Комп’ютерне моделювання електричних характеристик логічних елементів на основі КНІ КМОН структур

Abstract

Актуальність теми. Розвиток сучасної мікроелектроніки характеризується постійним зменшенням розмірів елементів інтегральних схем при одночасному підвищенні вимог до їх швидкодії та енергоефективності. В цих умовах технологія кремній-на-ізоляторі (КНІ) стає все більш перспективною завдяки можливості створення транзисторів з покращеними характеристиками. Використання КНІ-структур дозволяє суттєво знизити паразитні ємності та струми витоку, що є для подальшої мініатюризації електронних компонентів. При цьому набуває оптимізація параметрів КНІ-транзисторів для досягнення оптимального балансу між енергоспоживанням та швидкодією. Зростаючі вимоги до енергоефективності мобільних та автономних пристроїв роблять актуальним пошук нових методів оптимізації параметрів КНІ-транзисторів. Зниження енергоспоживання без втрати продуктивності стає завданням при проектуванні сучасних інтегральних схем. Традиційні методи оптимізації часто не забезпечують необхідної ефективності через складність взаємозв'язків між параметрами КНІ-транзисторів. Необхідність врахування множини факторів та їх взаємного впливу вимагає розробки нових підходів до оптимізації. Підвищення робочих частот та щільності розміщення елементів призводить до зростання теплового навантаження на кристал. Оптимізація теплових режимів роботи КНІ-транзисторів стає фактором забезпечення їх надійності та стабільності характеристик. Розвиток технологій машинного навчання відкриває нові можливості для оптимізації параметрів напівпровідникових приладів. Застосування методів штучного інтелекту дозволяє знаходити неочевидні закономірності та оптимальні рішення в багатовимірному просторі параметрів. Актуальність теми також обумовлена необхідністю створення ефективних методик оптимізації, що враховують технологічні обмеження та забезпечують відтворюваність результатів при масовому виробництві КНІ-транзисторів.Мета і завдання дослідження. Метою роботи є розробка методів оптимізації параметрів КНІ-транзисторів для забезпечення мінімального енергоспоживання при збереженні необхідної швидкодії. Для досягнення поставленої мети необхідно вирішити наступні завдання:  розробити математичну модель КНІ-транзистора;  дослідити вплив конструктивних параметрів на характеристики приладу;  розробити алгоритм оптимізації на основі градієнтного методу; провести  експериментальну перевірку розроблених методів. Об'єкт дослідження: процеси в КНІ-транзисторах та методи оптимізації їх параметрів. Предмет дослідження: методи та алгоритми оптимізації конструктивних параметрів КНІ-транзисторів для забезпечення мінімального енергоспоживання. Практичне значення роботи полягає в розробці методики оптимізації параметрів КНІ-транзисторів, що дозволяє знизити енергоспоживання на 65% при збереженні необхідної швидкодії. Результати можуть бути безпосередньо впроваджені у виробництво. Теоретичне значення роботи полягає в розробці математичних моделей та методів оптимізації параметрів КНІ-структур, що розширюють теоретичну базу проектування напівпровідникових приладів. Гіпотеза дослідження: застосування методів градієнтної оптимізації з адаптивним кроком дозволить досягти оптимального співвідношення між енергоспоживанням та швидкодією КНІ-транзисторів. Новизна роботи полягає в розробці комплексного підходу до оптимізації параметрів КНІ-транзисторів, що враховує взаємний вплив конструктивних параметрів та забезпечує знаходження глобального оптимуму цільової функції. Методи дослідження. В процесі написання роботи була використана система загальнонаукових та спеціальних емпіричних і теоретичних методів дослідження. Також використовувалися такі емпіричні методи, як, опис, порівняння та узагальнення.