TRABAJO COLABORATIVO UNIDAD 1

MICROELECTRONICA 299008

JULIO CESAR GARAY COD 801417571 Trabajo presentado A FAIBER ROBAYO Director de Curso

UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA- UNAD ESCUELA DE CIENCIAS BSICAS, TECNOLOGA E INGENIERA INGENIERA ELECTRNICA

ABRIL DE 2012 - BOGOTFABRICACION DE CIRCUITOS INTEGRADOS

En la actualidad la microelectrnica es de gran importancia ya que su desarrollo ha generado ventajas e innovacin de equipos con menos robustez y con disminucin de costos, para darnos mayor confiabilidad dado que estos dispositivo presentan en su proceso de produccin menos mrgenes de erros ya que se eliminan procesos de soldadura reduciendo notablemente la aparicin de fallas para proporcionarnos igualdad de caractersticas. Podemos hallar algunas definiciones o concepto que definen La microelectrnica como la aplicacin de la ingeniera electrnica a componentes y circuitos de dimensiones muy pequeas, microscpicas y hasta de nivel molecular para producir dispositivos y equipos electrnicos de dimensiones reducidas pero altamente funcionales1. Para ahondar un poco ms en este tema vamos a centralizarnos en la fabricacin de circuitos integrados monolticos partiendo de su definicin que nace de las races griegas Mono y Lithico, es decir que estos circuitos son de una sola pieza que es un monocristal de silicio la cual integra diversos componentes y su fabricacin est fundamentada en la tecnologa planar que estn formadas de capas de silicio que forma el cuerpo en el que se llevara a cabo la construccin del circuito y tiene un funcin adicional que consiste en aislar los componentes, para la elaboracin de estas capas se emplean los procesos epitexial, difusin e implantacin de iones respectivamente. El proceso planar se llevan a cabo a partir de los procesos de Crecimiento epitaxial, difusin de impurezas, implantacin de iones, crecimiento del oxido, fotolitografia, grabado qumico y mentalizacin y de los cuales podemos definir los siguientes conceptos:

Crecimiento del cristal del Sustrato: se forma un lingote de cristal tipo p mediante le proceso de Czochralski (El mtodo consiste en tener un crisol que contiene el semiconductor fundido, por ejemplo germanio. La temperatura se controla para que est justamente por encima del punto de fusin y no empiece a solidificarse 2), este lingote se corta en obleas de espesores aprox. de 0.2mm en este sustrato se ubicaran los componentes.

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[En lnea] Disponible http://es.wikipedia.org/wiki/Microelectr%C3%B3nica. [En lnea] Disponible http://es.wikipedia.org/wiki/Proceso_Czochralski

Crecimiento epitaxial, es este proceso fundamentalmente se hace crecer una capa de silicio adicional a la ya existente en un reactor con un temperatura entre los 900 y 1000C un horno y se aplican las impurezas PH3 para el dopado tipo n o B2H6 para el dopado tipo p Oxidacin: El dixido de silicio (SiO2) es atacado por HF y las impurezas empleadas para el dopado no penetran al(SiO2), y en este proceso es donde se puede obtener un dopado selectivo para zonas especificas del chip. Fotolitografa y ataque qumico, se suprimen zonas de SiO2, mediante el proceso de de foto corrosin, se aplica una emulsin foto sensible sobre la cual ubicamos un negativo a manera de mascara para luego someterla a los rayos Luz UV, para luego ser sumergida en un solucin de acido fluorhdrico que elimina el oxido donde se depositara el dopante. Difusin: es este proceso se introducen impurezas de manera controlada a 1000C por un lapso de 1 a 2 hora, como impurezas se emplean Hidruros de Boro, Arsnico y Fosforo. El tipo de difusin vara dependiendo el tipo de Dispositivo ya sea un npn o pnp. Implantacin. Segundo mtodo para introducir impurezas como Boro para el tipo p o Fosfor para el tipo n y la velocidad de penetracin se encuentra determinada por la concentracin de iones dopantes y la energa de aceleracin y se emplea para la obtencin de capas finas de silicio como la regin de emisor de un BJT, el canal de un Mosfet, y la regin de puerta de un JFET, y este es considerado como el principal procedimiento de la fabricacin de CI. Metalizacin: mediante este proceso se forman las interconexiones de los componentes y el chip.

En conclusin y luego de una breve descripcin de los proceso de fabricacin de los CI, en este momento tras el desarrollo avanzado que ha tenido el silicio, se est trabajando para desarrollar el System On Chip, donde se quiere integrar a voluntad mdulos analgicos, de potencia, memoria y RF. Actualmente existen muchas de estas plataformas en desarrollo para los altos niveles de frecuencia y potencia existira una solucin que se llamara SiGeBiCMOS. Definitivamente esta tecnologa se ha desarrollado de manera tal que ya no ser problema tener un ancho de banda de forma inalmbrica y soluciones integrales a bajo coste, aunque no debemos dejar atrs el hecho que el silicio tiene sus lmites y solo puede llegar hasta un punto especifico.

2. PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA Diseo y simulacin de un la compuerta XNOR CMOS mediante el uso de la herramienta Microwind. 1 COMPUERTAS LGICAS Un computador digital, como su nombre lo indica, es un sistema digital que realiza diversas operaciones de cmputo. La palabra Digital implica que la informacin que se representa en el computador por medio de variables que toman un nmero limitado de valoresViscretos o cuantizados. Estos valores son procesados ntemamente por componentes que pueden mantener un nmero limitado de estados discretos. Los dgitos decimales por ejemplo, proporcionan 10 valores discretos ( 0 .. 9 ). Como sabemos en la prctica, los computadores funcionan ms confiablemente si slo utilizan dos estados equiprobables. Debido al hecho que los componentes electrnicos atienden a dos estados ( encendido / apagado ) y que la lgica humana tiende a ser binaria ( esto es, cierto o falsa, si o no ) se utiliza el sistema binario y se dice que son binarias. Los computadores digitales utilizan el sistema de nmeros binarios, que tiene dos dgitos 0 y 1. Un dgito binario se denomina un bit. ' La infonnacin est representada en los computadores digitales en grupos de bits. Utilizando diversas tcnicas de codificacin los grupos de bits pueden hacerse que representen no solamente nmeros binarios sino tambin otros smbolos discretos cualesquiera, tales como dgitos decimales o letras de alfabeto. Utilizando arreglos binarios y diversas tcnicas de codificacin, los dgitos binarios o grupos de bits pueden utilizarse para desarrollar conjuntos completos de instrucciones para realizar diversos tipos de clculos. La informacin binaria se representa en un sistema digital por cantidades fsicas denominadas seales, Las seales elctricas tales como voltajes existen a travs del sistema digital en cualquiera de dos valores reconocibles y representan un a variable binaria igual a 1 o 0. Por ejemplo, un sistema digital particular puede emplear una seal de 3 [volts 1 para representar el binario "I" y 0.5 [volts 1 para el binario "0". La siguiente ilustracin muestra un ejemplo de una seal binaria.

Como se muestra en la figura, cada valor binario tiene una desviacin aceptable del valor nominal. La regin ntermedia entre las dos regiones permitidas se cruza solamente durante la transicin de estado. Los terminales de entrada de un circuito digital aceptan seales binarias dentro de las tolerancias permitidas y los circuitos responden en los terminales de salida con seales binarias que caen dentro de las tolerancias permitidas. La lgica binaria tiene que ver con variables binarias y con operaciones que toman un sentido lgico. Es utilizada para escribir, en forma algebraica o tabular. La manipulacin y. procesamiento de informacin binaria. La manipulacin de informacin binaria se hace por circuitos lgico que se denominan Compuertas. Las compuertas son bloques del hardware que producen seales del binario 1 0 cuando se satisfacen los requisitos de entrada lgica. Las diversas compuertas lgicas se encuentran comnmente en sistemas de computadores digitales. Cada compuerta tiene un smbolo grfico diferente y su operacin puede describirse por medio de una funcin algebraica. Las relaciones entrada - salida de las variables binarias para cada compuerta pueden representarse en forma tabular en una tabla de verdad. Compuerta NOR: La compuerta NOR es el complemento de la compuerta OR y utiliza un smbolo grfico OR seguido de un crculo pequeo. Tanto las compuertas NAND como la NOR pueden tener ms de dos entradas, y la salida es siempre el complemento de las funciones AND u OR, respectivamente.

2.1. SIMULACION EN DSCH 2. Esta aplicacin consta de un editor lgico, basado en una captura de esquemas, y un simulador. Est orientado a la validacin del circuito lgico antes de pasar a la fase de sntesis de microelectrnica. Proporciona un entorno sencillo para el diseo lgico jerrquico y simulacin de anlisis en retardo, todo lo cual permite el diseo y la validacin de estructuras lgicas complejas. Una caracterstica muy importante es la posibilidad de estimar el consumo de potencia del circuito lgico que puede tomar como entrada la aplicacin Microwind 2 para crear el Layout. El entorno grafico Dsch es muy sencillo. Consta de una barra de men, una barra de herramientas con las tareas ms comunes y la superficie de edicin. 2.2. Desarrollo del Esquema en DSCH. MicroWind y DSCH MicroWind es una herramienta para diseo y simulacin de circuitos a nivel de diseo. La herramienta cuenta con instalaciones completas de edicin (copiar, cortar, pasado, duplicar, mover), puntos de vista diferentes (MOS caractersticas, la seccin transversal 2D, visor de procesos 3D), y un simulador analgico. DSCH es un software para el diseo de la lgica. Basado en las primitivas, un circuito jerrquico puede ser construido y simulado. tambin incluye retardo y la evaluacin del consumo de energa. El silicio es para la visualizacin en 3D de la estructura atmica de silicio, con nfasis en la estructura cristalina del silicio, los agentes de dopado, y el dixido de silicio. Par crear el fichero vamos a FileNew Luego en la Simbol Library, seleccionamos los objetos que vamos a utilizar

Abrimos el Editor en MicroWind (DSCH3). Hacemos clic en el smbolo transistor en la librera de smbolos al lado derecho

Tomamos una instancia de NMOS transistores PMOS de la librera de smbolos y lo colocamos en la ventana del editor

Tomamos dos transistores NMOS y dos PMOS

Conectamos los Drains y fuentes de los transistores de la forma que aparece em la imagen

Conectamos Vdd and GND en el esquema que hemos creado.

Conectamos el botn y el indicador led

Ahora tenemos listo nuestro esquema para simular el comportamiento de una compuerta NOR

Procedemos a realizar la correspondiente simulacin, damos click en Simulate > start simulation Damos click en el botyon para poner un 1 o un 0. El color rojo en el switch indica un 1

Entradas en 0-0

Entradas en 0-1

Entradas en 1-0

Entradas en 1-1 La simulacin de salidas puede observada concomo una forma de onda despus de la aplicacin de las entradas de las anteriores imgenes, hacemos click en el icono de diagrama de tiempos en el men, para ver el diagrama de tiempo de entrada y las formas de onda en la salida, all podremos evidenciar el comportamiento de acorde a la tabla de verdad correspondiente a la compuerta NOR Simulamos nuestro sistema calculando manualmente los tamaos del transistor

Hacemos clic en Archivo -> Crear Verilog Archivo. El Verilog, Jerarqua y Netlist Aparece la ventana. Esta ventana nos muestra el verilog representacin de la compuerta NOR. Hacemos clic en Aceptar para guardar el Verilog como un archivo. Txt.

Abrimos el editor de diseo ventana en MicroWind. Hacemos clic en Archivo -> Seleccionar

Foundry y X.rul de seleccin.

Haga clic en Compile -> Compilar archivo Verilog. Abrimos una ventana

2.1. SIMULACION EN MICROWIND. Guardamos el archivo Xnor.MSK. del Programa DSCH y proseguimos a llamarlo con Microwind : File Open - Xnor.MSK

Despus de seleccionar el archivo. Txt, aparece una nueva ventana archivo llamado Verilog.

Hacemos clic a la derecha mens superiores. All nos muestra los tamaos NMOS y PMOS. Establecemos los tamaos de acuerdo a nuestra eleccin.

Hacemos clic en Compilar y luego de vuelta a la ventana en eleditor en el Archivo de Verilog,esto nos crea el layout en la ventana layout editor usada automticamente para la generacin de la misma

Adicionamos un capacitor a la salida de nuestro diseo, el valor del capacitor es de 0.015 pF

Hacemos clic en la etiqueta marcada In1. A Aparece la ventana. Hacemos clic en el Pulso opcin en la ventana. Insertar una secuencia de 01 para que especfico de entrada y haga clic en Insertar. Entonces haga clic en Asignar. Lleve a cabo esta asignacin en las otras entradas.

Hacemos clic en Simulacin - Simulacin> Ejecutar.Una ventana de simulacin nos aparece con entradas y una salida, muestra el tplh tphl, y tp del circuito. La potencia consumo tambin se muestra en la parte inferior derecha de la ventana.

Diseamos el layout manualmente, abrimos la ventana editor layout in Microwind

Click File -> Select Foundry and select X.rul

Carriles Vdd y GND son de Metal1. La barra superior se utiliza como Vdd y la parte inferior una como GND. Haga clic en 1 en metal la paleta y luego crear el rectngulo requerida en el diseo de la ventana.

El siguiente paso es construir los transistores NMOS. Haga clic en el transistor smbolo en la paleta. Establecer la W, L del transistor

Luego haga clic en Generar dispositivo. La fuente del transistor est conectado al GND.

Crear otro NMOS y coloca en paralelo a la primera NMOS dispositivo. Compartimos los dos dispositivos de difusiones de drenaje. A Repblica Democrtica del Congo de verificacin puede ser ejecutado dando click en Analysis -> Design Rule Checker.

El siguiente paso es colocar dos transistores PMOS en serie. Coloque el transistor PMOS sobre disposicin cerca de la barandilla Vdd en el la parte superior. Para la construccin de dos PMOS transistores en serie, son difusiones desplazado a un lado y otro poli lnea se aade como segundo transistor. La difusin es compartida para ahorrar rea y reducir la capacitancia.

El siguiente paso es conectar las entradas y las salidas de los dos transistores.

El siguiente paso es conectar el poli a metal1 y luego a metal2. El primer smbolo en la primera fila de la paleta es que el contacto polietileno metal1

Luego se conecta el metal1 metal2 de contacto al contacto anterior. Este es el cuarto en contacto la primera fila.

El siguiente paso es conectar la salida Metal1 de Metal2. Una vez ms utilizar el cuarto contacto en la primera fila.

Ahora nos conectamos metal2 a las dos entradas y una salida y llevarlos a la parte superior para salir de la celda. Observamos las dos entradas (izquierda y derecha) y una salida (centro) por encima del ral Vdd de color azul oscuro.

Ahora etiquetar las entradas y una salida como In1, In2 y por fuera. Hacer click en Agregar un smbolo del pulso en la paleta (5 de la derecha en la fila 3 ). A continuacin, hacemos clic en el metal2 de uno de las entradas. Aparecer una ventana. Cambiar el nombre de la entrada seal. Insertamos un 01 y hagemos clic ken Insertar. El click en Asignar. De manera similar asignar la entrada segundo un pulso.

Seleccionamos Vdd alimentacin y masa de la paleta (tercera fila). Tambin, haga click en el condensador (3 en 2 fila) y el smbolo de aadir a la salida. Por otra parte, extender el pwell en el pin Vdd. El hacer clic en Editar -> Generar -> Contactos. Seleccione PATH y luego en metal y elegir Metal1 N + polarizacin.

Para ejecutar la simulacin de su circuito, hacemos click on Simulate. Dependiendo de la entrada secuencias asignadas a la entrada la salida se observa en el simulacin. El valor de la potencia es tambin dado.