переключения интегральных элементов СБИС не может быть решена исключительно масштабированием в соответствии с неуклонно возрастающими возможностями микро- и нанотехнологии.

Альтернативным подходом является поиск новых методов построения интегральных элементов, обладающих достоинствами кремниевых КМОП-структур, интегральных элементов на основе GaAs ПТШ и НЕМТ, и в то же время позволяющих преодолеть основные ограничения, свойственные данным видам элементной базы, при переходе к характеристическим размерам нанометрового масштаба

Диссертационная работа посвящена решению актуальной проблемы увеличения быстродействия, снижения энергопотребления и повышения степени интеграции СБИС путем проведения исследований в области создания быстродействующих наноразмерных структур СБИС с управляемой передислокацией максимума амплитуды волновых функций носителей заряда в связанных квантовых областях с взаимодополняющими типами проводимости на основе построения квантово-механических моделей и использования численных методов моделирования

Состояние вопроса

В начале нового столетия определяющими для элементной базы стали характеристические размеры нанометрового диапазона (100-Юнм). Промышленные нормы современных микропроцессоров фирмы Intel составляют 90 - 65 нм Согласно прогнозам ведущих специалистов Intel, к 2009 году будет осуществлен переход к промышленным проектным нормам 30 нм и менее, что позволит получить эффективную длину канала транзистора 15 нм и при размерах кристаллов сверхбольших интегральных схем (СБИС) до 40 х 40 мм размещать на них 109 и более элементов

Уменьшение характеристических размеров элементов СБИС позволяет соответствующим образом повысить их быстродействие и снизить энергию переключения Согласно прогнозам, время задержки интегральных КМОП-элементов уменьшится к 2009 г до значений 0,6 - 0,8 пс, а энергия переключения - до 10"18 Дж

Следует отметить, что столь резкое уменьшение характеристических размеров и повышение быстродействия интегральных структур требует значительных финансовых вложений, направленных на научные исследования и переоснащение технологического оборудования, и в целом не является результатом обычного масштабирования, что стимулируют поиск новых принципов построения наноразмерной элементной базы, которая, согласно прогнозам, займет лидирующие позиции уже в ближайшие годы

В основу данных прогнозов положены научно-технические достижения последних лет, связанные, в частности, с исследованиями наноструктур, имеющих характеристические размеры менее 10 нм и благодаря этому открывающих принципиальные возможности практического использования для повышения характеристик элементной базы наноэлектроники квантовых эффектов Практическая реализация подобных структур связана с необходимостью решения целого комплекса сложных научно-технических проблем В особенности это касается таких, безусловно перспективных, направлений развития наноразмерной элементной базы, как одноэлектроника, спинтроника, квантовые клеточные автоматы и квантовый компьютинг, реализация которых на сегодняшний день представляется возможной лишь в перспективе, поскольку, в частности, связана с использованием сверхнизких рабочих температур, недоступных вне лабораторных условий

Поэтому в настоящее время особое внимание уделяется направлениям развития наноразмерной .элементной базы, базирующимся на использовании гетеропереходов и сверхрешеток В рамках данных направлений успешно реализованы и используются в промышленных масштабах такие быстродействующие полупроводниковые структуры, как НЕМТ (High Electron Mobility Transistors), резонансно-туннельные диоды и транзисторы с резонансным туннелированием, транзисторы с модуляцией скорости (подвижности) носителей (Velocity Modulation Transistors - VMT) и др

Анализ принципов построения и различных конструктивно-технологических вариантов реализации перечисленных структур позволяет сделать вывод о том, что реализованные на данном этапе параметры гетеропереходных транзисторов не являются предельными

Таким образом, актуальна разработка новых методов построения наноразмерной элементной базы СБИС на основе слоистых гетероструктур, конструкций, моделей, методик моделирования и технологических маршрутов изготовления интегральных элементов, ориентированных на современный уровень развития полупроводниковой микро- и нанотехнологии, с целью дальнейшего увеличения быстродействия, снижения энергопотребления и Повышения степени интеграции ИС

Цель работы

Целью диссертационной работы является разработка методов построения, моделей, методик моделирования и проектирования интегральных элементов СБИС на основе полупроводниковых наноразмерных гетероструктур с управляемой передислокацией максимума амплитуды волновых функций носителей заряда с целью решения проблемы увеличения быстродействия, снижения энергопотребления и повышения степени интеграции СБИС

Для достижения поставленной цели в работе решались следующие основные задачи

- разработка методов построения быстродействующих интегральных логических элементов и аналоговых коммутаторов на основе управляемой передислокации максимума амплитуды волновых функций носителей заряда в связанных квантовых областях с взаимодополняющими типами проводимости;

- разработка моделей, методик и программных средств численного моделирования предложенных интегральных элементов на основе туннелыго-связанных гетероструктур с взаимодополняющими типами проводимости;

- разработка конструкций и библиотек интегральных логических элементов и элементов памяти на основе управляемой передислокации максимума волновой функции носителей заряда в связанных квантовых областях с взаимодополняющими типами проводимости;

- разработка методик проектирования интегральных наноразмерных элементов на основе туннельно-связанных гетероструктур с взаимодополняющими типами проводимости и быстродействующих СБИС на их основе

Научная новизна:

- разработаны методы построения быстродействующих интегральных логических элементов на основе управляемой передислокации максимума амплитуды волновых функций носителей заряда в туннельно-связанных и совмещенных квантовых областях с взаимодополняющими типами проводимости;

- разработаны методы построения быстродействующих интегральных аналоговых коммутаторов на основе управляемой передислокации максимума амплитуды волновых функций носителей заряда в туннельно-связанных и объединенных квантовых областях с взаимодополняющими типами проводимости,

- разработан метод анализа интегральных элементов с управляемой передислокацией максимума амплитуды волновых функций носителей заряда в связанных квантовых областях на основе совместного численного

решения уравнений Шредингера и Пуассона, включая методику уточнения положения уровня Ферми,

- разработан метод повышения быстродействия и расширения диапазона рабочих температур интегральных логических элементов на наноразмерных комплементарных полевых транзисторах Шоттки, основанный на температурной зависимости напряжения питания

Практическая значимость:

- на основе предложенных методов построения наноразмерной элементной базы СБИС с управляемой передислокацией максимума амплитуды волновых функций носителей заряда разработаны и защищены патентами Российской Федерации конструкции интегральных логических элементов и аналоговых коммутаторов на основе связанных квантовых областей с взаимодополняющими типами проводимости, обеспечивающих по сравнению с аналогами уменьшение времени задержки до 0,5-0,1 пс, снижение энергии переключения до 1 аДж, а также сокращение площади, занимаемой элементами на кристалле, в 2 - 6 раз,

- на основе предложенного метода анализа, основанного на совместном численном решеййЗк; уравнений Шредингера и Пуассона для зоны проводимости и валентной зоны, разработаны программные средства численного моделирования интегральных элементов с управляемой передислокацией максимума амплитуды волновых функций носителей заряда в связанных квантовых областях с взаимодополняющими типами проводимости,

- на основе анализа полученных результатов численного моделирования разработана методика проектирования быстродействующих логических элементов СБИС с управляемой передислокацией максимума волновой функции носителей заряда в совмещенных комплементарных наноструктурах на основе сверхрешеток второго типа,

- разработаны технологические маршруты изготовления интегральных логических элементов и коммутаторов на основе туннельно-связанных квантовых областей с взаимодополняющими типами проводимости;

- с использованием разработанного совместно с ООО «Научно-образовательный центр ФИАН и МИЭТ (ТУ) «Квантовые приборы и нанотехнологии» (г Москва) технологического маршрута изготовлены экспериментальные образцы интегральных логических элементов и элементов памяти на основе туннельно-связанных квантовых областей с взаимодополняющими типами проводимости,

- разработаны библиотеки параметризуемых субмикронных КМОП-элементов и наноразмерных логических элементов и элементов памяти на основе управляемой передислокации максимума волновых функций носителей заряда в связанных квантовых областях с взаимодополняющими типами проводимости;

- разработаны методика и программа автоматического проектирования устройств статической оперативной памяти на основе параметризуемых библиотек интегральных элементов, а также проекты блоков статических ОЗУ Выработаны рекомендации по проектированию быстродействующих СБИС наноэлектроники

Внедрение и практическое использование результатов работы Результаты диссертационной работы использованы в научных исследованиях и разработках Южного научного центра РАН (г. Ростов-на-Дону), Научно-образовательного центра «Нанотехнологии» Южного федерального университета (г Таганрог), ГУ НПК «Технологический центр» МИЭТ (ТУ) (г Москва), ОАО НКБ ВС (г. Таганрог), ООО «Научно-образовательный центр ФИАН и МИЭТ (ТУ) «Квантовые приборы и нанотехнологии» (г. Москва), использованы в НИР, выполненных по заданиям Министерства образования и науки РФ, РАСУ РФ (г Москва), а также внедрены в учебный процесс подготовки студентов Технологического института ФГОУ ВПО «Южный федеральный университет» в г. Таганроге.

Апробаиия результатов работы

Основные результаты работы обсуждались и были одобрены на следующих научных конференциях

- International Conferences "Micro- and nanoelectromcs" (Moskow - Zvenigorod, 2003,2005);

- 5th International Conference on ASIC (ASICON-2003) (Beijing, China, 2003), 1-st IEEE International Conference on Circuit and Systems for Communication (S -Petersburg, 2002),

- International Congress of Nanotechnology (San Francisco, 2005),

- IV International Seminar on Silicon Carbide and Related Materials (Novgorod the Great, Russia, 2002);

- VII международной конференции «Опто-, наноэлектроника, нанотехнологии и микросистемы» -Ульяновск УлГУ, 2005,

- III, IV и V международных научно-технических конференциях «Электроника и информатика» (Москва, 2000,2002,2005),

- VI-X международных научно-технических конференциях «Актуальные проблемы твердотельной электроники и микроэлектроники» (Дивноморское, 1999,2000,2002, 2004,2006),

- V международной научной конференции «Химия твердого тела и современные микро- и нанотехнологии». - Кисловодск-Ставрополь' СевКавГТУ, 2005;

- I и II Всероссийских научно-технических дистанционных конференциях «Электроника» (г. Москва, 2001,2003);

»

- И Всероссийской научно-технической конференции «Компьютерные технологии в науке, проектировании и производстве» (г Нижний Новгород, 2000)

Основные положения и результаты. выносимые на защиту:

- методы построения и конструкции быстродействующих интегральных логических элементов и аналоговых коммутаторов на основе управляемой передислокации максимума амплитуды волновых функций носителей заряда в туннельно-связанных квантовых областях с взаимодополняющими типами проводимости,

- метод анализа интегральных элементов с управляемой передислокацией максимума амплитуды волновых функций носителей заряда в связанных квантовых областях на основе совместного численного решения уравнений Шредингера и Пуассона для зоны проводимости и валентной зоны, включая методику уточнения положения уровня Ферми,

- метод повышения быстродействия и расширения диапазона рабочих температур интегральных логических элементов на наноразмерных комплементарных полевых транзисторах Шотгки, основанный на температурной зависимости напряжения питания

- методика проектирования быстродействующих логических элементов СБИС с управляемой передислокацией максимума волновой функции носителей заряда в совмещенных комплементарных наноструктурах на основе сверхрешеток второго типа,

- методика автоматического проектирования устройств статической оперативной памяти на основе Параметризуемых библиотек интегральных элементов

Публикации

По теме исследований опубликована 61 печатная работа, в том числе монография, 22 научные статьи, из которых 15 статей в изданиях, рекомендованных ВАК РФ, получены 12 патентов РФ, свидетельство о регистрации программы для ЭВМ

Структура и объем работы

Диссертация состоит из введения, шести глав с выводами и заключения, а также списка литературы и приложений Работа изложена на 386 страницах машинописного текста и содержит список литературы на 13 страницах, 273 рисунка, 9 таблиц

КРАТКОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность темы, сформулированы цель и задачи исследования, определены методы исследования, выделены научная новизна, основные защищаемые положения, приведены другие общие характеристики работы

В первой главе проведены анализ и систематизация методов повышения быстродействия и снижения энергии переключения интегральных элементов СБИС.

Основу элементной базы современных СБИС составляют кремниевые КМОП-элементы Однако переход характеристических размеров КМОП-структур в область менее 100 нм обострил сложный комплекс проблем, которые принято называть короткоканальными эффектами. Проведен анализ мер, направленных на преодоление короткоканальных эффектов в КМОП-элементах Показано, что, несмотря на предпринимаемые усилия, существует ряд проблем, особенно остро проявляющих себя на уровне кристаллов современных СБИС. Это стимулирует поиск новых методов построения наноразмерных интегральных элементов, обладающих достоинствами кремниевых КМОП-структур и в то же время лишенных их основных недостатков при переходе к характеристическим размерам нанометрового масштаба

Вторая глава посвящена разработке и исследованию быстродействующих интегральных элементов на основе управляемой передислокации максимума амплитуды волновых функций электронов в туннельно-связанных квантовых областях.

Проведен анализ принципов построения транзисторов с модуляцией скорости электронов (Velosity Modulation Transistors - VMT) и принципов построения интегральных логических элементов с управляемой передислокацией максимума амплитуды волновых функций электронов в туннельно-связанных квантовых ямах Разработаны конструктивно-технологические варианты реализации логических элементов на основе туннельно-связанных наноструктур (ТСН) с электронной проводимостью с управлением по одному затвору и с парафазным управлением Отмечено, что необходимым условием преодоления ограничения по быстродействию, связанного с временем пролета электронами каналов структур, и достижения субпикосекундных задержек переключения элементов, является требование неизменного суммарного числа электронов в каналах в процессе туннельной передислокации.

С учетом особенностей разработанных элементов, предложена методика двухэтапного численного моделирования, предполагающая на первом этапе решение фундаментальной системы уравнений полупроводника на двухмерных координатных сетках с целью оценочного расчета характеристик элементов с учетом двухмерных эффектов, и, в случае получения положительных результатов, на втором этапе - уточнение параметров элементов с учетом квантовых эффектов в рамках совместного численного решения уравнений Шредингера и Пуассона Оговорены границы применимости данной методики

На основе анализа результатов численного моделирования логических элементов с различными параметрами квантовых областей показано, что субпикосекундное время задержки логических элементов на основе туннельно-связанных квантовых областей с электронной проводимостью не может быть достигнуто ни для элементов с одним управляющим затвором, ни для элементов с парафазным управлением вследствие значительного (на порядки величины) изменения суммарного числа электронов в квантовых ямах (каналах) в различных логических состояниях. Максимальное быстродействие логических элементов на основе ТСН только с электронной проводимостью в значительной степени ограничено временем пролета электронами каналов.

Проведенный анализ вольт-амперных характеристик (ВАХ) каналов инвертора показал, что построение логических элементов на основе ТСН только с электронной проводимостью приводит к недопустимо малому перепаду выходного напряжения логического элемента (в рассмотренных примерах не более 26 % от напряжения питания)

В третьей главе, с учетом выявленных-проблем реализации логических элементов на основе ТСН и-типа, с целью обеспечения высокой помехоустойчивости и постоянного суммарного числа носителей заряда в системе туннельно-связанных квантовых ям, позволяющего преодолеть ограничение по быстродействию, связанное с временем пролета носителями каналов, разработаны методы построения, конструкции и технологические маршруты изготовления интегральных логических элементов на основе туннельно-связанных квантовых областей с взаимодополняющими типами проводимости, структура и эквивалентные схемы которых представлены на рис. 1,2

Туннельно-связанная наноструктура определенного типа проводимости представляет собой две квантовые ямы, характеризующиеся равной шириной, глубиной и подвижностью носителей, разделенные между собой туннельно-прозрачным гетеробарьером Квантовые ямы имеют раздельные омические контакты для регистрации состояния квантовой системы и парафазное управление передислокацией максимума волновых функций посредством затвора Шотгки и управляющего р-п-перехода Туннельно-связанные наноструктуры с электронной и дырочной проводимостью каналов изолированы друг от друга полуизолирующей подложкой и областями аморфизации эпитаксиальных слоев бором. Соединения между различными ТСН в логическом элементе выполняются металлизацией

а б

Рис 1. Структура комплементарных ТСН. а - с электронной проводимостью, б - с дырочной проводимостью

"и

о—

ш

тГ

■и" "Ь-|-(+1

1 г г

а б в

Рис 2 Эквивалентные схемы логических элементов на основе комплементарных ТСН а - инвертор, б - элемент 2И-НЕ/2ИЛИ-НЕ, в - ячейка памяти (туннельно-связанные квантовые ямы условно показаны в виде транзисторов соответствующего типа проводимости, соединенных пунктирными линиями)

Разработан метод анализа интегральных элементов на основе туннельно-связанных квантовых областей с взаимодополняющими типами проводимости, основанный на численном решении нестационарного уравнения Шредингера для зоны проводимости и валентной зоны.

— 1Й

дЧ д1

2

1 дЧ

т'

(1)

!*(х) дх

где х-координата, <- время, /)- нестационарная волновая функция электрона, и - потенциальная энергия, т* - эффективная масса носителя заряда в соответствующей зоне, I - мнимая единица; Й - постоянная Планка.

Энергетический спектр и волновые функции ТСН в начальный момент времени определялись из совместного решения уравнений Пуассона и Шредингера в рамках метода огибающих волновых функций.

2 дх

1 дуг, т*п (д) дх

1 dVy

v p

+ {VH{x)-e(p{x))]/r=Erij/r,

cbc\ dx

-o-^lWh,

p(x) =

mp(x)kT jtf

1+exd • ---

■Ski

r

In

1 + exp

kT

(E7-EF

kT

(3)

(4)

(5)

(6)

где ц/г - волновая функция на резонансном уровне с порядковым номером у, Ег- энергия резонансного уровня, (fix) - электростатический потенциал, п(х), р(х) - концентрации электронов и дьфок, N(x) - эффективная концентрация примесей, Vh(x), Vfi(x) - гетероструктурный потенциал в области зоны проводимости и валентной зоны, £>- уровень Ферми, к - постоянная Больцмана, Т- абсолютная температура; т„*, тр' - эффективные массы электронов и дырок; е - диэлектрическая проницаемость полупроводника, е - элементарный заряд

Одной из ключевых проблем. при решении подобных задач является определение положения уровня Ферми при приложении к структуре разности потенциалов В рамках предложенного метода разработана методика уточнения положения уровня Ферми на каждой итерации процесса решения в соответствии с выражениями (7), (8)

А? А*«_, (7)

0,5(<т„+сгв+1)£

Дх,

)

<*а=ПаМпа+РаМра> (8)

где а, Е,- индексы узлов координатной сетки, Ьхашаги координатной сетки, Ера - уровень Ферми в точке координатной сетки Ха, иа - удельная проводимость в точке координатной сетки Ха, па- концентрация электронов в точке координатной сетки хт ра- концентрация дырок в точке координатной сетки х^ /Аю, Ц,а— подвижности электронов и дырок в точке координатной сетки х^ Д<р- разность потенциалов, приложенная к структуре

Анализ полученных результатов моделирования показал, что построение интегральных логических элементов на основе комплементарных туннельно-связанных наноструктур обеспечивает по сравнению с элементами на основе ТСН только с электронной проводимостью увеличение логического перепада практически до напряжения питания, снижение энергопотребления в стационарных состояниях (до 2-10'9 Вт на один логический элемент) и высокую относительную помехоустойчивость, достигающую (26 - 30) % Использование в

ТСН гетеропереходов А1огОао,1АзЮа8ЬолА$0^ вместо А^Оаа ^АйЮаАз позволяет получить более глубокие квантовые ямы в области валентной зоны, чем в области зоны проводимости, в значительной степени скомпенсировать уменьшение тока каналов с дырочной проводимостью, обусловленное низкой подвижностью дырок, увеличением концентрации дырок в квантовых ямах и достичь практически идентичных ВАХ каналов с взаимодополняющими типами проводимости при равной ширине каналов, что, в свою очередь, обеспечивает многократное уменьшение площади, занимаемой логическими элементами на кристалле, уменьшение паразитных емкостей и токов утечки, а также высокую помехоустойчивость.

Получены зависимости времени управляемой туннельной передислокации максимума амплитуды волновых функций электронов и дырок, слоевых концентраций носителей заряда, мощности, обусловленной сквозным током, помехоустойчивости элементов от параметров каналов и квантовых ям, ширины и степени легирования барьерных областей управляющих переходов и др

Зависимости вероятности нахождения электрона в туннельно-связанных квантовых областях от времени, полученные по результатам численного решения нестационарного уравнения Шредингера, приведены на рис. 3

Рис 3 Зависимости вероятности w(f) нахождения электрона в квантовых ямах ТСН от времени (X - начальный момент фронта входного напряжения длительностью 0,025 пс) а - ширина туннельного гетеробарьера WT= 5 нм;

б - Wr=2 нм

Показано, что в рассматриваемых интегральных элементах на основе комплементарных ТСН требование неизменного суммарного числа носителей в квантовых ямах, необходимое для достижения быстродействия, не ограниченного временем пролета носителями каналов, в динамике, то есть при изменении знака парафазного управляющего напряжения без изменения его модуля, выполняется, что создает условия для достижения субпикосекундного времени задержки логических элементов (0,15 - 0,18 пс)

Согласно полученным результатам моделирования, важным фактором, определяющим высокую вероятность бездиссипативной передислокации максимума волновой функции носителей заряда при ступенчатом изменении управляющего напряжения на величину полного логического перепада, является достаточно большое число разрешенных энергетических уровней в туннельно-связэнных квантовых ямах, обусловленное достаточной шириной квантовых областей (10-20 нм)

Представлены сведения об изготовлении экспериментальных образцов интегральных логических элементов и элементов памяти на основе туннельно-связанных наноструктур с взаимодополняющими типами проводимости Экспериментальные образцы изготовлены с использованием технологического маршрута, разработанного совместно с ООО НОЦ «Квантовые приборы и нанотехнологии» ФИАН и МИЭТ(ТУ) (г Москва), на технологическом оборудовании данного Центра.

Четвертая глава посвящена разработке и исследованию быстродействующих аналоговых коммутаторов на основе управляемой передислокации максимума амплитуды волновых функций носителей заряда в связанных квантовых областях.

Разработаны конструкции интегральных коммутаторов на основе туннельно-связанных квантовых областей с взаимодополняющими типами проводимости Исследован вопрос / о возможности построения быстродействующих коммутаторов на основе функционально интегрированных (объединенных) квантовых областей, в которых разделительный туннельный барьер отсутствует

Структура и эквивалентная схема четырехконтакгного коммутатора с объединенными комплементарными квантовыми областями приведены на рис 4, 5 В соответствии с результатами моделирования, представленными на рис. 6,7, разработанный коммутатор благодаря вертикальной и функциональной интеграции обеспечивает коммутацию произвольной пары из четырех контактов с минимальными задержками в диапазоне 0,09 - 0,13 пс.

Показано, что, несмотря на отсутствие туннельного барьера, отношение токов в соединенных и разъединенных контактных группах при определенных параметрах структур достигает 10 и более

Рассмотрены перспективы использования предложенных методов построения для создания многоконтактных квантовых .коммутаторов, характеризующихся субпикосекундными задержками переключения и малой занимаемой на кристалле СБИС площадью

Рис 4 Сечения наноструктур четырехконтактного двунаправленного коммутатора с объединенными квантовыми областями а - с электронной проводимостью, б - с дырочной проводимостью

б„( в ¡,2 в„г

Рис. 5 Эквивалентная схема интегрального коммутатора с объединенными квантовыми областями

Рис 6 Зависимость времени задержки коммутатора от ширины объединенной

квантовой области

Рис. 7. Рельеф дна зоны проводимости Ее и распределение концентрации электронов п(х, у) в коммутаторе с объединенной квантовой областью с электронной проводимостью для характерных управляющих комбинаций

У, ни

у. ни

б

у. ни

Например, использование в наноструктурах с электронным и дырочным типами проводимости дополнительных управляющих затворов, позволяет коммутировать попарно (или по четыре) группу из восьми контактов. При этой две комплементарные объединенные квантовые области будут выполнять функции в о с ь м игран а истор но й схемы, что обеспечит по сравнению с аналогами

на отдельных транзисторах уменьшение занимаемой на кристалле площади примерно в 5 — 6 раз за счет трехмерной функциональной интеграции.

Наноструктура «-типа с дополнительными управляющими электродами схематически показана на рис. 8. Наноструктура /?-типа выглядит аналогично.

Рис. 8. Наноструктура с электронной проводимостью для восьми контактно го интегрального квантового коммутатора

В пятой главе отмечено, что одним из основных недостатков интегральных логических элементов на основе туннельно-связанных квантовых областей с взаимодополняющими типами проводимости является парафазное управление, требующее двукратного увеличения числа каналов для реализации логических функций по сравнению с КМОП-логикой, что усугубляется пространственным разделением комплементарных ТСН на кристалле. С целью решения данной проблемы разработаны методы построения, конструкции и технологический маршрут изготовления

интегральных логических

элементов на основе совмещенных комплементарных наноструктур (СКН), предполагающих

функциональную интеграцию туннельно-связанных квантовых областей с электронной и дырочной проводимостью в сверхрешетках второго типа с использованием гетеропереходов ОаБЬуА ^ !-уЛпгСа ¡.¡Л «/ОаБЬу4я ,_у (рис. 9),

Рис. 9. Структура пары инверторов с парафазным управлением на основе

Показано, что использование совмещенных комплементарных наноструктур обеспечивает трехкратное уменьшение площади, занимаемой на кристалле, по сравнению с функциональными аналогами на основе комплементарных ТСН с пространственным разделением структур с различными типами проводимости

Отдельные результаты моделирования, полученные на основе совместного численного решения уравнений Шредингера и Пуассона, приведены на рис. 1013.

цГ

Ь '

I ( "' 1

----- --- !—

—^

40 Ю «0 100 120 140 Х.ПГП

Рис 10 Зонные диаграммы СКН при разности потенциалов на управляющих переходах +0,5 В (а) и -0,5 В (б) (штриховые линии - энергетический потенциал, штрихпунктирные линии - уровень Ферми)

Л 1 —

«

..... ...... .....^ ...... ......

гС

20 40 Ю М 100 120 140

х. пт

г-

V г

1 1 I

А-

60 во 100 120 140 Х.ПГП

Рис. 11 Распределения концентрации электронов (сплошные линии) и дырок (пунктирные линии) в СКН при разности потенциалов на управляющих переходах +0,5 В (а) и -0,5 В (б)

а б

Рис 12 Зависимости вероятности нахождения электрона ■*>„ (а) и дырки и'р (б) от времени {в квантовых ямах СКН при изменении разности потенциалов на управляющих переходах на 0,5 В в момент ^ = 0 (сплошные линии - первые квантовые ямы в зоне проводимости и валентной зоне, штриховые линии -вторые квантовые ямы в зоне проводимости и валентной зоне)

Рис. 13 Зависимости времени управляемой туннельной передислокации максимума амплитуды волновых функций электронов (квадраты) и дырок (треугольники) от ширины квантовых областей СКН

Проведен анализ зависимостей времени туннельной передислокации от ширины квантовых областей, высоты туннельных барьеров СКН, ширины и степени легирования барьерных областей управляющих переходов Показано, что время управляемой туннельной передислокации максимума амплитуды волновых функций носителей заряда в совмещенных комплементарных наноструктурах составляет 0,25 - 0,5 пс при изменении ширины квантовых областей в пределах 5 - 10 нм

В шестой главе на основе полученных результатов моделирования разработана методика проектирования наноразмерных элементов СБИС на основе управляемой туннельной передислокации максимума волновых функций электронов и дырок в совмещенных комплементарных наноструктурах

Для оценки эффективности разработанной методики представлен пример проектирования инвертора на основе совмещенной комплементарной наноструктуры с конструктивно-технологическими ограничениями 22 нм На основании полученных модельных оценок показано, что при длине каналов СКН 22 нм и напряжении питания (0,5 ± 0,05) В в диапазоне рабочих температур Т 5 100°С возможно обеспечение времени задержки инвертора менее 2,5 пс (с учетом паразитных емкостей СКН), энергии переключения 1 аДж, логического перепада не менее 0,35 В

Разработана и реализована в виде программного продукта методика автоматического проектирования блоков асинхронных статических оперативных запоминающих устройств (СОЗУ), обеспечивающая возможность использования библиотек элементов, разработанных для различных технологий, но с учетом сформулированных в данной работе принципов.

Разработанная методика предусматривает оптимизацию проектируемого СОЗУ по быстродействию с использованием параметризуемых библиотечных элементов Кроме того, при значительной информационной емкости длина разрядных шин в секции СОЗУ может ограничить время выборки Если, в соответствии с исходными данными, требуется сократить время выборки, методика и ее программная реализация предполагают автоматическое разбиение СОЗУ на секции и формирование дополнительного дешифратора секций

Оценка эффективности разработанной методики выполнена на основе анализа результатов проектирования и схемотехнического моделирования блоков СОЗУ.

Разработаны методы построения и технологические маршруты изготовления трехмерных интегральных логических элементов и элементов памяти на вертикальных комплементарных ПТШ (КПТШ). На рис 14 приведены топология, структура и электрическая схема восьмитранзисторной ячейки СОЗУ, разработанной в рамках данного подхода Элемент реализован на основе двух полупроводниковых «столбиков», каждый из которых содержит по две комплементарных пары полевых транзисторов, и двух металлических столбиков, содержащих межслойные переходы, соединяющие области транзисторов в соответствии с электрической схемой На данной схеме транзисторы VT1, VT4, VT5, VT8 образуют триггер, а на транзисторах VT2, VT3, VT6, VT7 построены проходные ключи, обеспечивающие выборку ячейки по шинам ШВ0 и ШВ1 Благодаря вертикальной интеграции площадь предложенной ячейки в единицах минимального топологического размера X составляет 25Х2

На сайте компании Intel приводятся сведения о шеститранзисторной ячейке статического ОЗУ рекордно малой площади (1 мкм2), реализованной фирмой Intel по КМОП-технологии с проектными нормами 90 нм Полагая X = 90 нм, получим площадь разработанной восьмитранзисторной ячейки памяти на основе КПТШ, равной 0,2 мкм2, что в 5 раз меньше площади КМОП-аналога при равных проектных нормах и большем числе транзисторов. Плотность статической памяти, реализованной на основе таких ячеек, при современных нормах (90 - 65) нм составит (5-10) Мбит/мм2.

РШ1

Рис 14 Топология, структура (а) и электрическая схема (б) ячейки статической памяти на комплементарных вертикальных ПТШ (1,2- полупроводниковые столбики, 3,4 — металлические столбики)

Разработанные методы построения и технологические маршруты изготовления СБИС на основе трехмерных КПТШ-элеменгов предусматривают 9 уровней металлических соединений, предполагают формирование шин питания и нулевого потенциала на внешних гранях кристалла по всей их площади, что позволяет сократить общее число литографий (до 14-16), повысить плотность размещения элементов на кристалле за счет освобождения дополнительной площади под трассировку сигнальных линий связи, устранить проблемы, связанные с неравномерностью распределения токов по данным шинам Кроме того, создаются более выгодные условия для обеспечения кондуктивного отвода

тепла от кристалла СБИС за счет двухстороннего соединения кристалла с теплоотводящими поверхностями

На основе анализа полученных результатов численного моделирования трехмерных КПТШ-элементов разработан метод термозависимого питания, предполагающий изменение напряжения питания обратно пропорционально рабочей температуре кристалла Показано, что использование данного метода для кремниевых КПТШ-элементов, позволяет расширить диапазон рабочих температур с (10 - 50) °С до (-23 - 104) °С, то есть более чем в 3 раза и увеличить быстродействие элементов на (7-55)% Энергия переключения при этом составляет примерно 2 аДж во всем температурном диапазоне

В приложениях приводятся краткие описания библиотек разработанных параметризуемых интегральных элементов СБИС, технологических маршрутов их изготовления, программной реализации методики автоматического проектирования блоков асинхронных СОЗУ, технологического маршрута изготовления экспериментальных образцов интегральных логических элементов и элементов памяти на основе туннельно-связанных квантовых областей с взаимодополняющими типами проводимости

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ

- разработаны методы построения быстродействующих интегральных логических элементов на основе управляемой передислокации максимума амплитуды волновых функций носителей заряда в туннельно-связанных и совмещенных квантовых областях с взаимодополняющими типами проводимости,

- разработаны методы построения быстродействующих аналоговых коммутаторов на основе управляемой передислокации максимума амплитуды волновых функций носителей заряда в туннельно-связанных и объединенных квантовых областях с взаимодополняющими типами проводимости,

- разработан метод анализа интегральных элементов с управляемой передислокацией максимума амплитуды волновых функций носителей заряда в связанных квантовых областях на основе совместного численного решения уравнений Шредингера и Пуассона для зоны проводимости и валентной зоны, включая методику уточнения положения уровня Ферми,

- разработан метод повышения быстродействия и расширения диапазона рабочих температур интегральных логических элементов на наноразмерных комплементарных полевых транзисторах Шоттки, основанный на температурной зависимости напряжения питания,

- разработаны конструкции интегральных логических элементов и аналоговых коммутаторов на основе связанных квантовых областей с взаимодополняющими типами проводимости, обеспечивающих по сравнению с аналогами уменьшение времени задержки до 0,5-0,1 пс,

снижение энергии переключения до 1 аДж, а также сокращение площади, занимаемой элементами на кристалле, в 2 - 6 раз,

на основе предложенного метода анализа, основанного на совместном численном решении уравнений Шредингера и Пуассона для зоны проводимости и валентной зоны, разработаны программные средства численного моделирования интегральных логических элементов и аналоговых коммутаторов с управляемой передислокацией максимума амплитуды волновых функций носителей заряда в связанных квантовых областях с взаимодополняющими типами проводимости, разработана методика проектирования быстродействующих логических элементов СБИС с управляемой передислокацией максимума волновой функции носителей заряда в совмещенных комплементарных наноструктурах на основе сверхрешеток второго типа, разработаны технологические маршруты изготовления интегральных логических элементов и коммутаторов на основе туннельно-связанных квантовых областей с взаимодополняющими типами проводимости, изготовлены экспериментальные образцы интегральных логических элементов и элементов памяти на основе туннельно-связанных квантовых областей с взаимодополняющими типами проводимости; разработаны библиотеки параметризуемых субмикронных КМОП-элементов и наноразмерных логических элементов и элементов памяти на основе управляемой передислокации максимума волновых функций носителей заряда в связанных квантовых областях с взаимодополняющими типами проводимости,

разработаны методика и программа автоматического проектирования устройств статической оперативной памяти на основе параметризуемых библиотек интегральных элементов, а также проекты блоков статических ОЗУ Выработаны рекомендации по проектированию быстродействующих СБИС наноэлектроники

Публикации по диссертации

Монография

Рындин Е А , Коноплев Б Г. Субмикронные интегральные схемы

элементная база и проектирование - Таганрог. Изд-во ТРТУ, 2001 147 с

24

2

3

4

5

б

7

8

9

10

11

12

13

14

15

16

Статьи в изданиях, рекомендованных ВАК РФ Коноплев Б.Г., Рындин Е А. Оценка эффективности использования элементов с "гибкой цоколевкой" выводов для проектирования заказных СБИС // Известия вузов. Электроника. N5,1997. с.57 - 62. Коноплев Б Г, Рындин Е А Метод определения перегрева кристаллов СБИС на основе элементов с "гибкой цоколевкой" // Известия вузов Электроника. N6, 1997 с 69 - 74

Рындин Е.А. Сравнительный анализ методов структурного резервирования микросистем // Известия вузов. Электроника N5, 1999. с.75 - 80. Коноплев Б Г., Рындин Е.А., Ивченко В.Г Исследование способов реализации СБИС на основе ПЛИС, БМК и в виде заказных микросхем // Известия вузов. Электроника - 2000 -№ 1 - С 81-87. Рындин Е.А. Сверхбыстродействующие элементы СБИС на основе полевых транзисторов Шоттки со статической индукцией // Проектирование и технология электронных средств, №2,2001. С. 44 - 48 Рындин Е А Метод повышения характеристик СБИС на основе комплементарных ПТШ // Известия ТРТУ, № 1,2001 С 93 - 95. Рындин Е.А. Субмикронные комплементарные фототранзисторы со статической индукцией // Известия ТРТУ, N1,2002. С.139 -140. Коноплев Б.Г., Рындин Е.А Библиотека элементов для автоматического проектирования блоков статических запоминающих устройств // Известия вузов. Электроника N2,2003 с.91 -92

Коноплев Б Г, Рындин Е А, Ковалев А В Генератор топологии статических ОЗУ // Известия ТРТУ, N1,2003 С 113 - 114. Коноплев Б Г, Рындин Е А, Кравченко И В Моделирование распределения температуры в конвективном микроакселерометре // Микросистемная техника, №11,2004. С. 22 - 26

Коноплев Б.Г., Рындин Е А, Кравченко И.В Численное моделирование транзистора с размерным квантованием энергии // Известия ТРТУ, N8, 2004 С 119-122.

Рындин Е А Интегральный транзистор на основе эффекта размерного квантования энергии // Известия ТРТУ, N1,2004 С. 120 - 121 Коноплев Б Г, Рындин Е А Функционально интегрированные логические элементы с размерным квантованием энергии // Известия ТРТУ. - 2005 -№9.- С. 121-122

Коноплев Б Г, Рындин Е А. Интегральные логические элементы на основе туннельно-связанных наноструктур // Известия вузов Электроника, № 3, 2006. С 18-26.

Рындин Е А Интегральные комплементарные элементы с управляемой передислокацией максимума волновой функции носителей заряда в квантовых областях // Проектирование и технология электронных средств, №3,2006. С 56-65.

17

18

19

20

21

22

23

24

25

26

27

28

29

Публикации в других изданиях Коноплев Б Г., Рындин Е А Элементная база нанокомпьютеров на основе связанных квантовых областей // Вестник Южного научного центра РАН, Том 1,№ 3,2005. С 22-28.

Рындин Е А Сверхбыстродействующие электронные коммутаторы на основе управляемой передислокации максимума волновой функции носителей заряда // Вестник Южного научного центра РАН, Том 2, № 2, 2006 С 8-16

Konoplev B.G , Ryndin Е А, Kovalev А V. An Embedded Static RAM Generator Based on a Parameterized Library // Proceedmgs of the 5th International Conference on ASIC (ASICON-2003). Beijing, China 2003 PP.486-489

Konoplev В G , Ryndin E A Static-Induction Transistor for Very-High-Speed ICs // Proceedmgs of the 1st IEEE International Conference on Circuits and Systems for Communications St.Peterburg, Russia 2002. PP 404 - 407. Коноплев Б Г, Рындин Е А Наноразмерные логические и коммутирующие элементы на основе управляемой передислокации максимума волновой функции носителей заряда // Сборник трудов международной научной конференции «Фундаментальные основы инженерных наук». - Москва, 2006 Т. 1.С 261-270 Рындин Е А Моделирование элементов СБИС на основе транзисторов Шоттки со статической индукцией // Перспективные информационные технологии и интеллектуальные системы, N3(7), 2001. С 31-39 Рындин Е А, Куликова И В. Алгоритм физико-топологического моделирования ПТШ //Известия ТРТУ, №3(17), 2000 С.150-154 Рындин Е А Методика определения токов при физико-топологическом моделировании элементов на грубых координатных сетках // Известия ТРТУ, №2,1999 С.143 - 144

Коноплев Б Г., Рындин Е.А Аналитическая модель короткоканального МДП-транзистора с учетом баллистического пролета носителей // Известия ТРТУ, № 1,2000 С 135.

Konoplev В G , Ryndin Е A SiC static-induction transistor // Abstracts of IV International Seminar on Silicon Carbide and Related Materials. Novgorod the Great Russia 2002. P 91 - 92

Konoplev В G , Ryndin E A. Static-mduction transistor for VLSI logic elements // Abstracts of International Conference "Micro- and nanoelectronics -2003" Moskow - Zvenigorod, Russia, 2003 01-11. Ryndin E A A transistor based on space quantization effect // Abstracts of International Conference "Micro- and nanoelectronics - 2003" Moscow -Zvenigorod, Russia, 2003. 01-12

Konoplev В G, Ryndin E A. Integrated logic elements based on tunneling connected quantum wells // Abstracts of International Conference "Micro- and nanoelectronics - 2005" Moskow - Zvenigorod, Russia, 2005.01-21

30 Коноплев Б Г, Рындин Е А. Исследование характеристик СБИС на основе ПТШ с термозависимым источником питания // Труды Третьей международной научно-технической конференции "Электроника и информатика XXI век" -Москва, 2000. - С 232,233

31 Коноплев Б.Г, Рындин Е А. Методика интегрирования токов во внешних выводах элементов на грубых координатных сетках // Труды Пятой Всероссийской научно-технической конференции с международным участием "Актуальные проблемы твердотельной электроники и микроэлектроники" (ПЭМ-98). Дивноморское, 1998. С.119

32 Рындин Е А. Метод электрического моделирования логических элементов СБИС // Труды Четвертой Всероссийской научно-технической конференции с международным участием "Актуальные проблемы твердотельной электроники и микроэлектроники" (ПЭМ-97) - Дивноморское, 1997. С. 99

33 Рындин Е А Модель субмикронной МДП-структуры с учетом баллистического пролета носителей// Тезисы докладов Второй Всероссийской НТК "Компьютерные технологии в науке, проектировании и производстве" Ч 8 Нижний Новгород- НГТУ, 2000. С 29.

34 Коноплев Б Г, Рындин Е А Полевые транзисторы с токами, ограниченными пространственным зарядом // Труды Седьмой международной научно-технической конференции "Актуальные проблемы твердотельной электроники и микроэлектроники" (ПЭМ-2000) Дивноморское, 2000 Ч 2 с 72

35 Рындин Е А. Интегральные оптоэлементы на основе фототранзисторов со статической индукцией // Всероссийская научно-техническая дистанционная конференция "Электроника".М.'МИЭТ, 2001 300 с URL:http //econf allvuz.ru

36 Рындин Е А, Куликова И.В Интегральные оптоэлементы СБИС экстремальной электроники // Труды Восьмой международной научно-технической конференции "Актуальные проблемы твердотельной электроники и микроэлектроники" (ПЭМ-2002) Дивноморское, 2002.4.2. С 11 - 14

37 Рындин Е А Сверхбыстродействующие фототранзисторы для СБИС экстремальной электроники // Труды Четвертой международной научно-технической конференции "Электроника и информатика 2002". Москва, 2002.4 2 С 271-272

38 Рындин Е А Полевой транзистор с размерным квантованием энергии // Вторая Всероссийская научно-техническая дистанционная конференция "Электроника" М МИЭТ, 2003. С. 78 - 79

39 Рындин Е.А. Квантовые транзисторы на основе GaAs/AlGaAs // Труды Девятой международной научно-технической конференции "Актуальные проблемы твердотельной электроники и микроэлектроники" (ПЭМ-2004) Дивноморское, 2004 41 С. 6 - 9

40 Коноплев Б Г, Рындин Е А Интегральные логические элементы на основе туннельного эффекта // Труды VII международной конференции «Опто-, наноэлектроника, нанотехнологии и микросистемы» - Ульяновск- УлГУ, 2005 -С 82

41 Коноплев Б.Г., Рындин Е А Логические элементы на основе туннельно-связанных квантовых областей // Труды V международной научной конференции «Химия твердого тела и современные микро- и нанотехнологии» - Кисловодск-Ставрополь- СевКавГТУ, 2005. - С. 233 -235

42 Коноплев Б Г, Рындин Е А Логические элементы на основе комплементарных туннельно-связанных квантовых областей II Труды V международной научно-технической конференции «Электроника и информатика - 2005» - М . МИЭТ, 2005 - Ч 1 - С 28 - 29

43 Коноплев Б Г , Рындин Е А Комплементарные логические элементы на основе туннельно-связанных квантовых областей // Труды Десятой международной научно-технической конференции "Актуальные проблемы твердотельной электроники и микроэлектроники" (ПЭМ-2006) Див-номорское, 2006 4 2 С 18-21

44 Рындин Е А Интегральные коммутаторы с управляемой передислокацией максимума плотности носителей заряда // Труды Десятой международной научно-технической конференции "Актуальные проблемы твердотельной электроники и микроэлектроники" (ПЭМ-2006) Дивноморское, 2006

42 -С 21-24

45 Коноплев Б Г, Рындин Е А, Ивченко В Г Модели средней длины связей и среднего времени задержки СБИС, реализованных на основе ПЛИС, БМК и в виде заказных микросхем // Тезисы докладов Второй Всероссийской НТК "Компьютерные технологии в науке, проектировании и производстве" Ч 8 Нижний Новгород НГТУ, 2000 с 30

46 Рындин Е А Разработка и исследование принципов построения и методов проектирования субмикронной элементной базы сверхбыстродействующих СБИС и УБИС экстремальной электроники // Научно-техническая программа «Научные исследования высшей школы по приоритетным направлениям науки и техники» 2001 - 2002 гг Подпрограмма «Электроника» Каталог проектов -М МИЭТ, 2002. - 284 с ISBN 5-7256-0356-3 - С 45, 46

47 Коноплев Б Г, Рындин Е А Библиотека элементов для автоматического проектирования блоков статических ЗУ // Труды Четвертой международной научно-технической конференции "Электроника и информатика 2002" Москва, 2002 41 с 343 - 344

48 Коноплев Б Г, Рындин Е А. Методика автоматического проектирования блоков статических ОЗУ // Труды Восьмой международной научно-технической конференции "Актуальные проблемы твердотельной электроники и микроэлектроники" (ПЭМ-2002) Дивноморское, 2002 4 2 -с 3 - 6

Патенты и свидетельства о регистраиии программ

49 Коноплев Б Г., Рындин Е.А Интегральный логический элемент. // Патент РФ 2079986,1997

50 Коноплев Б Г, Рындин Е А Интегральный логический элемент // Патент РФ 2094944,1997

51 Коноплев Б Г, Рындин Е. А Интегральный логический элемент. // Патент РФ 2115998, 1998

52 Коноплев Б Г., Рындин Е А Интегральный логический элемент "И-ИЛИ-НЕ" //ПатентРФ№2166837,2001.

53 Коноплев Б.Г., Рындин Е А Интегральный полевой транзистор Шоттки со статической индукцией // Патент РФ 2183885,2002

54 Коноплев Б Г, Рындин Е.А, Ковалев А.В. Программа синтеза топологии блоков статического оперативного запоминающего устройства «МетоМаБ1ег» // Свидетельство РФ о регистрации программы для ЭВМ №2004611653,2004

55 Коноплев Б Г., Рындин Е.А. Интегральный полевой транзистор с размерным квантованием энергии // Патент РФ 2257642,2005

56 Коноплев Б Г., Рындин Е А. Интегральный логический элемент «НЕ» на квантовых эффектах // Патент РФ 2272353,2006.

57 Коноплев Б Г, Рындин Е А Интегральный логический элемент «ИЛИ-НЕ» на квантовых эффектах // Патент РФ 2278445,2006

58 Рындин Е А. Интегральный логический элемент «ИЛИ» на квантовых эффектах // Патент РФ 2279155,2006.

59 Коноплев Б Г, Рындин Е А Интегральный логический элемент «НЕ» на основе туннельного эффекта // Патент РФ 2287896,2006.

60 Приступчик Н К., Рындин Е А Интегральный микромеханический акселерометр на основе туннельного эффекта // Патент РФ 2289822,2006

61 Приступчик Н К, Рындин Е А Интегральный микромеханический автоэмиссионный акселерометр // Патент РФ 2298191,2007.

В работах, опубликованных в соавторстве, лично автору принадлежат в [1] - методы построения, конструкции, технологические маршруты, модели и методики моделирования интегральных наноразмерных элементов СБИС, библиотека параметризуемых элементов и методика автоматического проектирования блоков статической оперативной памяти, в [2] - библиотеки параметризуемых интегральных логических элементов СБИС, в [3] - метод определения перегрева кристаллов СБИС на основе параметризуемых библиотек логических элементов; в [5,45] - модели и методика оценки средней длины соединительных линий и среднего быстродействия специализированных СБИС; в [9,10,19,47,48] - библиотека параметризуемых элементов и методика автоматического проектирования блоков статической оперативной памяти, в [11] - анализ результатов численного моделирования, в [12,20,25 - 27,34, 36] -структуры наноразмерных транзисторов, модели и методики их моделирования,

в [14,15,17,21,29,40-43] - методы построения, конструкции, численные модели, методики и результаты моделирования интегральных логических элементов и аналоговых коммутаторов на основе управляемой передислокации максимума амплитуды волновых функций носителей заряда в туннельно-связанных квантовых областях с взаимодополняющими типами проводимости, в [23] - алгоритм физико-топологического моделирования полевых транзисторов с управляющими переходами Шоттки, в [30] - метод термозависимого питания интегральных трехмерных элементов на основе вертикальных комплементарных полевых транзисторов Шоттки, результаты моделирования; в [31] - методика интегрирования токов в контактах интегральных структур при численном моделировании

Таганрог Типография ТТИ ЮФУ 2007 г. Зак №¿'/3 Тираж 150 экз

ВВЕДЕНИЕ.

1. АНАЛИЗ МЕТОДОВ ПОВЫШЕНИЯ БЫСТРОДЕЙСТВИЯ И СНИЖЕНИЯ ЭНЕРГИИ ПЕРЕКЛЮЧЕНИЯ ИНТЕГРАЛЬНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ.

2. ИНТЕГРАЛЬНЫЕ ЛОГИЧЕСКИЕ ЭЛЕМЕНТЫ С УПРАВЛЯЕМОЙ ПЕРЕДИСЛОКАЦИЕЙ МАКСИМУМА АМПЛИТУДЫ ВОЛНОВЫХ ФУНКЦИЙ ЭЛЕКТРОНОВ В ТУННЕЛЬНО-СВЯЗАННЫХ КВАНТОВЫХ ОБЛАСТЯХ

2.1. Методы построения и конструкции логических элементов с управляемой передислокацией максимума волновой функции электронов в туннельно-связанных квантовых областях

2.2. Технологический маршрут изготовления функционально интегрированных логических элементов на основе туннельно-связанных квантовых областей с электронной проводимостью.

2.3. Модели и методика моделирования интегральных логических элементов на основе туннельно-связанных квантовых областей с электронной проводимостью.

2.4. Результаты моделирования интегральных логических элементов на основе туннельно-связанных квантовых областей с электронной проводимостью.

2.5. Выводы.

3. КОМПЛЕМЕНТАРНЫЕ ЛОГИЧЕСКИЕ ЭЛЕМЕНТЫ С УПРАВЛЯЕМОЙ ПЕРЕДИСЛОКАЦИЕЙ МАКСИМУМА ВОЛНОВОЙ ФУНКЦИИ НОСИТЕЛЕЙ ЗАРЯДА В ТУННЕЛЬНО-СВЯЗАННЫХ КВАНТОВЫХ ОБЛАСТЯХ

3.1. Методы построения и конструкции логических элементов с управляемой передислокацией максимума волновых функций электронов и дырок в туннельно-связанных квантовых областях

3.2. Технологический маршрут изготовления интегральных логических элементов на основе туннельно-связанных квантовых областей с дополняющими типами проводимости.

3.3. Модели и методика моделирования логических элементов с управляемой передислокацией максимума волновой функции носителей заряда в туннельно-связанных квантовых областях с взаимодополняющими типами проводимости.

3.4. Результаты моделирования логических элементов с управляемой передислокацией максимума волновой функции носителей заряда в туннельно-связанных квантовых областях с взаимодополняющими типами проводимости.

3.5. Экспериментальные образцы интегральных логических элементов с управляемой передислокацией максимума волновой функции носителей заряда в туннельно-связанных квантовых областях.

3.5.1. Разработка структуры и топологии экспериментальных образцов логических элементов на основе туннельносвязанных квантовых областей.

3.5.2. Топология кристаллов экспериментальных образцов.

3.5.3. Технологический маршрут изготовления экспериментальных образцов.

3.5.3.1. Основные этапы технологического маршрута изготовления экспериментальных образцов и параметры слоев гетероструктуры.

3.5.3.2. Последовательность технологических операций изготовления экспериментальных образцов.

3.5.3.3. Результаты изготовления экспериментальных образцов.

3.6. Выводы

4. СВЕРХБЫСТРОДЕЙСТВУЮЩИЕ ИНТЕГРАЛЬНЫЕ

КОММУТАТОРЫ С УПРАВЛЯЕМОЙ ПЕРЕДИСЛОКАЦИЕЙ

МАКСИМУМА ВОЛНОВОЙ ФУНКЦИИ НОСИТЕЛЕЙ ЗАРЯДА В

КВАНТОВЫХ ОБЛАСТЯХ

4.1. Методы построения и конструкции интегральных сверхбыстродействующих коммутаторов с управляемой передислокацией максимума волновой функции носителей заряда в туннельно-связанных квантовых областях.

4.2. Методы построения, конструкции и результаты моделирования интегральных коммутаторов на основе управляемой передислокации максимума волновой функции носителей заряда в объединенных квантовых областях.

4.3. Выводы.

5. СОВМЕЩЕННЫЕ ЛОГИЧЕСКИЕ ЭЛЕМЕНТЫ С

УПРАВЛЯЕМОЙ ПЕРЕДИСЛОКАЦИЕЙ МАКСИМУМА

ВОЛНОВОЙ ФУНКЦИИ НОСИТЕЛЕЙ ЗАРЯДА НА ОСНОВЕ

СВЕРХРЕШЕТОК ВТОРОГО ТИПА.

5.1. Методы построения и конструкции совмещенных логических элементов с управляемой передислокацией максимума волновой функции носителей заряда.

5.2. Технологический маршрут изготовления интегральных логических элементов на основе совмещенных комплементарных наноструктур.

5.3. Модели и методика моделирования управляемой передислокации максимума волновых функций носителей заряда в совмещенных комплементарных наноструктурах.

5.4. Результаты моделирования управляемой передислокации максимума волновых функций носителей заряда в совмещенных комплементарных наноструктурах.

5.5. Выводы.

6. МЕТОДИКИ ПРОЕКТИРОВАНИЯ СБИС НА ОСНОВЕ НАНОРАЗМЕРНОЙ ЭЛЕМЕНТНОЙ БАЗЫ.

6.1. Методика проектирования интегральных элементов с управляемой передислокацией максимума амплитуды волновых функций электронов и дырок в сверхрешетках второго типа.

6.2. Проектирование интегральных устройств статической памяти на основе субмикронных и наноразмерных библиотек параметризуемых интегральных элементов.

6.2.1. Основные требования к библиотечным интегральным элементам статических ОЗУ.

6.2.2. Методика автоматического синтеза топологии интегральных устройств статической памяти.

6.2.3. Подсистема автоматического синтеза топологии статических

ОЗУ «МешоМа81ег».

6.2.4. Результаты проектирования статических ОЗУ на основе субмикронных элементов.

6.3. Интегральные логические элементы СБИС на основе комплементарных полевых транзисторов Шоттки.

6.3.1. Конструкции и технологические маршруты изготовления интегральных элементов СБИС на основе комплементарных транзисторов Шоттки.

6.3.2. Моделирование интегральных элементов СБИС на основе комплементарных транзисторов Шоттки.

6.3.3. Метод термозависимого питания КПТШ-элементов.

Последняя треть XX века прошла под знаком все возрастающего влияния микроэлектроники на общество. Впечатляющие достижения вычислительной техники, информатики, радиоэлектроники и других направлений техники почти всегда базируются на достижениях микроэлектроники. И не только потому, что она формирует элементную базу всех современных средств приема, передачи и обработки информации, автоматизированных систем управления и т.д., но главным образом из-за революционизирующего воздействия ее технологических принципов, достижений в области синтеза и применения новых материалов для создания приборных структур [1].

В начале нового столетия определяющими для элементной базы стали характеристические размеры нанометрового диапазона (100-10нм) [1]. Промышленные нормы современных микропроцессоров фирмы Intel составляют 90-65 нм [2,3]. Согласно прогнозам ведущих специалистов, к 2009 году будет осуществлен переход к промышленным проектным нормам 30 нм и менее, что позволит получить эффективную длину канала транзистора 15 нм и при размерах кристаллов сверхбольших и ультрабольших интегральных схем (СБИС и УБИС) до 40 х 40 мм размещать на них 109 и более элементов (рис. 1, 2) [3].

Уменьшение характеристических размеров элементов СБИС позволяет соответствующим образом повысить их быстродействие и снизить энергию переключения. Согласно [3], время задержки интегральных логических элементов на основе комплементарных структур металл-диэлектрик-полупроводник (КМОП), являющихся основой большинства современных СБИС, уменьшится к 2009 г. до значений 0,6 - 0,8 пс, а энергия

1 Я переключения - до 10" Дж (рис. 3).

Следует отметить, что столь резкое уменьшение характеристических размеров и повышение быстродействия интегральных структур требует значительных финансовых вложений, направленных на научные исследования и переоснащение технологического оборудования, и в целом не является результатом обычного масштабирования (пропорционального уменьшения всех размеров и приложенных напряжений). Это связано, в основном, с достижением присущих каждому типу микроэлектронных структур физических (фундаментальных) ограничений.

1.00 с о о 0.10

0.01

0.5цт

0.35цт

0.25цт ~ 0.18цт

0.13цт 0.2ц,т 90пт

Technology Node

Transistor Physical Gate Length

70nm

50nm '-J

30rim 'A. . 20nm" *

5nm

1990

1995

2000 Year

2005

2010

Рис. 1. Темпы сокращения проектных норм и характеристических размеров интегральных транзисторов по данным фирмы Intel [3]

Рис. 2. Темпы роста степени интеграции логических схем, микропроцессоров и ИС памяти в период с 1960 по 2009 годы по данным фирмы Intel [2]

1.Е+01 Л

О. > ф о щ

CQ О

1.Е+00

0.01 0.1 Lg (мт)

1.Е-05 0.001

0.01

LG (мт) а б

Рис. 3. Снижение времени задержки интегральных структур (а) и произведения энергии переключения на время задержки (б) в зависимости от характеристических размеров транзисторов по данным фирмы Intel [3]

Например, прогнозируемое в [2,3] уменьшение характеристических размеров МОП-структур до 30-15нм потребует уменьшения толщины подзатворного диэлектрика до 1 нм (рис. 4), при которой без принятия специальных мер туннельный ток будет сравним по величине с основным током транзистора, тогда как в качественных МОП-структурах туннельный ток не должен превышать 1 % от рабочего тока. Кроме того, при такой длине канала будут наблюдаться нежелательная зависимость порогового напряжения от длины канала и напряжений на электродах, дрейф порогового напряжения и снижение крутизны транзистора, вызванные эмиссией горячих электронов из области канала в диэлектрик, исчезновение участков насыщения выходных вольт-амперных характеристик (ВАХ) [1].

Важную роль играют также экономические ограничивающие факторы. Упомянутые выше финансовые вложения в науку и производство, согласно исследованию [4], растут экспоненциально при уменьшении минимальных размеров интегральных элементов.

Technology Generation (nm)

Рис. 4. Уменьшение толщины подзатворного диэлектрика в зависимости от характеристических размеров транзисторов по данным фирмы Intel [2]

В настоящее время во многих лабораториях проводятся масштабные исследования, направленные на решение перечисленных проблем [5-9]. Это приводит к значительным изменениям в структуре и технологии изготовления интегральных транзисторов, требует учета влияния квантовых эффектов на функционирование приборов [10].

В совокупности перечисленные ограничения, а также новые достижения в области нанотехнологий, связанные с молекулярно-лучевой эпитаксией (МЛЭ) [И], туннельной и атомно-силовой микроскопией [12], появлением уникального оборудования для прецизионной ионной обработки с нанометровым разрешением (в том числе и отечественного производства [11]), стимулируют поиск новых принципов построения наноразмерной элементной базы, которая, согласно прогнозам [13], займет лидирующие позиции уже в ближайшие годы.

В основу данных прогнозов положены научно-технические достижения последних лет, связанные, в частности, с исследованиями наноструктур, имеющих характеристические размеры менее 10 нм и благодаря этому открывающих принципиальные возможности практического использования для повышения характеристик элементной базы наноэлектроники квантовых эффектов, таких как размерное квантование энергии электронов, резонансное туннелирование, квантовая интерференция, эффект кулоновской блокады и ряд других [1].

Практическая реализация подобных структур связана с необходимостью решения целого комплекса сложных научно-технических проблем. В особенности это касается таких, безусловно перспективных, направлений развития наноразмерной элементной базы, как одноэлектроника, спинтроника, квантовые клеточные автоматы и квантовый компьютинг, реализация которых на сегодняшний день представляется возможной лишь в перспективе, поскольку, в частности, связана с использованием сверхнизких рабочих температур, недоступных вне лабораторных условий [14-17].

Поэтому в настоящее время особое внимание уделяется направлениям развития наноразмерной элементной базы, базирующимся на использовании гетеропереходов и сверхрешеток, использование которых дает возможность управления энергетическим спектром, что обусловило появление термина «зонная инженерия» [18, 19]. Подбирая соответствующим образом параметры полупроводниковых слоев гетероструктуры можно ограничить движение электронов по одному, двум и даже трем измерениям, в результате чего электронный газ становится двумерным (2D), одномерным (1D) и нульмерным, а соответствующие структуры с размерным квантованием принято называть квантовыми ямами, квантовыми проводами и квантовыми точками [1].

В рамках данных направлений успешно реализованы и используются в промышленных масштабах такие быстродействующие полупроводниковые структуры, как:

- НЕМТ (High Electron Mobility Transistors) - селективно-легированные транзисторы на электронах с высокой подвижностью, в которых благодаря резкому гетеропереходу между полупроводниками с различной шириной запрещенной зоны двумерный электронный газ оказывается пространственно изолированным от ионов донорной примеси, приобретая при этом предельно высокую для заданных условий подвижность. НЕМТ характеризуются максимальными рабочими частотами более 100 ГГц. Учитывая, что подвижность электронов в НЕМТ определяется в основном рассеянием на фононах кристаллической решетки, данные транзисторы имеют рекордные характеристики при сверхнизких (гелиевых) температурах, но успешно используются и в нормальных условиях [1, 20, 21];

- резонансно-туннельные диоды (РТД) и транзисторы с резонансным туннелированием (РТТ), время переключения которых ограничено, в основном, крайне малой инерционностью процесса резонансного туннелирования. РТД и РТТ характеризуются максимальными

12 рабочими частотами до 10 Гц. Нормально функционируют в достаточно широком диапазоне температур [1, 20, 21];

- VMT (Velocity Modulation Transistors) - транзисторы с модуляцией скорости (подвижности) носителей. Быстродействие YMT не ограничено временем пролета электронами каналов благодаря управляемой передислокации максимума плотности электронов между туннельно-связанными квантовыми ямами, в которых электроны имеют существенно различную подвижность. VMT характеризуются минимальным временем задержки 0,15 пс и нормально функционируют в достаточно широком диапазоне температур [22, 23] и др.

Анализ принципов построения и различных конструктивно-технологических вариантов реализации перечисленных структур позволяет сделать вывод о том, что полученные параметры гетеропереходных транзисторов не являются предельными [13, 20, 21].

Таким образом, разработка новых методов построения наноразмерной элементной базы СБИС и УБИС, конструкций и технологических маршрутов изготовления интегральных элементов, ориентированных на современный уровень развития полупроводниковой микро- и нанотехнологии, с целью дальнейшего увеличения быстродействия, снижения энергопотребления, повышения степени интеграции и надежности ИС является актуальной проблемой.

Решение данной проблемы видится в использовании двух подходов:

- разработки новых методов построения, конструкций, используемых полупроводниковых материалов и технологических маршрутов изготовления транзисторных структур, как основных элементов более сложных интегральных устройств;

- разработки на основе существующих принципов интегральных элементов, обеспечивающих за счет функциональной интеграции выполнение более сложных функций (например, логических, функций многоканальной коммутации, функций памяти и др.) с затратами времени и энергии, характерными для одной транзисторной структуры, реализованной на таких же принципах и по совместимой технологии.

Безусловно, возможны и разработки на основе комбинации перечисленных подходов.

Важную роль в решении задач повышения быстродействия и снижения энергии переключения наноразмерных интегральных элементов играет математическое моделирование, позволяющее избегать дорогостоящих ошибок при разработке. Необходимость моделирования наноразмерных интегральных структур на различных этапах разработки обусловлена сложностью протекающих в них физических процессов, их многомерностью, нестационарным и неравновесным характером [24-27], длительностью и дороговизной экспериментальных исследований в области наноэлектроники, а также тем, что экспериментальное наблюдение некоторых квантовых эффектов в интегральных элементах на сегодняшний день весьма проблематично [20, 26, 28].

Целью диссертационной работы является разработка методов построения, моделей, методик моделирования и проектирования интегральных элементов СБИС на основе полупроводниковых наноразмерных гетероструктур с управляемой передислокацией максимума амплитуды волновых функций носителей заряда с целью решения проблемы увеличения быстродействия, снижения энергопотребления и повышения степени интеграции СБИС.

При выполнении данной диссертационной работы получены следующие научные результаты:

- разработаны методы построения быстродействующих интегральных логических элементов на основе управляемой передислокации максимума амплитуды волновых функций носителей заряда в туннельно-связанных и совмещенных квантовых областях с взаимодополняющими типами проводимости;

- разработаны методы построения быстродействующих интегральных аналоговых коммутаторов на основе управляемой передислокации максимума амплитуды волновых функций носителей заряда в туннельно-связанных и объединенных квантовых областях с взаимодополняющими типами проводимости;

- разработан метод анализа интегральных элементов с управляемой передислокацией максимума амплитуды волновых функций носителей заряда в связанных квантовых областях на основе совместного численного решения уравнений Шредингера и Пуассона для зоны проводимости и валентной зоны, включая методику уточнения положения уровня Ферми;

- разработан метод повышения быстродействия и расширения диапазона рабочих температур интегральных логических элементов на наноразмерных комплементарных полевых транзисторах Шоттки, основанный на температурной зависимости напряжения питания.

Практическая значимость полученных результатов состоит в следующем:

- на основе предложенных методов построения наноразмерной элементной базы СБИС с управляемой передислокацией максимума амплитуды волновых функций носителей заряда разработаны и защищены патентами Российской Федерации конструкции интегральных логических элементов и аналоговых коммутаторов на основе связанных квантовых областей с взаимодополняющими типами проводимости, обеспечивающих по сравнению с аналогами уменьшение времени задержки до 0,5-0,1 пс, снижение энергии переключения до 1 аДж, а также сокращение площади, занимаемой элементами на кристалле, в 2 - 6 раз;

- на основе предложенного метода анализа, основанного на совместном численном решении уравнений Шредингера и Пуассона для зоны проводимости и валентной зоны, разработаны программные средства численного моделирования интегральных логических элементов и аналоговых коммутаторов с управляемой передислокацией максимума амплитуды волновых функций носителей заряда в связанных квантовых областях с взаимодополняющими типами проводимости;

- на основе анализа полученных результатов численного моделирования разработана методика проектирования быстродействующих логических элементов СБИС с управляемой передислокацией максимума волновой функции носителей заряда в совмещенных комплементарных наноструктурах на основе сверхрешеток второго типа;

- разработаны технологические маршруты изготовления интегральных логических элементов и коммутаторов на основе туннельно-связанных квантовых областей с взаимодополняющими типами проводимости;

- с использованием разработанного совместно с ООО «Научно-образовательный центр ФИАН и МИЭТ (ТУ) «Квантовые приборы и нанотехнологии» (г. Москва) технологического маршрута изготовлены экспериментальные образцы интегральных логических элементов и элементов памяти на основе туннельно-связанных квантовых областей с взаимодополняющими типами проводимости;

- разработаны библиотеки параметризуемых субмикронных КМОП-элементов и наноразмерных логических элементов и элементов памяти на основе управляемой передислокации максимума волновых функций носителей заряда в связанных квантовых областях с взаимодополняющими типами проводимости;

- разработаны методика и программа автоматического проектирования устройств статической оперативной памяти на основе параметризуемых библиотек интегральных элементов, а также проекты блоков статических ОЗУ. Выработаны рекомендации по проектированию быстродействующих СБИС наноэлектроники.

Основные результаты диссертации получены автором при выполнении научно-исследовательских работ в рамках госбюджетной тематики №№ 13061, 13063 (заказчик - Российское агентство по системам управления), 13090, 13091, 13092, 13490, 13491, 13492 (гранты Министерства образования и науки РФ), 13060, 13460, 13462, 13054, 13055, 13057, 13058, 13059, 13065 (научно-технические программы Министерства образования и науки РФ), НИР №РИ-25.0/001/062, № 00-07-10, выполненных в Южном научном центре РАН (г.Ростов-на-Дону), а также хоздоговорных НИР № 13001 (заказчик - ОАО

НКБ ВС, г. Таганрог), №№ 13005, 13006 (заказчик - Министерство образования и науки РФ), № 13401 (заказчик - ГУНГЖ «Технологический центр» МИЭТ (ТУ)).

Результаты диссертационной работы использованы в научных исследованиях и разработках Южного научного центра РАН (г. Ростов-на-Дону), Научно-образовательного центра «Нанотехнологии» Южного федерального университета (г. Таганрог), ГУ НПК «Технологический центр» МИЭТ (ТУ) (г.Москва), ОАО НКБ ВС (г.Таганрог), ООО «Научно-образовательный центр ФИАН и МИЭТ (ТУ) «Квантовые приборы и нанотехнологии» (г. Москва), использованы в НИР, выполненных по заданиям Министерства образования и науки РФ, РАСУ РФ (г. Москва), а также внедрены в учебный процесс подготовки студентов Технологического института ФГОУ ВПО «Южный федеральный университет» в г. Таганроге.

Основные результаты работы обсуждались и были одобрены на следующих научных конференциях:

- International Conferences "Micro- and nanoelectronics" (Moskow -Zvenigorod, 2003, 2005);

- 5th International Conference on ASIC (ASICON-2003) (Beijing, China, 2003);

- 1-st IEEE International Conference on Circuit and Systems for Communication (S.-Petersburg, 2002);

- International Congress of Nanotechnology (San Francisco, 2005);

- IV International Seminar on Silicon Carbide and Related Materials (Novgorod the Great, Russia, 2002);

- VII международной конференции «Опто-, наноэлектроника, нанотехнологии и микросистемы». - Ульяновск: УлГУ, 2005;

- III, IV и V международных научно-технических конференциях «Электроника и информатика» (Москва, 2000, 2002, 2005);

- VI - X международных научно-технических конференциях «Актуальные проблемы твердотельной электроники и микроэлектроники» (Дивноморское, 1999, 2000, 2002, 2004, 2006);

- V международной научной конференции «Химия твердого тела и современные микро- и нанотехнологии». - Кисловодск-Ставрополь: СевКавГТУ, 2005;

- I и II Всероссийских научно-технических дистанционных конференциях «Электроника» (г. Москва, 2001, 2003);

- II Всероссийской научно-технической конференции «Компьютерные технологии в науке, проектировании и производстве» (г. Нижний Новгород, 2000).

По теме исследований опубликована 61 печатная работа, в том числе монография, 22 научных статьи, из которых 15 статей в изданиях, рекомендованных ВАК РФ, получены 12 патентов РФ, свидетельство о регистрации программы для ЭВМ.

Основные положения и результаты, выносимые на защиту:

- методы построения и конструкции быстродействующих интегральных логических элементов и аналоговых коммутаторов на основе управляемой передислокации максимума амплитуды волновых функций носителей заряда в туннельно-связанных квантовых областях с взаимодополняющими типами проводимости;

- метод анализа интегральных элементов с управляемой передислокацией максимума амплитуды волновых функций носителей заряда в связанных квантовых областях на основе совместного численного решения уравнений Шредингера и Пуассона для зоны проводимости и валентной зоны, включая методику уточнения положения уровня Ферми;

- метод повышения быстродействия и расширения диапазона рабочих

19 температур интегральных логических элементов на наноразмерных комплементарных полевых транзисторах Шоттки, основанный на температурной зависимости напряжения питания, методика проектирования быстродействующих логических элементов СБИС с управляемой передислокацией максимума волновой функции носителей заряда в совмещенных комплементарных наноструктурах на основе сверхрешеток второго типа; методика автоматического проектирования устройств статической оперативной памяти на основе параметризуемых библиотек интегральных элементов.

6.5. Выводы

На основе полученных результатов моделирования разработана методика проектирования наноразмерных элементов СБИС с управляемой туннельной передислокацией максимума волновых функций носителей заряда в совмещенных комплементарных наноструктурах.

Для оценки эффективности разработанной методики представлен пример проектирования инвертора на основе СКН с конструктивно-технологическими ограничениями 22 нм. На основании полученных модельных оценок показано, что при длине каналов СКН 22 нм и напряжении питания 0,5 В ± 10 % в диапазоне рабочих температур Т< 100°С возможно обеспечение времени задержки инвертора менее 2,5 пс (с учетом паразитных емкостей СКН), энергии переключения 1 аДж, логического перепада не менее 0,35 В.

Разработана и реализована в виде программного продукта методика автоматического проектирования блоков асинхронных СОЗУ, обеспечивающая возможность использования библиотек элементов, разработанных для различных технологий, но с учетом сформулированных в данной работе принципов.

Разработанная методика предусматривает оптимизацию проектируемого СОЗУ по быстродействию с использованием параметризуемых библиотечных элементов, а также автоматического разбиения СОЗУ на секции с формированием дополнительного дешифратора секций.

Оценка эффективности разработанной методики автоматического проектирования СОЗУ выполнена с использованием разработанных библиотек субмикронных и наноразмерных элементов.

Согласно приведенным результатам моделирования, использование температурной зависимости напряжения питания для кремниевых КПТШ-элементов, позволяет расширить диапазон рабочих температур с (10 - 50) °С до (-23 - 104) °С, то есть более чем в 3 раза и увеличить максимальное быстродействие элементов на (7-55) % при энергии переключения 2 аДж во всем температурном диапазоне.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Диссертационная работа посвящена решению проблемы увеличения быстродействия, снижения энергопотребления и повышения степени интеграции сверхбольших интегральных схем путем разработки методов построения, конструкций, моделей и методов моделирования наноструктур с управляемой передислокацией максимума амплитуды волновых функций носителей заряда в связанных квантовых областях с взаимодополняющими типами проводимости.

Научная новизна диссертационной работы отражена в следующих основных результатах:

1) разработаны методы построения быстродействующих интегральных логических элементов на основе управляемой передислокации максимума амплитуды волновых функций носителей заряда в туннельно-связанных и совмещенных квантовых областях с взаимодополняющими типами проводимости;

2) разработаны методы построения быстродействующих интегральных аналоговых коммутаторов на основе управляемой передислокации максимума амплитуды волновых функций носителей заряда в туннельно-связанных и объединенных квантовых областях с взаимодополняющими типами проводимости;

3) разработан метод анализа интегральных элементов с управляемой передислокацией максимума амплитуды волновых функций носителей заряда в связанных квантовых областях на основе совместного численного решения уравнений Шредингера и Пуассона для зоны проводимости и валентной зоны, включая методику уточнения положения уровня Ферми;

4) разработан метод повышения быстродействия и расширения диапазона рабочих температур интегральных логических элементов на наноразмерных комплементарных полевых транзисторах Шоттки, основанный на температурной зависимости напряжения питания.

Практическая ценность исследований состоит в следующем:

1) на основе предложенных методов построения наноразмерной элементной базы СБИС с управляемой передислокацией максимума амплитуды волновых функций носителей заряда разработаны и защищены патентами Российской Федерации конструкции интегральных логических элементов и аналоговых коммутаторов на основе связанных квантовых областей с взаимодополняющими типами проводимости, обеспечивающих по сравнению с аналогами уменьшение времени задержки до 0,5-0,1 пс, снижение энергии переключения до 1 аДж, а также сокращение площади, занимаемой элементами на кристалле, в 2 - 6 раз;

2) на основе предложенного метода анализа, основанного на совместном численном решении уравнений Шредингера и Пуассона для зоны проводимости и валентной зоны, разработаны программные средства численного моделирования интегральных логических элементов и аналоговых коммутаторов с управляемой передислокацией максимума амплитуды волновых функций носителей заряда в связанных квантовых областях с взаимодополняющими типами проводимости;

3) на основе анализа полученных результатов численного моделирования разработана методика проектирования быстродействующих логических элементов СБИС с управляемой передислокацией максимума волновой функции носителей заряда в совмещенных комплементарных наноструктурах на основе сверхрешеток второго типа;

4) разработаны технологические маршруты изготовления интегральных логических элементов и коммутаторов на основе туннельно-связанных квантовых областей с взаимодополняющими типами проводимости;

5) с использованием разработанного совместно с ООО «Научно-образовательный центр ФИАН и МИЭТ (ТУ) «Квантовые приборы и нанотехнологии» (г. Москва) технологического маршрута изготовлены экспериментальные образцы интегральных логических элементов и элементов памяти на основе туннельно-связанных квантовых областей с взаимодополняющими типами проводимости;

6) разработаны библиотеки параметризуемых субмикронных КМОП-элементов и наноразмерных логических элементов и элементов памяти на основе управляемой передислокации максимума волновых функций носителей заряда в связанных квантовых областях с взаимодополняющими типами проводимости;

7) разработаны методика и программа автоматического проектирования устройств статической оперативной памяти на основе параметризуемых библиотек интегральных элементов, а также проекты блоков статических ОЗУ. Выработаны рекомендации по проектированию быстродействующих СБИС наноэлектроники.

Диссертационная работа выполнена на кафедре конструирования электронных средств Технологического института ФГОУ ВПО «Южный федеральный университет» в г. Таганроге и в отделе физической и органической химии Южного научного центра Российской академии наук.

1. Драгунов В.П., Неизвестный И.Г., Гридчин В.А. Основы наноэлектроники: Учеб. пособие. Новосибирск: Изд-во НГТУ, 2004. - 496 с.

2. Block С. Extending Moore's Law with Nanotechnology. // Components Research. Intel Corporation, September 2003. http://www.intel.com/technology/silicon/nanotechnology.htm.

3. Grove A. Changing Vectors of Moore's Law // International Electron Devices Meeting. December 10th, 2002.http://www.intel.com/technology/silicon/nanotechnology.htm.

4. Гергель Ю.А., Гуляев Ю.В., Зеленый А.П., Якупов М.Н. Сверхскоростной электронный дрейф в полевых полупроводниковых структурах с секционированным каналом // Физика и техника полупроводников, 2004. -Т. 38, №2.-С. 237-241.

5. Chiah S.B., Zhou X., Lim K.Y., Wang Y., See A., Chan L. Semi-empirical approach to modeling reverse short-channel effect in submicron MOSFET's // Modeling and simulation of microsystems (www.cr.org), ISBN 0-9708275-0-4, 2001, pp. 486-489.

6. Plosst A.A., Kranter G. Silicon-on-insulator material aspect and applications // Solid State Electronics, Vol. 44, 2000, pp. 775 782.

7. Gharabagi R. Model for fully depleted double gate SOI MOS transistors including temperature effects // Modeling and simulation of microsystemsfwww.cr.org), ISBN 0-9708275-0-4, 2001, pp. 490 493.

8. Ahmed S.S., Akis R., Vasileska D. Quantum effects in SOI devices // Modeling and simulation of microsystems (www.cr.org), ISBN 0-9708275-7-1, 2002, pp. 518-521.

9. Нанотехнологии в полупроводниковой электронике / Отв. редактор A.JI. Асеев. Новосибирск: Издательство СО РАН, 2004. - 368 с.

10. Продукция NT MDT. Сканирующие зондовые микроскопы. //http ://ru.ntmdt.ru/Products/ScanningProbeMicroscopes/productlist 1 .html

11. Аверин Д.В., Лихарев K.K. Когерентные колебания в туннельных переходах малых размеров // ЖЭТФ. 1986. - Т. 90, вып. 2. - С. 733 - 746.

12. Лихарев К.К. О возможности создания аналоговых и цифровых интегральных схем на основе эффекта дискретного одноэлектронного туннелирования // Микроэлектроника. 1987. - Т. 16, вып. 3. - С. 195 -209.

13. Matsuoka Н., Kimura S. Transport properties of a silicon single-electron transistors at 4,2 К // Appl. Phys. Lett. 1995. Vol. 66, № 5. P. 613 615.

14. Валиев К.А., Кокин А.А. Из итогов XX века: от кванта к квантовым компьютерам // Известия вузов. Электроника. 2000. № 4-5. С. 46 52.

15. Келдыш М.В. О влиянии ультразвука на электронный спектр кристалла // ФТТ. 1962. - Т. 4. - С. 2265 - 2267.

16. Esaki L., Tsu R. Superlattice and negative differential conductivity in semiconductors // IBM J. Res. Develop., Vol. 14, 1970, pp. 61 65.

17. Пожела Ю. Физика быстродействующих транзисторов: Монография / АН ЛитССР. Ин-т физики полупроводников. Вильнюс: Мокслас, 1989. -261 с.

18. Шур М. Современные приборы на основе арсенида галлия: Пер. с англ.1. М.: Мир, 1991.-632 с.

19. Sakaki Н. Velocity-modulation transistor (VMT) a new field-effect transistor concept//Jpn. J. Appl. Phys., 1982. V. 21. N. 6. P. L381 -L383.

20. Webb K.J., Cohen E.B., Melloch M.R. Fabrication and operation of a velocity modulation transistor // IEEE Transactions on Electron Devices, 2001. V. 48. N. 12. P. 2701 -2709.

21. Моделирование полупроводниковых приборов и технологических процессов. Последние достижения: Пер. с англ./Под ред. Д.Миллера. М.: Радио и связь, 1989. - 280 с.

22. Орликовский А.А. Кремниевая транзисторная наноэлектроника // Известия вузов. Электроника, 2006, № 5. С. 35 44.

23. Малышев В.А. Основы квантовой электроники и лазерной техники: Учеб. Пособие для вузов. М.: Высш. шк., 2005. - 543 с.

24. Gorbatsevich A.A., Kapaev V.V. Transport phenomena in interference transistor. // Abstracts of International Conference "Micro- and nanoelectronics -2005". Moskow- Zvenigorod, Russia, 2005. C. 02-06.

25. Проектирование СБИС: Пер. с япон./ М.Ватанабэ, К.Асада, К.Кани, Т.Оцуки М.: Мир, 1988. - 304 е., ил.

26. Валиев К.А., Раков А.В. Физические основы субмикронной литографии в микроэлектронике. М.: Радио и связь, 1984. - 352 с.

27. Таруи Я. Основы технологии СБИС: Пер. с япон. М.: Радио и связь, 1985. - 480 с.

28. Schellenberg F.M., Boksha V., Cobb N., Lai J.C., Chen C.H., Mack C. Impact of Mask. Errors on Full Chip. Error Budgets. // Deep Submicron Technical Publication, 1999. 13 p. // www.mentor.com/dsm

29. Вавилова JI.C., Иванова А.В., Капитонов В.А., Мурашова А.В., Тарасов И.С., Арсентьев И.Н., Берт Н.А., Мусихин Ю.Г., Пихтин Н.А., Фалеев Н.Н. Самоорганизующиеся наногетероструктуры в твердых растворах InGaAsP // ФТП, 1998. Т. 32. Вып. 6. С. 658 663.

30. Heiblum М., Mendez Е.Е., Stern F. High mobility electron gas in selectively-doped n: AlGaAs/GaAs heterojunctions // Appl. Phys. Lett., Vol. 44, No 11, 1984, pp. 1064-1066.

31. Weimann G., Schlapp W. Molecular beam epitaxial growth and transport properties of modulation-doped AlGaAs GaAs heterostructures // Appl. Phys. Lett., Vol. 46, No 4, 1985, pp. 411 - 413.

32. English J.H., Gossard A.C., Stormer H.L. et al. GaAs structures with electron mobility of 5x106 cm2/Vs // Appl. Phys. Lett., Vol. 50, No 25, 1987, pp. 1826 -1828.

33. Лучинин В.В., Таиров Ю.М. Карбид кремния перспективный материал электронной техники // Известия вузов. Электроника. - 1997. - №1 .С. 10 -37.

34. Лучинин В.В., Мальцев П.П., Маляков Е.П. Широкозонные материалы -основа экстремальной электроники будущего // Микроэлектроника, 1999. Т.28, № 1, с. 21-29.

35. Киреев П.С. Физика полупроводников. М.: Высшая школа, 1969. - 592 с.

36. Shibatomi A., Yokoyama N. Resonant tunneling transistors // Solid State Technology. 1987. Vol. 30, № 11. P. 101 -105.

37. Walden J. 90 nm and Beyond: Moore's Law and More. // Intel Developer Forum, Spring 2003. 37 p.http://www.intel.com/technology/silicon/nanotechnology.htm.

38. Быстродействующие матричные БИС и СБИС. Теория и проектирование/ Б.Н. Файзулаев, И.И. Шагурин, А.Н. Кармазинский и др. Под ред. Б.Н. Файзулаева и И.И. Шагурина. М.: Радио и связь, 1989. - 304 с.

39. De V., Borkar S. Technology and Design Challenges for Low Power and High Performance // 1999 ISLPED, pp. 163 168, 1999. http://www.intel.com/technology/silicon/nanotechnology.htm.

40. Рындин E.A., Коноплев Б.Г. Субмикронные интегральные схемы: элементная база и проектирование. Таганрог: Изд-во ТРТУ, 2001. 147 с.

41. Першенков B.C., Попов В.Д., Шальнов A.B. Поверхностные радиационные эффекты в элементах интегральных микросхем. М.: Энергоатомиздат, 1988.-286 е.: ил.

42. Кремлев В.Я. Структурная база сверхбольших интегральных схем // Итоги науки и техники. Серия «Электроника». М.: ВИНИТИ АН СССР, 1987. -Т.10.-С. 63-94.

43. Степаненко И.П. Основы теории транзисторов и транзисторных схем. М.: Энергия, 1973.-608 с.

44. Сидоров A.A., Вьюрков В.В., Орликовский A.A. Применение метода Монте-Карло для моделирования кремниевых полевых нанотранзисторов // Микроэлектроника, 2004, Т. 33. №.4 С. 243 255.

45. Рындин Е.А. Сверхбыстродействующие элементы СБИС на основе полевых транзисторов Шоттки со статической индукцией // Проектирование и технология электронных средств, №2, 2001. С. 44 48.

46. Konoplev B.G., Ryndin Е.А. Static-Induction Transistor for Very-High-Speed ICs // Proceedings of the 1st IEEE International Conference on Circuits and Systems for Communications. St.Peterburg, Russia. 2002. PP. 404 407.

47. Коноплев Б.Г., Рындин Е.А. Интегральный полевой транзистор Шоттки со статической индукцией // Патент РФ 2183885, 2002.

48. Коноплев Б.Г., Рындин Е.А. Интегральный полевой транзистор с размерным квантованием энергии // Патент РФ 2257642, 2005.

49. Рындин Е.А. Модель субмикронной МДП-структуры с учетомбаллистического пролета носителей // Тезисы докладов Второй Всероссийской НТК "Компьютерные технологии в науке, проектировании и производстве". Ч. 8. Нижний Новгород: НГТУ, 2000. С. 29.

50. Коноплев Б.Г., Рындин Е.А. Аналитическая модель короткоканального МДП-транзистора с учетом баллистического пролета носителей // Известия ТРТУ, № 1,2000. С. 135.

51. Рындин Е.А. Интегральные оптоэлементы на основе фототранзисторов со статической индукцией // Всероссийская научно-техническая дистанционная конференция "Электроника".М.:МИЭТ, 2001. 300 с. URL:http://econf.allvuz.ru

52. Рындин Е.А. Моделирование элементов СБИС на основе транзисторов Шоттки со статической индукцией // Перспективные информационные технологии и интеллектуальные системы, N3(7), 2001. С. 31 39.

53. Рындин Е.А. Субмикронные комплементарные фототранзисторы со статической индукцией // Известия ТРТУ, N1, 2002. С.139 140.

54. Коноплев Б.Г., Рындин Е.А. SiC static-induction transistor // Abstracts of IV International Seminar on Silicon Carbide and Related Materials. Novgorod the Great. Russia. 2002. P.91 92.

55. Рындин Е.А. Сверхбыстродействующие фототранзисторы для СБИС экстремальной электроники // Труды Четвертой международной научнотехнической конференции "Электроника и информатика 2002". Москва, 2002. 4.2. С.271 -272.

56. Коноплев Б.Г., Рындин Е.А. Static-induction transistor for VLSI logic elements // Abstracts of International Conference "Micro- and nanoelectronics -2003". Moskow Zvenigorod, Russia, 2003. Ol-l 1.

57. Ryndin E.A. A transistor based on space quantization effect // Abstracts of International Conference "Micro- and nanoelectronics 2003". Moscow -Zvenigorod, Russia, 2003. 01-12.

58. Рындин E.A. Полевой транзистор с размерным квантованием энергии // Вторая Всероссийская научно-техническая дистанционная конференция "Электроника".М.:МИЭТ, 2003. С. 78 79.

59. Рындин Е.А. Интегральный транзистор на основе эффекта размерного квантования энергии // Известия ТРТУ, N1, 2004. С. 120 121.

60. Рындин Е.А. Квантовые транзисторы на основе GaAs/AlGaAs // Труды Девятой международной научно-технической конференции "Актуальные проблемы твердотельной электроники и микроэлектроники" (ПЭМ-2004). Дивноморское, 2004. 4.1. С. 6 9.

61. Коноплев Б.Г., Рындин Е.А., Кравченко И.В. Численное моделирование транзистора с размерным квантованием энергии // Известия ТРТУ, N8, 2004. С. 119-122.

62. Birjulin P.I., Kopaev Yu.V., Trofimov V.T., Volchkov N.A. Single-gated mobility modulation transistor // Semiconductor Science Technology, № 14, 1999, pp. 699-704.

63. Inoue K., Sakaki H., Yoshino J., Hotta T. Self-consistent calculation of electronic states in AlGaAs/GaAs/AlGaAs selectively doped double-heterojunction systems under electric fields // J. Appl. Phys., Vol. 58, No 11, 1985, pp. 4277-4281.

64. Горбацевич А.А., Капаев В.В., Копаев Ю.В., Кремлев В.Я. Квантовые приборы на основе передислокации волновых функций в гетероструктурах // Микроэлектроника. 1994. - Т. 23, № 5. - С. 17 - 26.

65. Gorbatsevich A.A., Kapaev Y.V., Kopaev Yu.V., Kremlev V.Ya. Wave-function-rearrangement Quantum Devices // Phys. Low-Dim. Struct., No. 4/5, 1994, pp. 57-62.

66. Коноплев Б.Г., Рындин Е.А. Интегральный логический элемент «НЕ» на квантовых эффектах // Патент РФ 2272353, 2006.

67. Коноплев Б.Г., Рындин Е.А. Интегральный логический элемент «ИЛИ-НЕ» на квантовых эффектах // Патент РФ 2278445, 2006.

68. Рындин Е.А. Интегральный логический элемент «ИЛИ» на квантовых эффектах // Патент РФ 2279155, 2006.

69. Коноплев Б.Г., Рындин Е.А. Функционально интегрированные логические элементы с размерным квантованием энергии // Известия ТРТУ. 2005. -№9.- С. 121-122.

70. Коноплев Б.Г., Рындин Е.А. Интегральные логические элементы на основе туннельного эффекта // Труды VII международной конференции «Опто-, наноэлектроника, нанотехнологии и микросистемы». Ульяновск: УлГУ, 2005.-С. 82.

71. Sakaki Т., Nöda Т., Hirakawa К., Tanaka М., Matsusue Т. Interface roughness scattering in GaAs/AlGaAs quantum wells // Appl. Phys. Lett., Vol. 51, No 23, 1987, pp. 1934- 1936.

72. Абрамов И.И., Харитонов В.В. Численное моделирование элементов интегральных схем / Под ред. А.Г. Шашкова. Минск.: Выш. шк., 1990. -224 с.

73. Бубенников А.Н., Садовников А.Д. Физико-технологическое проектирование биполярных элементов кремниевых БИС. М.: Радио и связь, 1991.-288 с.

74. Рындин Е.А. Методы решения задач математической физики. Таганрог:1. Изд-во ТРТУ, 2003. 120 с.

75. Рындин Е.А. Методика определения токов при физико-топологическом моделировании элементов на грубых координатных сетках. // Известия ТРТУ, №2,1999. С. 143 144.

76. Преснухин Л.Н., Воробьев Н.В., Шишкевич A.A. Расчет элементов цифровых устройств. М.: Высшая школа, 1982. - 384 с.

77. Коноплев Б.Г., Рындин Е.А. Элементная база нанокомпьютеров на основе связанных квантовых областей // Вестник Южного научного центра РАН, Том 1,№ 3,2005. С. 22-28.

78. Коноплев Б.Г., Рындин Е.А. Интегральные логические элементы на основе туннельно-связанных наноструктур // Известия вузов. Электроника, № 3, 2006. С. 18-26.

79. Рындин Е.А. Интегральные комплементарные элементы с управляемой передислокацией максимума волновой функции носителей заряда в квантовых областях // Проектирование и технология электронных средств, №3,2006. С. 56-65.

80. Konoplev B.G., Ryndin Е.А. Integrated logic elements based on tunneling connected quantum wells. // Abstracts of International Conference "Micro- and nanoelectronics 2005". Moskow - Zvenigorod, Russia, 2005. 01-21.

81. Коноплев Б.Г., Рындин Е.А. Логические элементы на основекомплементарных туннельно-связанных квантовых областей // Труды V международной научно-технической конференции «Электроника и информатика 2005».- М.: МИЭТ, 2005. - 4.1. - С. 28 - 29.

82. Коноплев Б.Г., Рындин Е.А. Интегральный логический элемент «НЕ» на основе туннельного эффекта // Патент РФ 2287896, 2006.

83. Trellakis A., Galick А.Т., Pacelli A., Ravaioli U. Iteration scheme for the solution of the two-dimensional Schrodinger-Poisson equations in quantum structures // J. Appl. Phys. 1997. Vol. 81. PP. 7880 7884.

84. Jovanovic D., Leburton J.P. Self-consistent analysis of single-electron charging effects in quantum-dot nanostructures // Phys. Rev. B. 1994. Vol. 49. PP. 7474 -7483.

85. Stern F., Das Sarma S. Electron energy levels in GaAs-GaixAlxAs heterojunctions // Phys. Rev. B. 1984. Vol. 30. PP. 840 847.

86. Поршнев C.B. Моделирование квантовых систем в пакете MATLAB // Научно-практический журнал «Exponenta Pro. Математика в приложениях» // www.exponenta.ru.

87. Разработка и исследование функционально интегрированных элементов СБИС на основе туннельно-связанных квантовых областей: Отчет о НИР (заключительный). Ч. 1 / ТРТУ; Руководитель Е.А.Рындин.

88. ГР 01200501948. Таганрог, 2005. - 60 с.

89. Рындин Е.А. Сверхбыстродействующие электронные коммутаторы на основе управляемой передислокации максимума волновой функции носителей заряда // Вестник Южного научного центра РАН, Том 2, № 2, 2006. С. 8-16.

90. Бронштейн И.Н., Семендяев К.А. Справочник по математике для инженеров и учащихся вузов. 13-е изд., исправленное. - М.: Наука, Гл. ред. Физ.-мат. Лит, 1986. - 544 с.

91. Рындин Е.А., Куликова И.В. Алгоритм физико-топологического моделирования ПТШ. // Известия ТРТУ, №3(17), 2000. С. 150 154.

92. Степаненко И.П. Основы микроэлектроники: Учеб. пособие для вузов. -М.: Сов. радио, 1980. 424 е., ил.

93. Konoplev B.G., Ryndin Е.А., Kovalev A.V. An Embedded Static RAM Generator Based on a Parameterized Library // Proceedings of the 5th International Conference on ASIC (ASICON-2003). Beijing, China. 2003. PP.486 489.

94. Коноплев Б.Г., Рындин Е.А. Библиотека элементов для автоматического проектирования блоков статических запоминающих устройств // Известия вузов. Электроника. N2, 2003. с.91 92.

95. Коноплев Б.Г., Рындин Е.А., Ковалев A.B. Генератор топологии статических ОЗУ // Известия ТРТУ, N1, 2003. С.113 114.

96. Коноплев Б.Г., Рындин Е.А., Ивченко В.Г. Исследование способов реализации СБИС на основе ПЛИС, БМК и в виде заказных микросхем // Известия вузов. Электроника. 2000. - № 1. - С. 81 - 87.

97. Рындин Е.А. Сравнительный анализ методов структурного резервирования микросистем //Известия вузов. Электроника. N5, 1999. с.75 80.

98. Коноплев Б.Г., Рындин Е.А. Оценка эффективности использования элементов с "гибкой цоколевкой" выводов для проектирования заказных СБИС // Известия вузов. Электроника. N5, 1997. с.57 62.

99. Коноплев Б.Г., Рындин Е.А. Метод определения перегрева кристаллов СБИС на основе элементов с "гибкой цоколевкой" // Известия вузов. Электроника. N6, 1997. с.69 74.

100. BN 5-7256-0356-3. С. 45, 46.

101. Коноплев Б.Г., Рындин Е.А. Библиотека элементов для автоматического проектирования блоков статических ЗУ // Труды Четвертой международной научно-технической конференции "Электроника и информатика 2002". Москва, 2002. 4.1. с.343 344.

102. Полупроводниковые БИС запоминающих устройств: Справочник / В.В.Баранов, Н.В.Бекин, А.Ю.Гордонов и др.; Под ред. А.Ю.Гордонова и Ю.Н.Дьякова. М.: Радио и связь, 1987. - 360 с.

103. Огнев И.В., Шамаев Ю.М. Проектирование запоминающих устройств. -М.: Высш. школа, 1979. 320 с.

104. Баринов В.В. Сверхбольшие интегральные микросхемы оперативных запоминающих устройств. М.: Радио и связь, 1991. - 215 с.

105. Коноплев Б.Г., Рындин Е.А. Интегральный логический элемент. // Патент РФ 2079986, 1997.

106. Коноплев Б.Г., Рындин Е.А. Интегральный логический элемент. // Патент РФ 2094944, 1997.

107. Коноплев Б.Г., Рындин Е.А. Интегральный логический элемент. // Патент РФ 2115998, 1998.

108. Коноплев Б.Г., Рындин Е.А., Ковалев A.B. Программа синтеза топологии блоков статического оперативного запоминающего устройства «MemoMaster» // Свидетельство РФ о регистрации программы для ЭВМ №2004611653,2004.

109. Коноплев Б.Г., Рындин Е.А. Исследование характеристик СБИС на основе ПТШ с термозависимым источником питания // Труды Третьей международной научно-технической конференции "Электроника и информатика XXI век". Москва, 2000. - С.232, 233.

110. Рындин Е.А. Метод повышения характеристик СБИС на основе комплементарных ПТШ // Известия ТРТУ, № 1, 2001. С.93 95.

111. Коноплев Б.Г., Рындин Е.А. Интегральный логический элемент "И-ИЛИ-НЕ". Патент РФ № 2166837. 2001.

112. Валиев К.А., Кармазинский А.Н., Королев М.А. Цифровые интегральные схемы на МДП-транзисторах. М.: Изд-во «Советское радио», 1971. 384 с.

113. Технологический институт федерального государственного образовательного учреждения высшего профессионального образования «Южный федеральный университет» в г. Таганроге, Южный научный центр Российской академии наук1. На правах рукописи

114. РЫНДИН Евгений Адальбертович

115. РАЗРАБОТКА И ИССЛЕДОВАНИЕ БЫСТРОДЕЙСТВУЮЩИХ НАНОСТРУКТУР СБИС С УПРАВЛЯЕМОЙ ПЕРЕДИСЛОКАЦИЕЙ МАКСИМУМА АМПЛИТУДЫ ВОЛНОВЫХ ФУНКЦИЙ НОСИТЕЛЕЙ1. ЗАРЯДА

116. Специальность: 05.27.01 твердотельная электроника, радиоэлектронныекомпоненты, микро- и наноэлектроника, приборы на квантовых эффектах по техническим наукам