Registration Number
0824U002473, PhD dissertation
Status
Доктор філософії
Date
05-09-2024
popup.evolution
o
Title
Integral signal converters for sensor microsystems-on-chip.
Author
Taras G. Benko,
popup.head Igor T. Kohut
popup.opponent Oleksiy M. Slyotov
popup.opponent Natalia S. Liakh-Kaguy
popup.review Lyubomyr I. Nykyruy
popup.review Myroslav F. Pavlyuk
popup.rada
Vasyl Stefanyk Precarpathian National University
Description
Об’єкт дослідження: приладні структури інтегральних перетворювачів сигналів для створення інтелектуальних сенсорів, сенсорних мікросистем та мікролабораторій-на-кристалі, включаючи на основі структур «кремній-на-ізоляторі». Предмет дослідження – електричні й частотні характеристики приладних структур ІПС, придатних для розроблення і виготовлення елементної бази сенсорних мікросистем-на-кристалі. Метою дисертаційної роботи є розробка й дослідження конструктивно-технологічної та схемо-топологічної елементної бази зокрема, на основі КМОН- структур та структур «кремній-на-ізоляторі» для створення первинних елементів ІПС, необхідних для побудови сенсорних мікросистем та мікролабораторій-на-кристалі, моделювання й дослідження їх електричних, частотних та температурних характеристик, параметрична оптимізація інтегральних приладних структур. Методи дослідження. Дослідження проводились з використанням системного підходу, що ґрунтується на основі теорії МОН - приладних структур, їх фізичних моделей. Розробка і моделювання технологічних процесів і режимів формування приладних структур здійснювали у САПР TCAD. Для розробки інтегральних схемотехнічних рішень і топологій елементів інтегральних перетворювачів були використані інтерактивні системи проектування LT SPICE, Tanner Pro, MicroWind. Теоретичні і практичні результати: Запропоновано топологію і базові технологічні операції формування КМОН- матричних комірок для побудови елементів ІПС з можливостями керування «кінк – ефектом» та інтеграції в КНІ МОН- транзисторі окремого керування підканальною областю транзистора, що дозволить поєднувати в одному комбінованому транзисторі два – КНІ МОН та паралельно підключений до нього біполярний. Спроектовано топології базового елемента ОП для ІПС на стандартних та КНІ КМОН структурах, а також на основі базової матричної комірки. Проведено їх схемотопологічне моделювання безпосередньо із топологій. Такі елементи можуть бути основою для побудови ІПС в мікросистемах-на-кристалі. Показано, що вихідні сигнали для схеми ІПС зі структурами КНІ порівняно зі стандартними КМОН мають кращу, в середньому на 30% крутизну фронтів та більший на 20% коефіцієнт підсилення по амплітуді. Моделюванням показано, що вихідні каскади на КНІ-структурах мають меншу затримку (4 пс та 7 пс відповідно) та меншу споживану потужність (6,89 мВт та 8,88 мВт відповідно). Новизна: На основі аналізу літературних даних і проведених комп’ютерних моделювань показано і підтверджено, що КНІ КМОН – структури можна вважати перспективною альтернативою стандартним КМОН-структурам на об’ємному кремнії для створення елементів ІПС. Їх площа на кристалі є в середньому у 2-3 рази меншою порівняно зі стандарними КМОН-структурами на монокремнії, суттєво у 3 рази вища швидкодія, радіаційна стійкість, менша у 4 рази споживана потужність, ширший до 300оС температурний інтервал. Проте, основним їх недоліком КНІ n-канальних МОН-транзисторів є «кінк»-ефект. Запропоновано спеціальні схемотопологічні рішення шляхом підключення підканальної області до до земляної шини на прикладі базової матричної комірки, що односасно є придатною для «матричної» комутації у схемах, та усуває «кінк- ефект» для n-канальних КНІ МОН-транзисторів. Проведено комплексне дослідження низькотемпературної магнітопровідності шарів полікремнію-на-ізоляторі в полях до 14Тл при температурах зрідженого гелію в широкому діапазоні концентрацій (від 7×1017 до 1,7×1020 см-3), що охоплює метал-діелектрик переходу в кремній, яке дозволило визначити придатність таких зразків для створення ІПС і сенсорів магнітного поля. Отримано результати досліджень п’єзоелектричного опору в нерекристалізованих і рекристалізованих шарах полікремнію-на-ізоляторі що свідчать про те, що для розробки ІПС механічних величин, які мають достатню тензочутливість до вимірюваного параметра, необхідно використовувати лазерно-рекристалізовані шари поліремнію-на-ізоляторі з концентрацією p-типу провідності 4, 8x1018 см-3 при 300оK. Розроблено схемотехнічні рішення для ІПС, що дозволяють оцінювати надмалі ємнісні та резистивні елементи, і можуть використовуватися для зовнішніх сенсорних елементів, так і вбудовуватися безпосередьно в мікросистему-на-кристалі. Галузь використання: мікроелектроніка, електроніка, сенсорні елементи.
Registration Date
2024-07-10
popup.nrat_date
2024-09-09 / 2026-07-01
