ИКТ в реализации ИОП
free spaceРЭФ: кафедра полупроводниковых приборов и микроэлектроники
free space
Кафедра полупроводниковых приборов и микроэлектроники Новосибирского государственного технического университета с 2003 года применяет в учебном процессе программные продукты приборно-технологического моделирования электронной элементной базы – TCAD-системы. Разработчики этих пакетов – компания Synopsys (США) и приобретенная ею в 2004 году компания ISE AG (Швейцария).

В 2007 году в рамках Инновационной образовательной программы «Высокие технологии» в НГТУ была закуплена новейшая TCAD-система – Sentaurus, которая в настоящее время используется студентами-старшекурсниками, магистрантами и аспирантами факультета радиотехники и электроники (РЭФ).

Система Sentaurus позволяет проводить высокоточное моделирование элементной базы практически для всех основных типов приборов микро- и наноэлектроники: кремниевых биполярных и полевых транзисторов, изготовляемых по BiCMOS-технологии, ячеек памяти, гетеротранзисторов, силовых, оптоэлектронных и телекоммуникационных приборов и т. д. Исследуемые объекты могут иметь одномерную, двухмерную и трехмерную структуры, анализ которых проводится на основе метода конечных элементов. Электрофизические приближения соответствуют моделям диффузионно-дрейфового и гидродинамического приближений, метода Монте-Карло и различных квантовых поправок, например на основе уравнения Шредингера.

Высокая эффективность TCAD-моделирования обеспечивается неразрывной связью электрофизических расчетов с технологическими, которая позволяет еще до реального изготовления прибора сконструировать его технологический маршрут и определить все необходимые параметры технологических режимов. Благодаря этому резко сокращается количество экспериментальных запусков контрольных пластин, экономится время разработки и расходуемые материалы.

Технологическое моделирование в Sentaurus реализуется на основе подсистемы SProcess, а электрофизическое – в подсистеме SDevices.


Модуль Sentaurus Process (SProcess) системы Sentaurus TCAD предназначен для проектирования, анализа и оптимизации технологических процессов и маршрутов изготовления сверхбольших интегральных схем (СБИС). Он обеспечивает возможность двух- и трехмерного моделирования диффузионных процессов, внутренних напряжений структур, роста оксидов и других физических явлений современных технологических процессов.

Sentaurus Device (SDevice) – средство приборного проектирования, позволяющее осуществлять 2D- и 3D-моделирование электрических, температурных, оптических характеристик активных и пассивных элементов СБИС.


С целью иллюстрации возможностей описываемой системы приведем рассчитанную в программе Sentaurus TCAD геометрическую структуру и вольтамперные характеристики высокоскоростных гетеробиполярных кремниевых транзисторов с варизонной базой на основе Si-Ge (рис. 1 и 2).



Рис. 1. Геометрическая 3D-структура биполярного транзистора с базой на основе Si-Ge



Рис. 2. График Гуммеля и зависимость коэффициента усиления для биполярного транзистора с базой на основе Si-Ge

Такие транзисторы сейчас рассматриваются как перспективная элементная база для различных широкополосных телекоммуникационных систем, обеспечивающих скорости передачи данных в диапазоне от 10 до 40 Гбит/с.

В целом применение системы Sentaurus в учебном процессе позволило вывести подготовку специалистов в области микро- и наноэлектроники на РЭФ НГТУ на качественно новый уровень.

Евгений Афанасьевич Макаров,
к.т.н., доцент
кафедры полупроводниковых приборов и микроэлектроники












Сергей Васильевич Калинин,
к.т.н., доцент
кафедры полупроводниковых приборов и микроэлектроники











В разработке системы Sentaurus TCAD важную роль сыграли выпускники факультета радиотехники и электроники НГТУ (1984 г.), главные специалисты компании Synopsys Олег Викторович Пензин – генеральный конструктор программного модуля SProcess – и Виктор Альбертович Мороз – генеральный конструктор программного модуля SDevices.


  Олег Викторович Пензин













  Виктор Альбертович Мороз