تبليغات
تبلیغات در دانشجو کلوب محک :: موسسه خيريه حمايت از کودکان مبتلا به سرطان ::
جستجوگر انجمن.براي جستجوي مطالب دانشجو کلوپ مي توانيد استفاده کنيد 
برای بروز رسانی تاپیک کلیک کنید
 
امتیاز موضوع:
  • 0 رأی - میانگین امتیازات: 0
  • 1
  • 2
  • 3
  • 4
  • 5

مدل سازی ، بررسی ویژگیها و طراحی سلفهای یکپارچه در آی سی های RF سیلیکونی

نویسنده پیام
  • ♔ αϻἰг κнаη ♔
    آفلاین
  • مدیرکل  سایت
    *******
  • ارسال‌ها: 16,105
  • تاریخ عضویت: تير ۱۳۹۰
  • اعتبار: 1090
  • تحصیلات:زیر دیپلم
  • علایق:مبارزه
  • محل سکونت:ایران زمین
  • سپاس ها 34951
    سپاس شده 49155 بار در 13535 ارسال
  • امتیاز کاربر: 551,587$
  • حالت من:حالت من
ارسال: #1
مدل سازی ، بررسی ویژگیها و طراحی سلفهای یکپارچه در آی سی های RF سیلیکونی
مدل سازی ، بررسی ویژگیها و طراحی سلفهای یکپارچه در آی سی های RF سیلیکونی :
خلاصه :
نتایج بررسی های جامع درباره ویژگیها و اثرات مناسب سلفهای ساخته شده از فلزات سیلیکونی با یک فرایند میکرونی سطح بالا VLSI ، ارائه می شود . یک برنامه کامپیوتری که مدل فیزیکی اجزای نوارهای میکروسکوپی را استخراج می کند که در آنالیز و شبیه سازی مدارات ، در ارزیابی گوناگون اتصالات ، هندسه طرح و پارامترهای ماده اصلی روی کارایی سلفهای یکپارچه استفاده می شود ، مناسب و مفید است .
همچنین شبیه سازی های متعدد سه بعدی و محاسبات یا اندازه گیری های آزمایشگاهی درباره سلفها در بررسی میزان دقت مدل استفاده می شود . همچنین مشاهده می شود که در این کار ، Q کم سلف در ابتدا به خاطر محدودیت های اعمال شده به وسیله اتصالات جزئی که در اکثر تکنولوژی هایی با مقیاس بسیار وسیع قابل دسترسی است ، است و این که طرحهای سلفی کامپیوتری مناسب می توانند برای رسیدن به بهبود 50 درصد در ضریب Q اجزا در طرحهای مشکل استفاده شوند .
مقدمه :
مدارات فرکانس رادیویی که بر اساس تکنولوژی های مدارات مجتمع یکپارچه ماکروویو ساخته می شوند ( مانند GaAS ) بطور وسیع از خطوط انتقال یکپارچه ( آی سی ) برای بررسی و درک خاصیت سلفی ، استفاده می کنند که سلف یک المان کلیدی در اکثر طرح های مداری باند باریک با کارایی بالا است . تکنولوژی های آی سی های سیلیکونی به ندرت برای کاربردهای آنالوگ با رنج فرکانس رادیویی یا ماکرو ویو ، استفاده می شود . زیرا از ابتدا ساختارهای خطوط انتقال به ندرت روی مواد پایه نیمه هادی ساخته شده از سیلیکون اجرا می شوند .
برای استفاده از توانایی های پیشنهاد شده بوسیلیه خاصیت سلفی یکپارچه ، محدودیت های تحمیل شده بوسیله تکنولوژی سیلیکون روی کارایی المان ها ، بطور دقیق ، مدل سازی و توصیف می شوند .
توانایی بهبود و استفاده طرح های مداری سیلیکونی شامل سلفهای یکپارچه به وسیله دیگران به عنوان کمبود مطالعات ارائه شده درباره فن طراحی شناسایی می شود . کارایی محاسبه ای ، قابلیت مقیاس دهی ، مدل تک - المانی که می توانند در یک آرایش خطوط انتقال اختیاری اعمال شوند ، مانند سلف حلقوی یکپارچه ، در این صفحه توضیح داده خواهند شد .
مدل یک سلف قابل مقیاس دهی و موثر می تواند در بهبود سریع کارایی الکتریکی یک سلف در کاربرد RFIC استفاده شود . دقت مدل تک المانی به وسیله استفاده از شبیه سازی های متعدد سه بعدی در ترکیب به اندازه گیری های آزمایشی برای اثر تغییرات در ضخامت فلزکاری ، هندسه طرح و پارامترهای ماده اصلی ارزیابی می شود . نتیجه این بررسی ها حوزه ای را مشخص می کند که بهبود فرآیند و بهبود پارامترها می تواند در حداکثر کارایی مدارات RF که از طرحهای سلفی سیلیکونی استفاده می کنند ، اعمال شود . برخی اطلاعات طراحی برای افزایش کارایی سلف در تکنولوژی های مشابه توضیح داده خواهد شد .
سلفهای یکپارچه :
مدارات تشدید رزنانسی فواید متعددی را برای طراح مدارهای فرکانس بالا ارائه می دهد . کار در ولتاژ تغذیه پایین ، ساده کردن امپدانس پیوندی بین طبقات و تلفات کم برای کاهش اثرات نویز مداری فقط چند ویژگی مدارات LC است که می توانند برای رسیدن به یک سطح راندمان بالا در تکنولوژی ساخت داده شده ، استفاده شدند . با این حال خاصیت سلفی در آی سی نیازمند درک یا بررسی شبکه های LC برای این منظور است . در فرکانسهای رادیویی و میکروویو ، یک سلف پسیو ، کامل ، اغلب بهتر از ترکیب یک راکتانس القایی با یک مدار فعال است . اجزای پسید غیر فعال نویزکم و توان مصرفی کم را ارائه می دهند و همچنین پهنای باند و محدوده کار خطی وسیعی در مقایسه با نمونه های مشابه الکترونیکی مانند ........... دارند . سلفهای غیر فعال می توانند در روی آی سی به وسیله خطوط انتقال انجام شوند . امپدانس ورودی بخش کوتاهی از یک خط انتقال که به اتصال کوتاه منتهی می شود می تواند به صورت زیر نوشته شود :
که Z0 ویژگی امپدانسی دارد و Y ثابت انتقال در مراحل طول L در یک خطوط انتقال است .
در اینجا در نظر گرفته شده که در یک شرایط مناسب کار فرکانس ، طول فیزیکی خط کوتاه تراز یک دهم طول موج است . یعنی خط از لحاظ الکترونیکی به صورت اتصال کوتاه ظاهر می شود .
بر اساس (1) : امپدانس ورودی وابسته به مقدار مقاومت سلف بر واحد طول ، r ، در مقایسه با مقدار سلف بر واحد طول ، L ، در یک خط انتقال ، مقاومتی یا سلفی خواهد بود . برای مقاومت کم ، فلزات از جمله اتصالات فلزی استفاده شده در یک مدار مجتمع آی سی ، امپدانس ورودی می تواند طوری ظاهر شود که بیشتر سلفی باشد.
نسبت اندوکتانس سری یا خازن موازی بر واحد طول ، امپدانس ویژه خط انتقال را تعریف می کند . افزایش امپدانس ویژه ( برای مثال ، استفاده از خط فلزی نازک ) طول خط را که برای سلف داده شده مورد نیاز است کاهش می دهد . ساختار خط انتقال میکروسکوپی روی یک آی سی سیلیکونی شامل یک نوار فلزی بالای یک صفحه هادی ، ماده اصلی ( substrate ) و لایه های اکسید داخلی که بین دو هادی قرار گرفته شده است . برای اندازه های نوعی که در فرآیند ساخت آی سی تجاری با آن مواجه می شویم ( پهنای خط فلزی بین 5 تا 50 میکرومتر در روی یک ماده اصلی یا ضخامت 350 میکرومتر ) امپدانس ویژه خط میکروسکوپی محدوده ای نزدیک 100 – 200 قرار دارد .
رفتار ماده اصلی و ابسته به مقاومت و ثابت ا نتشار موج فرکانس است . با این حال ماده اصلی به صورت یک دی الکتریک در فرآیند های سیلیکونی با مقیاس وسیع جایی که
مقاومت نوعاً در رنج بین cm. 100-10 است و فرکانس کاری در رنج فرکانس GHZ است .
بزرگترین راکتانس سلفی که می تواند روی آی سی فراهم شود از رابطه زیر محاسبه
می شود :
راکتانس سلفی که l طول خط انتقال و طول موج مورد نظر است . در اینجا یک خط انتقال کوتاه ( یعنی کوچکتر از یک دهم طول موج ) با حداکثر مقاومت ویژه 200 در نظر گرفته می شود . راکتانس سلفی بر اساس (2) متناظر با یک سلف nH20 در یک فرکانس 1GHZاست . این نزدیک به حد بالایی است که در یک فرآیند استاندارد سیلیکون بصورت یکپارچه بدست می آید .کوچکترین مقدار سلف برای اکثر کاربردهای مداری عملی در رنج فرکانس 1-3 GHZ در حدود 1nH است . تلفاوت ناشی از نیمه هادی اصلی یا پایه در یک تکنولوژی
آی سی سیلیکون ، ضریب Q را به مقادیر کمتر از 10 برای اغلب فرآیندهای آی سی تجاری محدود می کند .
همچنین ، بعلاوه شکل هندسه مستطیلی که در اینجا استفاده شد ، شکلهایی با هندسه دایره ای و هشت ضلعی نیز بطور وسیع در ساخت سلفهای حلقوی میکروسکوپی استفاده
می شود . اگرچه افزایش ضریب Q تا 10% نیز با استفاده از شکل دایره ای نسبت به شکل مربعی امکان پذیر است ، حلقه دایره ای ناحیه بزرگتری از آی سی را مصرف می کند و این مشکلات و تولید ماسک های نوری را نشان می دهد . بعلاوه ، واکنش بین مولفه های میدان مغناطیسی در نزدیکی اطراف یک سلف مارپیچ غیر مستطیلی پیچیدگی زیادی را در ایجاد و توسعه یک مدل مداری اضافه می کند .
بنابراین ، فقط سلف مارپیچی مربعی در این بحث مدنظر خواهد بود . ساختار مارپیچی سلف ، در حالی که فشرده و راندمان فضایی بیشتر در مقایسه با یک سلف با خط مستقیم معادل دارد ، آنالیز آن خیلی مشکل است . بیان صحیح ویژگی های این ساختار در فرکانسهای ماکروویو به آنالیز میدانهای اطراف ، اغتشاشات ، اثرات صفحات زمین شده و برای طرح آی سی های سیلیکون بصورت بسیار مهم ، آنالیز اثر هدایتی ماده اصلی یا پایه روی راندمان یا کارایی اجزا نیاز دارد . این اثرات بطور کامل به صورتی که از قبل رفتار سلف قابل پیش بینی باشد نمی توانند آنالیز شوند و بنابراین ، آنالیزهای متعددی برای تعیین پارامترهای مدل الکتریکی سلف مورد نیاز است .
سلف یکپارچه در تکنولوژی سیلیکون :
کارایی سلفهای مارپیچی مربعی میکروسکوپی در تکنولوژی سیلیکون 0.8 Bicmos میکرومتر بوسیله meyer , nguyen در سال 1990 ارائه شده است سلفهایی که با استفاده از یک خطوط انتقال میکروسکوپی ساخته می شوند مانند :
مارپیچ مربعی ، و رفتار الکتریکی آنها بطور مناسب بوسیله یک سلف جدا و چند مولفه اغتشاشات اضافی مدل و شبیه سازی می شود . برخی فیلترهای LC ساده و مدارات پردازش سیگنال از این سلفها که توضیح داده شده اند استفاده می کنند.
با این حال ، راندمان یا کارایی مدارات به وسیله Q کم سلفها محدود می شود یعنی کمتر از پنج . در مدارات مجتمع سیلیکون RF که شامل سلفهای یکپارچه هستند کار بردهای محصول بعداً توسط تعدادی از کارخانه های سازنده توضیح داده می شود .ویژگی های سلفهای ساخته شده در تکنولوژی های متنوع سیلیکون در مقالات مطالعه و گزارش شده است . انگیزه و هدف اصلی این تحقیقات بهبود کیفیت سلف از طریق اصلاح یا تغییر طرح فلزکاری و یا خواص ماده پایه زیرین بوده است . روشهایی که تاکنون استفاده
شده اند شامل :
فلزکاری ضخیم ، چیدن لایه های فلزی به صورت فرایند چند سطحی ، اکسید فلز داخلی ضخیم ، ساخت با استفاده از مواد پایه سیلیکونی بسیار انحصاری ، حذف سیلیکون انتخاب شده از زیرساختار سلفی به وسیله واکنش های شیمیایی . مجوز برای این بررسی های آزمایشی ناشی از ارزیابی های اکتشافی درباره پارامترهای محدود کننده کارایی سلف یا شبیه سازی های متعدد از ویژگی های الکتریکی سلفها که از میدانهای الکترومغناطیسی قابل دسترسی استفاده می کنند است .

مدل سلف یکپارچه سیلیکونی :
مدل مداری که رفتار الکتریکی سلف یکپارچه را در فرکانسهای RF و ماکروویو توصیف می کند نیازمند شبیه سازی کامپیوتری و استفاده بهینه از مدارات تشدید ساخته شده بر اساس تکنولوژی های آی سی سیلیکون است . شبیه سازی یا مدل کردن سلف های مارپیچی سیلیکونی به نتایج شبیه سازی های متعدد و یا به مدارهای معادل تک المانی برای محاسبات اطلاعات محدود می شود . مدلهای الکتریکی مداری برای یک سلفی که ناشی از همین روش است نمی تواند به صورتی مقیاس دهی شود که تغییرات طرح یا تکنولوژی ساخت را منعکس کند .
شبیه سازی های متعدد تجاری اکنون قابل دسترسی هستند که توزیع میدان الکترومغناطیسی در ساختار هادی های مسطح را به صورت سه بعدی محاسبه می کنند . این شبیه سازها می توانند پارامترهای مداری سلف مارپیچی را از مسائل میدانی که در یک شبیه ساز مانند spice استفاده می شود ، استخراج کنند . با این حال ، یکی از معایب شبیه سازی سه بعدی این است که برخی مهارتها از طرف کاربر مورد نیاز است تا نتایج معنی دار و مناسبی بدست آید .عیب دیگر محدودیت ، سرعت پردازش و اندازه حافظه ای است که در ساختارها قرار دارد که می تواند در زمان مناسبی آنالیز شود .بهینه سازی ضریب Q در ساختار مسطح نیازمند جاگذاری دقیق خطوط میکروسکوپی است تا کوپل محکم بین میدان مغناطیسی و خطوط میکروسکوپی باعث کاهش تلفات اهمی شود .
بنابراین ، یک نسبت بزرگ پهنای خط به فضای خط مورد نیاز است ، و این نیازمند حافظه کامپیوتری راحتی و زمان محاسبه برای تعیین پارامترهای مدل مداری است اگر یک حل کننده میدانی تجاری مورد استفاده قرار گیرد .
مدل سلف با قابلیت مقیاس دهی :
مدل مداری یک سلف با قابلیت مقیاس دهی به طراح انعطاف پذیری بیشتری در طراحی سلف برای کاربرد RF می دهد قابلیت مقیاس دهی توضیح می دهد که پارامترهای الکتریکی مدار معادل سلف می تواند از شکل هندسی و ویژگی های فنی پارامترها استخراج شود .مدل کامل قابل مقیاس دهی، بدست آوردن هر مقدار سلف که برای یک مدار RF استفاده می شود را امکان پذیر می کند . همچنین این مجموعه مدلها را به صورت چارچوب CAD نوعی ساده می کند . توانایی تولید پارامترهای سلف بر اساس تقاضاها ، نیازمند گسترش کتابخانه طرح سلف است که می تواند بطور مناسبی تولید نگه داری شود .تلفات اهمی در هدایت ماده پایه باید در مدل به حساب آنید . این تضات می توانند به روش ممکنه برای انتقال سیگنالها روی خطوط انتقال ساخته شده در سیستم
sio2 / si مربوط باشند :اثر پوستی ، موج کند ، کوتاه و مدل های نیمه - TEM
مدارهای معادل تک المانی برای هر حالت به وسیله Hasegame ارائه می شود به طوری که المانهای پارازیتی موازی خطوط میکروسکوپی به وسیله ترکیب دو خازن و یک مقاومت نشان داده می شود . این تقریب ساده سازی می تواند به سلف مارپیچی اعمال شود همانند شکل 1 ، جایی که سلف به صورت یک مجموعه خطوط انتقال میکروسکوپی کوتاه نشان داده شده است .
هر بخش خط انتقال بطور فیزیکی طول کوتاهی دارد و بنابراین بطور مناسب به وسیله یک مدل تک المانی که شامل المان های سری برای مدل کرد ن مقاومت و سلف بر حسب طول است و المانهای موازی که برای مدل کردن اثرات پارازیتی و تلفات ماده پایه است ، توصیف می شود .این نمونه های تک المانی به طور سری به هم وصل می شوند تا ساختار کلی مارپیچ را شبیه سازی کنند . کوپل الکتریکی و مغناطیسی بین نوارهای موازی هادی باید در مدل یا نمونه در نظر گرفته شوند .
با این حال در کوپل ضعیف بین نوارهای عمودی برای کاهش پیچیدگی مدل می تواند صرف نظر شود .
این روش تکراری برای مدل کردن سلف میکروسکوپی به وسیله green house انجام گرفت و به وسیله دیگران مورد بررسی قرار گرفت و سپس به صورت یک آرایشی از خطوط میکروسکوپی قائم کامل به وسیله Rabjohn گسترش یافت . انعطاف پذیری و کارایی محاسبه ای که به وسیله این روش فراهم می شود می تواند برای گسترش مدل سلف با قابلیت مقیاس دهی در این کار انجام شود . توانایی های مدل می تواند با شامل شدن تلفات اهمی lاده پایه هادی گسترش داده شود .
یک برنامه کامپیوتری ، GEMCAP2 برای استخراج پارامترهای الکتریکی برای یک مدل مداری تک المانی بر اساس مشخصات سلف استفاده می شود . پارامترهای مدل تک المانی هر خط میکروسکوپی از شکل هندسی طرح ، ماده پایه استفاده شده و خواص فلز کاری ، محاسبه می شوند .جدول I پارامترهای فنی تکنولژی Bicmos را که در ساخت سلف های توضیح داده شده در این بخش استفاده می شوند ، نوشته است . خود القایی و القای و متقابل برای تمامی بخشهای خط از اصطلاحات پایانی محاسبه می شوند ، جایی که ضخامت غیر صفر فلزکاری متشکل از محاسبات خود القایی و القای متقابل با استفاده از هندسه فاصله میانی ، سطح مقطع هادی است .
خودالقایی یا l ( بر حسب NH ) یک هادی مستقیم با یک سطح مقطع مربعی می تواند از فرمول سلف متقابل بین دو سیم حامل جریان که توسط Groner بیان شده ، محاسبه
شود .خازنهای خود و متقابل با استفاده از روش عددی دو بعدی گسترش داده شده برای خطوط میکروسکوپی کوپل شده ، محاسبه می شود . مقاومت موازی لایه نیمه هادی می تواند مستقیما از خازن ......... تخمین زده شود . تلفات خازنهای القایی بی اهمیت شمرده می شدند زیرا خطوط میکروسکوپی بطور دقیق و نزدیک جاگذاری شده اند . مقاومت وابسته به فرکانس یا همان rsu از عبارات .............. به شکل یک مدار معادل تک المانی کامل نشان داده شد .
به عنوان یک مثال از روش آنالیز GEMCAP2 ، یک مدل مداری می تواند برای سلف مارپیچی نشان داده شده در شکل 1 بدست آید .طرح فیزیکی مارپیچ میکروسکوپی در ابتدا در گروه هایی از خطوط کوپل ترکیبی برای آنالیز تقسیم می شود :
یک گروه بر حسب جهت طرح مربع در شکل نشان داده شده است . بنابراین پارامترهای تک المانی یک مدال معمول ، برای تک تک خطوط میکروسکوپی در هر گروه ، استخراج می شود .همانطوری که در شکل 2 نشان داده شده است چهار تا از مدار معادل که برای یک دور از مارپیچ مورد نیاز است و بخوبی خاز نهایی که برای مدل کردن از خازنی بین خطوط هستند نشان داده شده اند . منابع جریان مستقل به خاطر کوپل متقابل مغناطیسی نوارهای موازی در یک گروه از خطوط کوپل شده در نظر گرفته شده است .
بر حسب افزایش در تعداد دور مارپیچ ، بخشهای تک المانی بیشتری به خاطر در منظور گرفتن خطوط کوپل شده اضافی در هر گروه ، افزوده می شدند . برای مثال در یک سلف مارپیچی هشت دور با N=8 خطوط میکروسکوپی جهت دار ، در کل 4N یا همان 32 بخش تک المانی و علاوه بر آن المانهای اتصالی نیز برای مدل کردن خازنهای متقابل بین نوارها همانند شکل 2 وجود خواهند داشت .
تعداد دیگری از اغتشاشات و اثرات موثر آنها وجود دارد که باید در نظر گرفته شوند . ظرفیت خازنی در اثر سیم کشی هادی که برای اتصال مرکز مارپیچ استفاده می شود
می تواند با خازنهای تک المانی بین پایه خارجی و بخشهای تک المانی مناسب
مدل شود .
این خازنهای در شکل 2 نشان داده نشده اند . تراکم جریان در گوشه های مارپیچ مربعی سلف و خازن پارازیتی را به مدل اضافه می کند که به وسیله یک اتصال lbend , cbend تک المانی در هر گره گوشه در نظر گرفته می شود . ( دقت شود که فقط cbend در شکل 2 نشان داده شده اsj برای فرکانسهایی در رنج کمتر ازGHZ ، این اثرات کاملاً کوچک هستند و اغلب از آنها صرف نظر می شود .همچنین ضریبهایی به قطعات تلف کننده مدل اضافه می شود تا وابستگی تلفات سلف به دمای کار را شرح دهند .به همراه المانهای مداری Df فعال و غیر فعال دیگر استفاده شدند . برای استفاده بهتر از مدارات RF پیچیده مدل کامل بطور معمول به یک مدل خلاصه شده یا پارامتری تنزل پیدا می کند .
مدل خلاصه شده سلف :
یک حالت ساده یا خلاصه شده مدل کامل سلف با قابلیت مقیاس دهی ( یعنی ، یک مدل با حداقل تعداد المانهای ممکنه ) برای محاسبات دستی و سهولت در استفاده در اکثر ساختارهای مداری RFپیچیده مورد نیاز است .برای استفاده بهتر مدل خلاصه شده می تواند به راحتی از ساختار مدل مقیاس دار پیچیده بدست آید .
یک بخش تک المانی نوع ( همانطوری که در شکل 3 نشان داده شده ) به وسیله دیگران بعنوان مدل خلاصه شده ای که برای محاسبات آزمایشی سلفهای سیلیکونی یکپارچه مناسب است ، استفاده شده است .
پارامترهای Y , C , L مدل ساده شده می تواند از طریق ترکیب شناسایی پارامترها و تطبیق کردن آنها با هدف استفاده بهتر از کامپیوتر تخمین زده و بدست آیند .Frlan بیان کرده است که مدل ساده شده می تواند مستقیما از پارامترهای مدل با قابلیت مقیاس دهی برآورد شوند . با استفاده از این روش ، مقاومت و سلف سری مدل ( L,YS در شکل 3 ) با جمع ساده سلف و مقاومتهای هر بخش میکروسکوپی جدا که به هم به صورت سری وصل شده اند ، بدست می آید .خازنهای پارازتیی هر بخش جدا بطور مشاور می تواند به صورت یک خازن برای مدل ساده شده جمع شوند که به صورتی که یکی از بازوهای موازی مدل نشان دهنده اغتشاشات خارجی و بازوی دیگر پارازیتهای داخلی را مدل می کند .مقاومت rsi در مدل ساده شده از خازن موازی csi و با ثابت قرار دادن مجموعه پارامترهای محاسبه می شود . بر اساس این تخمین اولیه ، این احتمال وجود درد که رابطه نزدیکی بین مشخصات الکتریکی مدل مقیاس دار با پارامترهای اصلاح شده استفاده شده در کامپیوتر باشد .این روش برای اجرا در اکثر شبیه سازهای تجاری که توانایی استفاده بهینه از پارامترهای مداری را دارند ، ساده است و آن فقط نیازمند زمان محاسبه اضافی کوتاهی برای اصلاح تعدادکمی از پارامترها در یک بخش تک
المانی است .
مقادیر المانها برای مدل ساده شده نشان داده شده در شکل 3 با تخمین و استفاده مناسب از مدل مقیاس دار یک سلف مارپیچی 5 . 4دور بدست می آید .
پارازیتهای موازی متقارن نیستند ( یعنی Cox1* برابر با Cox2 نیست ) که این نتیجه متقارن نبودن ذاتی طرح سلف مارپیچی است. این مدل بقدر کافی که برای محاسبات دستی در یک مدار مفید باشد ساده است و آن مدل GEMCAP2 برای فرکانسهای حتی بیشتر از اولین فرکانس رزونانس سلف مناسب است . با این حال به دلیل طبیعت غیر فیزیکی این مدل ساده ، پارامترهای مدل ساده شده به آسانی نمی توانند در طرح سلف برای تغییرات کم تنظیم شوند .
بدست آوردن ضریب Q و محاسبه آن از مدل ساده شده :
ضریب Q سلف به عنوان یک عدد کیفیت برای مقایسه کارایی سلفها مارپیجی مطالعه شده در این کار استفاده می شود . ضریب Q به صورت نسبت راکتانس القایی به تلفات کلی تعریف می شود یا . در یک مدار معادلی که شامل سلف ls به صورت سری با یک مقاومت ( که نشان دهنده تلفات کلی است ) rt است .
محاسبه یا شبیه سازی پارامترهای امپدانس برای یک سلف یکپارچه بطور معمول شامل اثر پارازیتی خازنی است خواهد بود و بنابراین برای تعیین ضریب Q ، راکتانس القایی و تلفات کلی باید به خوبی تعیین شود . برای یک المان ضریب Q اغلب با دست آوردن نسبت مولفه موهومی به مولفه حقیقی یک امپدانس المان برآورد می شود .
اگرچه این نتیجه برای فرکانسهای کم ( کمتر از 500 mhz ) معتبر است .
اثر خطا ایجاد شده به وسیله خازنهای پارازیتی یک سلف مارپیچی با فرکانس افزایش می یابد . از این خطا با محاسبه ضریب Q به طور مستقیم از پارامترهای مدلی ساده شدن اجتناب می شود . روشی برای استخراج مدل ساده شدن از مدل کامل سلف با قابلیت مقیاس دهی در بخش قبلی این صفحه مختصرا شرح داده شده . اطلاعات آزمایشی ، پارامترهای مدل ساده شده به وسیله تخمین اولیه سلف L و مقاومت اصولی rs از امپدانس محاسبه شده بین پایه 1 و 2 در فرکانسهای کم ( یعنی جایی که خازنهای پارازیتی اثر کوچکی دارند ) تعیین و سپس پارامترهای باقی مانده مناسب مدل در یک برنامه کامپیوتری استفاده می شود .به محض اینکه پارامترهای مدل ساده شده تعیین شدند ، راکتانس القایی ، تلفات کلی و ضریب Q به راحتی محاسبه می شوند .. برای مثال ، ضریب Q یک سلف که به صورت یک پایه ای وصل شده است( یعنی پایه 2 در شکل 3 زمین شده است ) از معادله زیر می تواند به دست آید :
جایی که wox فرکانس رزونانس اکسید است که به وسیله سلف L و خازن Cox1* تعریف می شود . در اینجا خازنهای پارازیتی C0 و Csi مدل ساده شده برای سادگی عبارت حاصل شده ، فرض می شوند که قابل صرف نظر کردن هستند . عبارت موجود در مخرج کسر منابع تلفات در سلف یکپارچه را نشان می دهند بطوری که ترکیبی از مقاومت خطوط فلزی ( rs ) و تلفات هادی ماده پایه است .
برخی اطلاعات درباره روابط بین پارامترهای مداری و ضریب Q می تواند از طریق بررسی رابطه 3 بدست آید . بنظر می رسد که کاهش Cox از طریق استفاده از یک لایه اکسید ضخیم تر، هم فرکانس رزونانس اکسید و هم فرکانس گوشه ای ماده پایه را ( ) را افزایش خواهد داد که این منجر به بهبود ضریب Q می شود .
معادله 3 همچنین پیش بینی می کند که یک افزایش در مقاومت ماده پایه ، منجر به کاهش ضریب Q برای فرکانسهای خیلی کمتر از fsub و بهبود یا افزایش ضریب Q برای فرکانسهای خیلی بزرگتر از fsub می شود . با این حال ، این فهمیده می شود که مدل معادل تک المانی برای سلف که در شکل 3 نشان داده شده است زمانی که ماده پایه ای با میزان هدایت بالا ( تقریبا ) استفاه شود ، نامعتبر است و بنابراین معادله 3 فقط در رنج محدودی از مقاومتهای مدار پایداری می تواند برای بدست آوردن Q سلف استفاده شود .
معتبر بودن مدل :
برای درست بودن دقت مدل با قابلیت مقیاس دهی ، رفتار یک سلف مارپیچی می تواند به وسیله مدل تک المانی ( شبیه ساز gemcap2 ) در مقایسه با شبیه سازی میدان الکترومغناطیسی 3-d پیش بینی شود . شبیه سازی های عددی سه بعدی با استفاده از شبیه ساز تمام موج برای ساختارهای صفحه ای انجام می شدند . یک سلف 5 nh مارپیچی مربعی 4.5 دور با پهنای خط 10m.m میلیمتر و فضای خط 5m.m میلیمتر برای این مقایسه انتخاب شده است .نسبت پهنای خط به فضای خط کوچک نگه داشته می شود تا مطمئن شویم که حافظه مورد نیاز و زمان شبیه سازی برای محاسبات عددی سه بعدی زیاد نمی شود .این احتمال دارد که برای داشتن بهترین کارایی مداری ممکنه ، طرح سلف بهبود داده شود ، مانند بهبود ضریب Q سلف ، ولی این برای معتبر بودن مدل کافی نیست . پارامترهای ماده پایه و فلزکاری فرآیند bicmos جدول I برای رسیدن به نتایج شبیه سازی نشان داده شده در شکل 4 استفاده می شوند .پایه داخلی مارپیچ به زمین وصل می شود و امپدانس بدست آمده از شبکه تک پایه ای به عنوان یک تابعی از فرکانس در هر دو مورد محاسبه می شود .
سازگاری عالی بین بخشهای حقیقی که موهومی امپدانس تک پایه ای بدست آمده با استفاده از شبیه سازی عددی و مدل تک المانی تقریباً در نزدیکی فرکانس رزونانسی
( یعنی جایی که قسمت موهومی امپدانس صفر است ) دیده می شود .هر دو شبیه سازی ها مقدار سلف در فرکانسهای پایین را ( که به وسیله تقسیم قسمت راکتیو امپدانس به فرکانس رادیان داده می شود )نزدیک به 5 nh و با فرکانس رزونانس نزدیک 10 ghz بدست می آورند .تفاوت ثابت در موارد راکتیو امپدانس تا حدودی به خاطر این است که ضخامت محدود نوارهای هادی در شبیه سازی های عددی در نظر گرفته نمی شوند .
افزایش در ضخامت هادی باعث می شود خاصیت القایی و در نتیجه راکتانس سلفی کاهش یابد . در فرکانسهای پایین مولفه مقاومتی امپدانس نزدیک مقاومت سلف است که چیزی در حدود 8.5 است . زمانی که فرکانس افزایش یابد ، تلفات مولفه مقاومتی به خاطر فزایش تلفات در ماده پایه یا اصلی و اثر پوستی در فلز هادی ها ، افزایش می یابد .
طراحی یک سلف مناسب برای کاربردهای خاص نیازمند شبیه سازی های وسیعی برای تعیین کردن تعداد دور ، پهنای خط و فضای لازم خط ، برای رسیدن به بهترین کارایی در تکنولوژی داده شده است . تولید یک مدل تک المانی سریع تر از روشهای دیگر
شبیه سازی است که این باعث می شود این نوع روش بسیار عملی شود .
در این مثال خاص ، محاسبه پارامترهای مدل تک المانی توسط یک suns padc در کمتر از دو دقیقه انجام می شود . در مقابل شبیه سازی 3-DEM امپدانس تک پایه ای نیازمند زمانی در حدود 5 دقیقه بر حسب تعداد نقاط فرکانس در همان حالت کاری و یا 50 دقیقه برای اطلاعات 11 نقطه بین 0.5 – 10 ghz است . باید توجه شود که نسبت بزرگ پهنای خط به فضای خط به دلیل اینکه کوپل بین خطوط میکروسکوپی مجاور در سلف مارپیچی را افزایش می دهد ، مناسب است . زمان لازم برای یک شبیه سازی عددی با افزایش نسبت پهنای خط به فضای خط افزایش می یابد ، در حالی که زمان محاسبه در مدل تک المانی از پهنای خط و فضای خط انتخاب شده اثرپذیری ندارد .
این حقیقت ، در ترکیب با سودمندی راندمان محاسبه ای برای هر ساختار ساده ، اشاره به مزایای مهم انعطاف پذیری و سرعت در شبیه سازی تک المانی می کند ، زمانی که به آن با شبیه سازی 3-d عددی مقایسه می شود .
محاسبات آزمایشی :
اثر شکل هندسی طرح ، ضخامت فلزکاری و پارامترهای پایه روی کارایی سلف بطور آزمایشی بررسی می شود . تعداد دورهای مارپیچ مربعی ، پهنای خطوط فلزی و فاصله فلز ، هر کدام برای تعیین اثر فیزیکی طرح روی کارایی سلف ، بطو مستقل تغییر می کند .
بعلاوه ، اثر تغییرات ضخامت اکسید و مقامت ماده پایه سیلیکونی نیز بطور آزمایشی بررسی می شود .یک سلف مارپیچی 5/3 دور با مقدار سلفی نامی 1800 ph برای آزمایشهای روی ضخامت اکسید و فلز استفاده می شود .در حالی که سلف 4.5 دور 5nh برای بررسی اثر طرح و تغییر پارامترهای ماده پایه روی کارایی سلف استفاده می شود .این نکته باید در نظر گرفته شود که هر دوی این طراحی ها ، از نسبت بزرگ در پهنای خط به فاصله خط که در تکنولوژی های vlsi سیلیکون امروزی وجود دارد ، استفاده می کنند و این زمان بسیار زیادی برای شبیه سازی نیاز دارد اگر شبیه سازی 3-d عددی برای بررسی رفتار سلف استفاده شود . نتایج اندازه گیری های آزمایشی به عنوان محکی برای تأیید پیش بینییهایمان از مدل کامپیوتری تک المانی و همچنین در فراهم آوردن اطلاعاتی دوباره امکان بهبود جنبه های دیگر کارایی سلف مانند ضریب Q ، مفید است .
اطلاعات آزمایش از اندازه گیری هایی که در روی ویفر ، از پارامترهای s دو پایه ای برای هر ساختار آزمایشی سلف که از پروبهای of استفاده می کند ، جمع آوری
می شود همانطوری که در بخش lv-c توضیح داده شد ، اطلاعات اندازه گیری شده در هر مورد در یک مدل ساده شده ای برای سلف جاگذاری می شود و پارامترهای امپدانس تک پایه ای ( یا ضریب Q ) از نتایج پارامترهایی که از زمین کردن پایه 2 مدل
خلاصه شده سلف بدست آمده محاسبه می شود ( شکل 3 مراجعه شود )
طرح یا نقشه سلف ( بهنای فلز ، فاصله ها و تعداد دورها ) :
ضریب Q محاسبه شده برای یک سلف مارپیچی مربعی و کارایی پیش بینی شده برای مدل کامپیوتری تک المانی برای هادی با عرضهای 5 و 15 میکرومتر شکل 6 نشان داده شده است . لایه ای از آلومینیوم به ضخامت 1 میکرومتر برای ساخت یک مارپیچ 4.5 دور با مقدار سلفی 5nh در هر مورد استفاده می شود . بعد خارجی سلف ( در شکل 1 همان le ) برای ثابت نگهداشتن مقدار سلف در هر دو مورد افزایش داده می شود .
در فرکانسهای که بطور مناسب زیر حداکثر مقدار Q سلف است ، پارازیتهای موازی سلف مارپیچی اثر کوچکی دارند و درنتیجه راکتانس القایی و Q سلف با فرکانس افزایش می یابند . با این حال ، با افزایش پیوسته فرکانس کاری ، تلفات انرژی در ماده پایه نیمه هادی و مقاومت ac ناشی از فلز سریعتر از راکتانس القایی شروع به افزایش پیدا می کند .بنابراین ، در نتیجه آن حداکثر ضریب Q کاهش می یابد . مساحت بزرگ سطح سلف به همراه فلزکاری عریض هادی منجر به خازن های پارازیتی بزرگی می شود . که این خود باعث کاهش فرکانس رزونانسی سلف و افزایش تلفات ماده پایه می شود .
این موضوع رفتار پیش بینی شده بوسیله معادله 3 را تأیید می کند . بعلاوه توزیع جریان از سطح نوار هادی به خاطر اثر پوستی ، غیر یکپارچه است که این خود باعث می شود که مقاومت ac فلزکاری در فرکانسهای بالا ، افزایش یابد .زمانی که نوارها پهن تر می شوند تلفات مقاومت ac به خاطر اثر پوستی در فرکانس داده نشده افزایش خواهد یافت . بنابراین ، با افزایش پهنای هادی ، حداکثر مقدار ضریب Q سلف به سمت فرکانسهای پایین شیفت پیدا می کند . با این حال ، این می تواند به عنوان مزیتی برای بهبود حداکثر مقدار Q سلف داده شده در رنج فرکانس مناسب استفاده شود . اثر فاصله بین خطوط هادی روی ضریب Q سلف همچنین باید بررسی شود .فاصله باریک خطوط باعث افزایش کوپل مغناطیسی بین سیمها می شود ، که این خود منجر به افزایش مقدار سلف و ضریب Q برای طرح داده شده می شود و همانطور که در شکل 7 نشان داده شده است . برای سلفهای ساخته شده روی آی سی با فلزکاری نازک ، خازن داخلی اثر قابل صرف نظر کردنی روی راندمان دارد . همانطوری که در شکل نشان داده شده است . با این حال ، اصلاح خوبی و مهمی در ضریب Q زمانی که فواصل استفاده شده حداقل است ، وجود دارد .
رابطه بین تعداد دورهای مارپیچ و حداکثر مقدار ضریب Q برای سلف داده شده همچنین باید بطور آزمایشی مورد بررسی قرار گیرد و نتایج در جدول II نوشته شود .
بعد خارجی مارپیچی تغییر می کند به واسطه درک سلف 5nh برای هر طرح پهنای خط و فاصله خط در 10 و 1.5 میکرومتر ثابت نگه داشته می شود .
کاهش در مقدار Q سلف با افزایش تعداد دورها متناسب با فاصله بین جهت های مخالف در مرکز مارپیچ است . زمانی که تعداد دورها افزایش یابد ، فضای بین کناره های متضاد مارپیچ کاهش می یابد که این خود بدلیل کوپل متقابل منفی باعث کاهش خاصیت سلفی می شود .
بنابراین فلز زیادی برای رسیدن به سلف ثابتی با مقدار 5nh نیاز است و طول کلی مارپیچ همانطوری که از اطلاعاتی که در جدول نوشته شده است دیده می شود ، شروع به افزایش پیدا کردن می کند . افزایش تعداد دورها بعد خارجی مارپیچ ( le) و مساحت آی سی را کاهش می دهد . با یان حال مقداری فضا در مرکز مارپیچ برای بدست آوردن بهترین Q مرود نیاز است .
ضخامت فلزکاری :
فلزکاری نازک در اکثر فرایندهای vlsi ، ضریب کیفیت سلفهای میکروسکوپی را محدود می کند ، زیرا انرژی بوسیله مقاومت محدود فلزکاری و به همان نسبت در ماده پایه هادی تلف می شود .بنابراین کیفیت سلف مارپیجی ، یا ضریب Q ، بنابراین با افزایش ضخامت هادی بهبود می یابد . ضریب کیفیت محاسبه شده برای یک سلف مارپیچی 1.8nh ساخته شده با لایه های فلزی به ضخامت 3-1 میکرومتر در شکل 8 رسم شده است .این سلف شامل 3.5 دور با فلز با پهنای 15 میکرومتر در تکنولوژی bicmos و فضای خط 1.5 میکرومتر است .
رفتار بدست آمده از سلف ساخته شده با فلز ضخیم تر مطابقت نزدیکتری با پیشبینی هایمان از مدل مداری تک المانی نشان می دهد . ضریب Q در ابتدا با افزایش فرکانس زیاد می شود زیرا مولفه غیر فعال امپدانس افزایش می یابد ، سپس به حداکثر مقدار
می رسد و بعد از آن به دلیل افزایش تلفات انرژی در فرکانسهای بالا کاهش می یابد .
ضریب Q سلف در فرکانس 3 cahz زمانی که ضخامت لایه فلز آلومینیومی از 1 به 3 افزایش یابد ، از پنج به ده بهبود می یابد . بهبود Q سلف کمتر از فاکتور 3 است زیرا خاصیت سلفی بطور معکوسی با ضخامت هادی متناسب است . بنابراین خاصیت سلفی با افزایش ضخامت فلز کاهش می یابد که این متناظر با Q کوچک است ، وابستگی فرکانسی مقاومت هادی یا اثر پوستی زمانی که ضخامت فلز کاری افزایش می یابد بسیار مشخص و مهم است که این امر به بیشتر شدن تلفات و ضریب Q کمتر در فرکانسهای rf کمک می کند .رفتار بدست آمده سلف ساخته با فلز ضخیم تر همچنین مطابقت نزدیکی با پیش بینی هایمان از مدل مداری تک المانی نشان می دهد . این نتایج نشان می دهد که سلفها برای بسیاری از کاربردهای RF IC که می توانند در تکنولوژی های سیلیکونی ساخته شوند ، مناسب است ، اگر فلزی با مقاومت کم و ضخامت مناسب در
دسترس باشد .همچنین ضریب Q پیش بینی شده بوسیله GEMCAP2 برای ساختارهای مشابه صفحه ای مارپیچی یا تلفات کم برای مقایسه در شکل 8 رسم شده است .انحنای کم رو به پایین منحنی ، در نتیجه خازنهای پارازیتی است که باعث خود تشدید می شود . علاوه بر تلفات as در فلزکاری ، اطلاعات نشان می دهد که میدان هدایت ماده پایه نیز کاهش معنی داری را در مولفه Q ارائه می کند .
این موضوع توضیح می دهد که اثر هدایت ماده پایه روی ضریب Q در فرکانسهای بالا اهمیت دارد ، اما عملکردی نزدیک به منحنی ایده آل برای فکرانسهای تقریبا 1.5 GHZ بدست می آید .
این نتایج همچنین نشان می دهد که سلفهایی با ضریب Q ده که برای اکثر کاربردهای RFIC مناسب هستند ، می توانند در تکنولوژی های تولید سیلیکونی ساخته شوند اگر فلزی با مقاومت کم و ضخامت مناسب در دسترس باشد .
اثرات ماده پایه :
توانایی پیش بینی اثرات ماده پایه روی کارایی و عملکرد سلف با طرح و بدست آوردن سلونهایی با کارایی قابل قبول در تکنلووژی های سیلیکون است . زمانی که اثرات ماده پایه بطور مناسب در شبیه سازی مداری در نظر گرفته می شوند ، طرح سلف می تواند بصورتی بهبود یابد که این تلفات کاهش و راندمان مدار بهبود یابد ، در تکنولوژی های ساخت سیلیکونی یک لایه اکسید عایق فلز بالایی ویفر سیلیکونی نیمه هادی را از هم جدا می کند .ضخامت لایه اکسید پارامتر مهمی است که بر کارایی سلف اثر می گذارد . برای سلف 1.8 NH توضیح داده شده قبلی اثر اندازه گیری شده تغییرات ضخامت لایه اکسید روی ضریب Q در شکل 9 نشان داده شده است .
یک لایه اکسید ضخیم تر خازن های پارازیتی ساختار را کاهش می دهد و بنابراین فرکانس خود تشدیدی سلف بهبود می یابد .
این موضوع به صورت بسط ضریب Q سلف با فرکانس بر اساس افزایش ضخامت اکسید در شکل 9 دیده می شود . عملکردی نزدیک به چیزی که برای ماده پایه ایده آل پیش بینی شده است می تواند زمانی که ضخامت اکسید زیاد شود ، بدست آید .
رفتار بدست آمده برای سلف مارپیچی 5NH شکل 6 در شکل 10 برای هر دو ماده پایه با میزان هدایت متفاوت نشان داده شده است .
یک لایه آلومینیومی با ضخامت 1 میکرومتر و عرض 10 میکرومتر برای ساخت مارپیج 4.5 دور در هر دو مورد استفاده می شود ، در فرکانسهای پایین ، قسمت حقیقی یا مقاومتی امپدانس (Re[ZL] ) نزدیک به مقاومت DC سلف است که چیزی در حدود 8.5 است . زمانی که فرکانس افزایش می یابد ، مولفه مقاومتی افزایش می یابد که این در اتبدا ، به خاطر تلفات در ماده پایه هادی است . همانطوری که در شکل دیده می شود ، تلفات سلف ساخته شده روی ماده هادی یا مقاومت کم ، بطور ذاتی بزرگتر از ماده پایه ای با مقاومت معمولی که در فرآیند BICMOS استفاده می شود است . بعنوان یک نتیجه ، حداکثر مقدار Q بوسیله یکی از دو فاکتور و بدلیل افزایش تلفات کاهش می یابد ، که این موضوع سلف را برای استفاده عمده اکثر کاربردهای مداری RF نامناسب می سازد .
در شکل 10) خاصیت سلفی ، که با تقسیم بخش غیر فعال امپدانس محاسبه شده بر فرکانس داده می شود ، در فرکانسهای پایین در هر مورد 5 NH است .
اثر خازن پارازیتی بین فلز و ماده پایه زمانی که ماده پایه ای با ناخالصی زیاد برای ساخت سلف استفاده می شود ، بزرگتر است که این منجر به یک فرکانس خود تشدیدی کوچکتری می شود .
راکتانس سلف ساخته شده روی ماده پایه با مقاومت تا حداکثر مقدار 4 GHZ افزایش می یابد و سپس در نزدیکی های خود تشدیدی سلف بطور سریع پایین می آید .با این حال ، اندوکتانس فرکانسهای پایین اثرگذار نیست . جاری شدن جریان در زیرماده پایه مارپیچ باعث کوپل متقابل منفی خواهد شد که این منجر به کاهش خاصیت سلفی مارپیچ در فرکانسهای پایین می شود . و این نتایج نشان می دهد که جریان ناشی شده از میدان مغناطیسی در ماده پایه کوچک است .


تولرانسهای اجزا :
این در تعیین اثرات فرایندی و تغییرات حرارتی روی پارامترهای اجزا یکپارچه برای تخمین کارایی مدارهایی که در طرح با آن مواجه هستیم مهم است . تغییرات پارامترها به خاطر نوسانات محدود دمایی نیز باید به صورتی تعیین و مدل شوند که عملکرد مدار در رنج دمایی وسیعی در طی مرحله طراحی مطمئن باشد . بنابراین ، تلرانسهای فرایندی و ناشی شده از حرارت در رفتار سلف یکپارچه و ترانسفورماترو ، مورد توجه طراحان مدارات RF هستند .خطوط فلزی استفاده شده در طرح سلف یا ترانسفورماتور انداه ای در حد میکرون دارند . ولی با این حال ، اندازه آنها بصورت چاپ لیزری در یک هزارم میکرون در فرایند زیر میکرونی IC تعریف میشوند .
راکتانس القایی سلف یکپارچه با پهنای خطوط فلزی و فضای خطوط تنظیم می شود و بنابراین خاصیت سلفی با تغییرات کوچک ناشی از لیتوگرافی در فرایندهای IC سیلیکونی امروزی غیر حساس است .شبیه سازی ها نشان می دهند که خطای خود القایی و القای متقابل سلفهایی که در این موضوع توضیح داده شده اند کمتر از 3 درصد برای تغییرات 2 میکرومتر در عرض و فاصله خطوط ، خواهند بود .تولرانس بزرگتر و بسیار مهمتر به وسیله تغییرات در ضخامت فلزهای اکسید داخلی و تغییرات در میزان مقاومت ماده پایه بیان می شود که هر دو آنها به خازنهای پارازیتی ساختار سلف تأثیر می گذارند .
با این حال ، شبیه سازی ها نیز پیش بینی می کنند که تغییرات در فرکانس خود تشدیدی کوچکتر 5 % برای یک تغییر 1 میکرومتر در ضخامت اکسید و 50% تغییر در مقاومت ماده پایه بر اساس پارامترهای فرآیند BICMOS که در جدول I لیست شده اند ، خواهد بود . این تولرانسها بطور نوعی بسیار کوچکتر از قطعات یکپارچه غیر فعال دیگر که با آنها مواجه هستیم مانند مقاومتها و سلفها است .
منابع تغییر دیگری فلزکاری و مقاومت ماده پایه سیلیکونی است که هر دو آنها وابسته به دما هستند . فلز مرکب آلومینیوم – مس که بطور نوعی در تکنولوژی های سیلیکون VLSI استفاده می شود ضریب دمایی 0.44 % + دارند که این خود می تواند باعث افزایش برزگ تلفات فلزی با افزایش دما شود . فلزهای ارتباطی دیگر ، مانند طلا ف نیز ضریب دمایی مثبت شدیدی راارائه می کند .
تغییر مقاومت فلز با دما بطور مستقیم روی ضریب کیفیت اثر می گذارد و باید به دقت در طراحی و استفاده بهینه از مدارات NF در نظر گرفته شود . مقاومت ماده پایه همچنین ضریب دمایی مثبتی دارد که تقریبا برابر + 0.7 % IC است .
همانطوری که از معادله ( 3 ) دیده می شود ، افزایشی در مقاومت ماده پایه متناسب با دما باعث کاهش در ضریب Q در فرکانسهای خیلی کمتر از فرکانس گوشه ماده پایه میشود و همچنین باعث بهبود ضریب Q برای فرکانسهای بالاتر FSUB می شود . باند فرکانس کاری انتخاب شده نزدیک حداکثر مقدار Q ، اثر مقاومت ماده پایه روی کارایی سلف را کاهش می دهد .
طراحی سلف و استفاده بهینه :
طراحی یک سلف مارپیچی در تکنولوژی های VLSI سیلیکون شامل ............ پیچیده ای بین طرح قبلی و پارامترهای فنی است ، همانطوری که به وسیله نتایج آزمایشی در بخش قبل این صفحه ارائه شده مجموعه اطلاعات زیر یا قوانین طراحی نتایج بدست آمده در را خلاصه می کند :
1. فواصل بین عرض حداقل پنج خط بین دور خارجی مارپیچ و هر نوع فلز احاطه شده ثابت نگه داشته باشد . کوپل پارازیتی مغناطیسی و الکتریکی بین هادی ها بطور معکوس با میزان فاصله متناظر است . ثابت ماندن فضای بین سلف و چیزهایی که آن را احاطه کرده اند ، از ویژگی های الکتریکی سلف در آسیب دیدن از اثرات پارازیتی ناخواسته محافظت خواهد کرد .
2. کوپل مغناطیسی بین نوارهای فلزی مجاور با استفاده از خطوط نزدیک به هم که به وسیله تکنولوژی ایجاد شده اند راحداکثر می شود . خازنهای اضافی ناشی از کوپل شدید میدان الکتریکی بین هادی های مجاور فقط اثر کمی روی راندمان دارد و اینکه ضخامت فلز در اکثر تکنولوژی های VLSI معمولا کمتر از
3 میکرومتراست کوپل شدید میدان مغناطیسی ضریب Q را افزایش می دهد و ساخت روی آی سی برای طرح سلف داده شده را کاهش می دهد .
3. پهنای نوار بین 15 – 10 میکرومتر برای اکثر طرحهای سلف ساخته شده با پارامترهای فنی نوشته شده در جدول I ، مناسب است . افزایش عرض هادی باعث انتقال حداکثر مقدار Q به طرف پایین می شود و ضریب Q را به تغییرات فرکانس کاری بسیار حساس می سازد . این .............. برای بدست آوردن پهنای مناسب نوار برای تکنولوژی و مقدار سلف داده شده نیازمند شبیه سازی های وسیع کامپیوتری است .
4. فلوی مغناطیسی باید برای عبور از مرکز مارپیچ مجاز شمرده شود . این اطمینان می کند که کوپل متقابل منفی بین کناره های مخالف سلف بطور موثری روی ضریب Q و سلف اثر نمی گذارد . بنابرین چهار گروه از خطوط کوپل شده که کناره های سلف را تشکیل می دهند باید بطور مناسب دور از هم قرار داده شوند . بر اساس اطلاعات قبلی ، فاصله بزرگتر از عوض پنج خط پیشنهاد می شود .
5. لایه اکسید که هادی های فلزی را از ماده پایه نیمه هادی جدا می کند برای حداقل کردن پارازیتهای موازی و تلفات باید در حد امکان ضخیم تر باشند .
6. Q سلف به ضخامت و مقاومت لایه های فلزی استفاده شده در ساخت بسیار حساس است . اگرچه ضخامت فلز در تکنولوژی های تولید ثابت نگه داشته می شود ، لایه های فلزی که در فرایند فلز چند سطحی می توانند به صورت موازی به هم اتصال یابند ، تلفات اهمی را کاهش می دهند .
این فن میزان بهبود 20 % در ضریب Q را زمانی که با سلفهای ساخته شده به وسیله فلز بالا با یک تکنولوژی ساخت یکسان مقایسه می شود ، نشان می دهد . با این حال ، ......... بین اصلاح ضخامت و کاهش ضخامت اکسید بعنوان نتیجه فلزکاری وجود دارد .
نتیجه این مطالعه نشان می دهد که تکنولوژی سیلیکون با مقاومت ماده پایه ای در رنج 10 و راید اکسیدی با ضخامت 5 میکرومتر بین فلز و ماده پایه می تواند در ساخت سلفهایی با ضریب Q قابل قبول در رنج و فرکانسی 1-3 GHZ استفاده شود .
ضخامت فلزکاری اثر شدیدی روی ضریب کیفیت سلف دارد و ضریب Q برابر پنج با استفاده از فلز آلومینیومی با ضخامت 1 میکرومتر قابل دست یابی است . با این حال ضریب Q برابر ده اگر ضخامت فلز تا 3 میلیمتر افزایش یابد می تواند بدست آید .
بهبود مناسبی در کارایی سلف می تواند با استفاده دقیق از جبنه های دیگر طرح سلف با استفاده از مدل تک المانی کامپیوتری فراهم شود . نمودار سطح ضریب Q که بر اساس تغییرات در عرض هادی و تعداد دور مارپیچ تعریف شده است ، در شکل 11 نشان داده شده است . پارامترهای ماده پایه برای تکنولوژی BICMOS داده شده در جدول I با فاصله خط 1.5 میکرومتر در شبیه سازی ها استفاده می شود .
نقاط متناظر با یک سلف 5NH در روی سطح با ستاره ای رسم شده است . این نقاط نشان می دهند که شکل هندسی مناسب می تواند بصورتی شناسایی شود که ضریب Q سلف را برای اندوکتانس داده شده حداکثر شکل هندسی مارپیچی که منجر به بیشترین ضریب Q در فرکانس 1.96 HZ می شود نیز به راحتی از این شکل شناسایی می شود .
نمودار 3-D ایده طراحی قوی است که در مجسم ساختن اثرات بسیاری از پارامترها که در کارای سلف اثرگذارند می تواند استفاده شود . یک مدل کامپیوتری مناسب و سریع برای تولید این نوع ایده های طراحی مورد نیاز است .
نتیجه گیری :
مدل کامپیوتری با قابلیت مقیاس دهی تک المانی توضیح داده شده بطور مناسبی کارایی سلفهای ساخته شده در فرایند سیلیکون VLSI باری رنج وسیعی از اشکال هندسی را شبیه سازی و مدل می کند . هر دو نتایج محاسبه شده و شبیه سازی شده نشان می دهد که ضریب کیفیت سلف با تلفات فلزکاری در فرکانسهای پایین کاهش می یابد و می تواند با استفاده از فلز ضخیم تر در ساخت بهبود داده شود .
تلفات به وسیله ماده پایه هادی که در تمایل به کاهش کارایی در فرکانسهای بالا دارد ایجاد می شود .
با این حال این تلفات بطور موثری کارایی رادر محدوده فرکانسهای

مطالب مشابه ...










مدل سازی ، بررسی ویژگیها و طراحی سلفهای یکپارچه در آی سی های RF سیلیکونی

۲۰-۱۰-۱۳۹۰ ۰۱:۵۸ عصر
جستجو یافتن همه ارسال های کاربر اهدا امتیازاهدای امتیاز به کاربر پاسخ پاسخ با نقل قول

برای بروز رسانی تاپیک کلیک کنید


مطالب مشابه ...
موضوع: نویسنده پاسخ: بازدید: آخرین ارسال
  [مقاله] بررسی تکنولوژی WiMax سکوت تلخ 5 267 ۲۶-۲-۱۳۹۳ ۰۵:۵۰ عصر
آخرین ارسال: سکوت تلخ
  مقاله : تحلیل و بررسی ساختار واحد کنترل الکترونیک و نحوه ی عملکرد آن در خودروها ta.soltani 0 100 ۸-۱۰-۱۳۹۲ ۰۳:۰۳ عصر
آخرین ارسال: ta.soltani
  مقاله: تحلیل و بررسی ساختارخودروی هیبریدی و چگونگی به کارگیری فناوری های نوین درآن ta.soltani 0 86 ۸-۱۰-۱۳۹۲ ۰۲:۵۱ عصر
آخرین ارسال: ta.soltani
  مقاله : کاربرد فرآیند ISMF در نمونه سازی سریع قطعات فلزی ta.soltani 0 86 ۸-۱۰-۱۳۹۲ ۰۲:۴۷ عصر
آخرین ارسال: ta.soltani
  مقاله :بررسی نقش و اهمیت کیفیت داده ای در سازمانها ta.soltani 0 254 ۲۱-۸-۱۳۹۲ ۰۲:۱۵ عصر
آخرین ارسال: ta.soltani
  مقاله : تکنیکهای یکپارچه سازی نرم افزارهای قدیمی ta.soltani 0 111 ۲۱-۸-۱۳۹۲ ۰۲:۱۱ عصر
آخرین ارسال: ta.soltani
  پاور پوینت طراحی الگوریتم ها ta.soltani 0 280 ۱۸-۸-۱۳۹۲ ۰۳:۴۸ عصر
آخرین ارسال: ta.soltani
  [دانلود] مدل‌سازی با معادلات سینتیکی به منظور طراحی پوشش‌های سرامیکی aylin 0 90 ۱۲-۱-۱۳۹۲ ۰۸:۱۸ عصر
آخرین ارسال: aylin
  دانلود رایگان پاورپوینت بررسی تطبیقی مفاهیم حسابداری واحدهای انتفاعی و دولتی 24 اسلا ♔ αϻἰг κнаη ♔ 0 965 ۴-۱۰-۱۳۹۱ ۱۱:۲۷ عصر
آخرین ارسال: ♔ αϻἰг κнаη ♔
  پروژه شبيه سازي و بهينه سازی مصرف انرژی واحد بازيابي گوگرد | مهندسی شیمی senior engineer 0 416 ۲۷-۹-۱۳۹۱ ۰۹:۴۱ صبح
آخرین ارسال: senior engineer

پرش به انجمن:

کاربرانِ درحال بازدید از این موضوع: 1 مهمان