Комірка базового матричного кристала

Комірка базового матричного кристала, що містить вісім нескомутованих р- і n-канальних 3 вісім нескомутованих р- і n-канальних польових транзисторів, виготовлених на смугах n- і робластей і розташованих вздовж шин живлення, при цьому два з них р- та n-транзистори призначені для міжелектродної комутації, в якій, згідно з корисною моделлю, 3р- і 3n-канальні польові транзистори та 1n- і 1р-канальний польові транзистори попарно розташовані, послідовно з'єднані та діелектрично ізольовані між собою, при цьому стіквитокові області n- і р-канальних польових транзисторів використані як міжелементні з'єднання шляхом під'єднання затворів n- канальних польових транзисторів до земляної шини, а р-канальних - до шини живлення. Завдяки повній діелектричній ізоляції кожного транзистора в комірках матриці базового матричного кристала досягається значно вища густина розміщення елементів на кристалі порівняно з відомими, збільшується коефіцієнт використання як комірок матриці для реалізації логічних та аналогових функцій, так і складових елементів комірок, а втрата необхідності міжелементної електричної ізоляції окремими комірками створює додаткові можливості їх використання як комутаційних елементів, так і ізоляційних. В результаті проведених досліджень, комп'ютерного моделювання, розробки топологій функціональних елементів на основі цієї комірки базового матричного кристала встановлено, що запропонована архітектура комірки базового матричного кристала суттєво покращує коефіцієнт використання елементів як в окремих комірках, так і комірок в матрицях БМК, унаслідок чого підвищується густина елементів на кристалі, а стіквитокові області окремих, діелектричноізольованих транзисторів, а також попарно розташованих і послідовно з'єднаних 3-х р- і 3-х nканальних польових транзисторів з електричною ізоляцією окремих транзисторів і використовуються як комутаційні шини для організації схем функціональних блоків. Окрім того встановлено, що за рахунок діелектричної ізоляції транзисторів, розширюється температурний інтервал експлуатації, радіаційна стійкість, що дозволить їх використання в жорстких умовах експлуатації та спеціальних використань. Таким чином, запропонована конструкція комірки базового матричного кристала дозволить одержати покращені показники щодо густини інтеграції елементів на кристалі, комутації, розширення умов експлуатації. На фіг. 1. зображено комірка базового матричного кристала, на фіг. 2. зображено фотографію фрагмента реальної топології комірки базового матричного кристалу, де 1 - шина живлення; 2 земляна шина; 3, 4 - області р- канальних польових транзисторів; 5, 6 - області n-канальних польових транзисторів; 7 - області діелектричної ізоляції між одним р-канальним польовим транзистором та трьома послідовно-з'єднаними рканальними польовими транзисторами, і між одним n-канальним польовим транзистором та трьома послідовно-з'єднаними n-канальними польовими транзисторами. На фіг.1 також зображено: 8 програмовані шини металізації; 9 - маска при легу 62994 4 ванні стік-витокових областей р-типу провідності; 10 - маска при легуванні стік-витокових областей n-типу провідності; 11 - тип орієнтації комірки при її мультиплікуванні в матрицю базового матричного кристалу; 12 - програмовані контакти; 13 – затвори. На фіг. 1, зображена комірка базового матричного кристала, що містить 3р- і 3n-канальні польові транзистори (4, 6) та 1n- і 1р-канальний польові транзистори (3, 5) попарно розташовані, послідовно з'єднані та діелектрично ізольовані між собою, при цьому стік-витокові області n- і р-канальних польових транзисторів використані як міжелементні з'єднання шляхом під'єднання затворів (13) nканальних польових транзисторів до земляної шини (2), а р-канальних - до шини і; живлення (1). Затвори транзисторів позначені цифрою (13). Області діелектричної ізоляції між одним р - канальним транзистором та трьома послідовно з'єднаними р-канальними транзисторами, та між одним nканальним транзистором та трьома послідовно з'єднаними n-канальними транзисторами позначені цифрою (7). Трасування і комутація відбувається за допомогою програмованих шарів металізації (8) і програмованих контактів (12). Для цього прикладу є високий коефіцієнт використання бібліотечних елементів комірки базового матричного кристала і задіяні повністю всі транзистори та відсутні надлишкові транзистори. При реалізації інших типів бібліотечних елементів їх діелектрична ізоляція дає змогу використовувати стік-витокові області та затвори таких транзисторів як шини для з'єднань, що покращує комутаційні можливості матриці з комірок базового матричного кристалу. Розроблена комірка базового матричного кристала є придатною для мультиплікування в матриці базового матричного кристала. Напрями орієнтації комірок при їх мультиплікуванні зображено положенням символа F (11), згідно фіг. 1. При мультиплікуванні комірок їх шини живлення і землі топологічно з'єднуються в шини живлення (1) і землі (2) матриці БМК згідно з фіг.1 та з одночасним формуванням при цьому поля матриці БМК. При формуванні стік-витокових областей р-типу провідності та стік-витокових областей n-типу провідності використовують відповідні маски (9, 10) для дифузійного легування. Розмір поля матриці БМК задається кількістю мультиплікованих комірок відповідно по осях X і У. Отже, топологічна симетрія комірки дозволяє її мультиплікацію з ефективним використанням площі на кристалі за рахунок, спільних шин «аналогової» чи «цифрової» земляної шини (2) і шини живлення (1). Особливістю комірки є також і те, що вона повністю узгоджена за топологічними параметрами симетрії, в більшості випадків при побудові бібліотечних елементів виключає електричну ізоляцію рn-переходами, а використовується діелектрична міжелементна ізоляція, що робить її більш ефективною з погляду використання площі кристалу. На основі комірки базового матричного кристала було розроблено електричні схеми, топологію цифрових і аналогових бібліотечних елементів. Їх характеристики і параметри промодельовано в 5 програмі SPICE, а після проектування топології уточнено в Micro Wind з врахуванням паразитних зв'язків і особливостей реальної топології, структури приладних елементів і розводки для остаточної корекції топології. Отримані результати засвідчують переваги запропонованої комірки щодо густини інтеграції, можливостей комутації та експлуатаційних характеристик. В комірку базового матричного кристала введені додаткові, діелектрично ізольовані від стік-витокових областей програмовані контакти (12) до підканальних областей транзисторів для управління «кінк»-ефектом і використання керованого біполярного ефекту для розширення функціональних можливостей схем і створення нових схемотехнічних рішень. Комірка має також покращені додаткові комутаційні можливості за рахунок використання незадіяних транзисторних елементів для комутаційних шин і розводки замість ізоляційних. Результати моделювання бібліотечних елементів при високих температурах показують високі характеристики надійності і стабільності. 62994 6 Було проведено порівняльні дослідження електричних характеристик методами комп'ютерного моделювання, а також можливостей топологічної реалізації та оцінки займаної площі на кристалі для одних і тих же бібліотечних елементів, реалізованих за відомими топологіями і на запропонованій комірці. Встановлено, що реалізація бібліотечних елементів БМК на запропонованій комірці базового матричного кристала має суттєві переваги по займаній площі, додаткових можливостях комутації та стійкості електричних характеристик бібліотечних елементів до розширеного інтервалу температур за рахунок введення діелектричної ізоляції. Отже комірка базового матричного кристала має покращені частотні і електричні характеристики, високу щільність розміщення елементів на кристалі, великий коефіцієнт використання транзисторів та покращені комутаційні можливості і може мати застосування як у промисловості, так і в науково-дослідних роботах із створення нових ІС та мікросистем-на-кристалі на основі структур «кремній-на-ізоляторі». 7 Комп’ютерна верстка Л.Литвиненко 62994 8 Підписне Тираж 23 прим. Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601