Научное направление «Моделирование и проектирование приборов, схем и систем микро- и наноэлектроники с учетом влияния внешних воздействующих факторов (температуры и радиации)»

Координатор направления – д.т.н., проф., Петросянц К.О., лауреат премии Правительства РФ в области науки и техники, почетный работник высшего спец. образования РФ, ординарный профессор НИУ ВШЭ).

Направление реализуется на базе лабораторий Департамента электронной инженерии МИЭМ и учебно-научных центров компаний Mentor Graphics и Synopsys. Оно включает два частных направления:

Моделирование и проектирование радиационно- и температуростойких электронных компонентов (Петросянц К.О.).

Методы и средства измерений свойств материалов и приборов электроники и фотоники (Лысенко А.П., Харитонов И.А., Самбурский Л.М.).

Наиболее существенные научные достижения.По признанию ведущих отечественных и зарубежных ученых и специалистов коллектив занимает лидирующие позиции в области моделирования полупроводниковых (п/п) приборов и микросхем, работающих в жестких условиях действия радиации и температуры.

Разработаны приборно-технологические (TCAD) и схемотехнические (SPICE) модели и методикиопределения их параметров для биполярных МОП, БиКМОП, IGBT, SiGe и др., транзисторов различной мощности:

• для нормальных условий работы элементной базы, 
• с учетом влияния низкой (до -200^оС) и высокой (до +300^оС) температуры,
• с учетом влияния различных факторов радиации: гамма-излучение, нейтроны, протоны, электроны, импульсное излучение, тяжелые заряженные частицы.

Модели построены на базе стандартных моделей путем включения выражений и дополнительных элементов, учитывающих радиационные эффекты.

Модели и методики определения их параметров отработаны на элементной базе, выпускаемой ведущими предприятиями-изготовителями:

•  транзисторов КНИ КМОП БИС памяти,
• КНИ МОП-транзисторов семейства радиационно-стойких цифро-аналоговых базовых матричных кристаллов (БМК) для микромеханических систем,
• интегральных схем в узлах специализированной электроники с повышенной радиационной стойкостью,
• интегральных n-p-n- и p-n-p-транзисторов схем операционных усилителей (ОУ) для приёмников и передатчиков систем связи,
• дискретных эпитаксиально-планарных n-p-n-транзисторов, используемых в телеметрических системах,
• мощных биполярных и МОП-транзисторах для вторичных источников питания аппаратуры специального назначения, 

Решаемые задачи:

1. Создание численных математических моделей, описывающих физические процессы в 2-х и 3-х мерных структурах п/п приборов и элементов ИС (TCAD моделей).
2. Создание компактных (SPICE) моделей п/п приборов для расчета электрических схем методами теории цепей (SPICE моделей).
3. Включение моделей в современные приборно-технологические и схемотехнические САПР.
4. Экспериментальное исследование электрических, радиационных и тепловых характеристик п/п приборов, микросхем, БИС, систем на печатных платах.
5. Выполнение реальных проектов по заказам ведущих отечественных предприятий.

Характеристики, требуемые для определения параметров моделей, можно получать несколькими путями:

•  информацию предоставляет Заказчик по согласованному перечню;
•  МИЭМ НИУ ВШЭ выполняет измерения тестовых образцов, предоставленных Заказчиком, с помощью разработанного аппаратно-программного комплекса (см. рисунки 1 и 2 ниже);
• требуемые характеристики получаются из результатов моделирования структур приборов с помощью средств приборно-технологического моделирования TCAD (см рисунок 3 ниже).

Рисунок 2.


Рисунок 3.

 
Рисунок 4.


Рисунок 5.


Рисунок 6.

Область применения результатов охватывает электронику таких ключевых отраслей народного хозяйства и обороны страны, как: авто- и авиапром, ракетно-космический комплекс, энергетика (в т.ч, ядерная), нефтяная и газовая отрасли, специальное машиностроение, телекоммуникации и связь, военная техника и др. Модели, разработанные коллективом, используются на предприятиях Росатома, Роскосмоса, Электронпрома и др. при проектировании п/п приборов и схем, обладающих повышенным запасом надежности.

Академические и промышленные партнеры: ИППМ РАН, НИИСИ РАН, АО «Нанотехно-логический центр» (г. Зеленоград), ОАО НПП «Пульсар», ФГУП ВНИИА, ОАО «НИИМЭ и Микрон» (г. Зеленоград), ФГУП ФНПЦ НИИИС (г. Н. Новгород), ОАО НПО ИТ (г. Королев), НПК Технологический центр МИЭТ (г. Зеленоград) и др.

Работы докладывались на крупных международных конференциях в США, Англии, Франции, Германии, Бельгии, Италии, Китае, Индии, Японии, Сингапуре, Польше, Уругвае, ЮАР и др. и межведомственных совещаниях.

Кремниевая долина (США), крупнейший мировой симпозиум по проблеме учета тепловых процессов в электронной аппаратуре The 33-th SEMI-THERM Symposium “Semiconductor Thermal Measurement, Modeling and Management”.

Крупная международная конференция по надежности микро- и наноэлектронных приборов – 2017 International Workshop on Reliability of Micro-and Nano-Electronic Devices in Harsh Environment в китайской «Кремниевой долине», г. Чэнду, Китай

На фото профессор К. О. Петросянц с «классиком» в области радиационной стойкости полупроводниковых приборов, профессором Даном Флитвудом, руководителем департамента Электроники и вычислительной техники Вандербильдского университета г. Нешвиль (США), главным редактором журнала IEEE Transaction on Nuclear Science.

На фото профессор К. О. Петросянц с председателем Оргкомитета конференции, директором Института микроэлектроники Академии наук КНР Джиншуном Би.

 

Публикации и гранты за  2013- 2017 г.г.:

1. в изданиях WoS – 25 публ,  Scopus – 32 публ.
2. ВАК РФ -  15 публ.;
3. кол-во грантов:

1 Фундаментальная НИР НИУ ВШЭ;

1 индивидуальный грант НИУ ВШЭ,
6 грантов РФФИ;

Наиболее значимые публикации за 2013- 2016 г.г.:

1. Petrosyants, K.O., Kharitonov, I.A., Lebedev, S.V., Sambursky, L.M., Safonov, S.O., Stakhin, V.G. Electrical characterization and reliability of submicron SOI CMOS technology in the extended temperature range (to 300°C)// Microelectronics Reliability, 2017, in press, doi:10.1016/j.microrel.2017.05.018
2. Konstantin O. Petrosyants, Lev M. Sambursky, Igor A. Kharitonov, Boris G. Lvov. Radiation-Induced Fault Simulation of SOI/SOS CMOS LSI’s Using Universal Rad-SPICE MOSFET Model // Journal of Electronic Testing: Theory and Applications (JETTA). 2017. Vol. 33. No. 1. P. 37-51.
3. Petrosyants K. O., Kozhukhov M. V. Physical TCAD model for proton radiation effects in SiGe HBTs // IEEE Transactions on Nuclear Science. 2016. Vol. 63. No. 4. P. 2016 -2021.
4. Konstantin O. Petrosyants, Sergey V. Lebedev, Sambursky L. M., Veniamin G. Stakhin, Kharitonov I. A. Temperature Characterization of Small-Scale SOI MOSFETs in the Extended Range (to 300°C) // Proceedings of the 22nd International Workshop on Thermal Investigations of ICs and Systems (Therminic 2016). IEEE, 2016. P. 250-254.
5. Петросянц К. О., Самбурский Л. М., Харитонов И. А., Кожухов М. В. Измерения электрических характеристик биполярных и МОП-транзисторов под действием радиации // Измерительная техника. 2016. № 10. С. 55-60.
6. Петросянц К. О. Модели полупроводниковых приборов для проектирования БИС космического назначения // Международной форум "Микроэлектроника-2016". 2-я научная конференция "Интегральные схемы и микроэлектронные модули". М.: Техносфера, 2016. С. 33-37.
7. Kharitonov I. A., Petrosyants K. O., Popov A. V. Analysis of temperature-current rise in modern PCB traces by means of thermography, in: Proceedings of the 13th International Workshop on Advanced Infrared Technology and Applications (AITA-2015). Piza: CNR-ISTI, Italy; Fondazione “Giorgio Ronchi”, Firenze, 2015. P. 171-174.
8. Petrosyants K. O., Rjabov N. Quasi –3D Electrical and Thermal Modeling of Microelectronic Semiconductor Devices // Proc. of International Conference on Simulation, Modeling and Mathematical Statistics (SMMS-2015). Lancaster: DEStech Publications,Inc., 2015. P. 252-257.
9. Petrosyants K. O., Kharitonov I. A., Sambursky L. M., Mokeev A. S. Rad-Hard Versions of SPICE MOSFET Models for Effective Simulation of SOI/SOS CMOS Circuits Taking into Account Radiation Effects// Proc. of the 24th European conference on radiation and its effects on components and systems -2015 (RADECS 2015), Moscow, Russia, 14-18 September. Piscataway: Institute of Electrical and Electronic Engineers, 2015. P. 23-26.
10. Konstantin O. Petrosyants, Kharitonov I. A., Sambursky L. M. SOI/SOS MOSFET Universal Compact SPICE Model with Account for Radiation Effects// EUROSOI-ULIS2015 2015 Joint International EUROSOI Workshop and International Conference on Ultimate Integration on Silicon January 26-28, 2015 - Bologna, Italy. Bologna: IEEE, 2015. P. 305-308.
11. Петросянц К. О., Рябов Н. И., Харитонов И. А., Козынко П. А. Подсистемы электротеплового моделирования СБИС и печатных плат, расширяющие возможности коммерческих САПР // Международная конференция «Микроэлектроника 2015». Сборник тезисов. г.Алушта, Крым, 28 сентября - 3 октября 2015 г. М. : Техносфера, 2015. С. 231-232.
12. Petrosyants K. O., Kharitonov I. A., Kozynko P., Rjabov N. Multilevel System for Thermal Design, Control and Management of Electronic Components // International Journal of Advancements in Electronics and Electrical Engineering. 2014. Vol. 3. No. 2. P. 22-27.
    
    

Более детальная информация – в буклетах:

Измерение и контроль температуры полупроводниковых приборов, микросхем, печатных плат и блоков

Моделирование тепловых процессов в полупроводниковых приборах, микросхемах, печатных платах и блоках

Исследование и моделирование  радиационных эффектов в полупроводниковых приборах и схемах

Контактная информация: