Phát triển mô hình và mô phỏng transistor hữu cơ trong HSPICE Synopsys

Bài viết trình bày phương pháp mô hình hóa transistor hữu cơ phục vụ công tác thiết kế và mô phỏng vi mạch điện tử. Trên cơ sở các tham số thực nghiệm và các tham số trích xuất của OTFT, mô hình được xây dựng và tối ưu từng bước thông qua HSPICE Synopsys. Dựa trên việc so sánh giữa đặc tuyến thực nghiệm và mô phỏng, bộ tham số HSPICE chuẩn cho OTFT được xây dựng với sai số thấp.
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Phát triển mô hình và mô phỏng transistor hữu cơ trong HSPICE SynopsysNghiên cứu khoa học công nghệ PHÁT TRIỂN MÔ HÌNH VÀ MÔ PHỎNG TRANSISTOR HỮU CƠ TRONG HSPICE SYNOPSYS Hồ Thành Trung Tóm tắt: Bài báo trình bày phương pháp mô hình hóa transistor hữu cơ phục vụ công tác thiết kế và mô phỏng vi mạch điện tử. Trên cơ sở các tham số thực nghiệm và các tham số trích xuất của OTFT, mô hình được xây dựng và tối ưu từng bước thông qua HSPICE Synopsys. Dựa trên việc so sánh giữa đặc tuyến thực nghiệm và mô phỏng, bộ tham số HSPICE chuẩn cho OTFT được xây dựng với sai số thấp. Nghiên cứu giúp trình bày ở đây giúp từng bước hoàn thiện quy trình nghiên cứu- thiết kế-sản xuất linh kiện và vi mạch điện tử.Từ khóa: Transistor hữu cơ; Mô hình hóa; SPICE; Synopsys. 1. ĐẶT VẤN ĐỀ Trong công nghiệp điện tử, khi phát triển một linh kiện mới như BJT, MOSFET,BiCMOS,…, sau thời gian tối ưu hóa về cấu trúc và quy trình sản xuất, linh kiện đó cầnđược mô hình hóa. Sau đó sản phẩm thường được thương mại hóa theo hai hướng: sảnxuất linh kiện rời cho sản xuất mạch điện tử sử dụng các phần mềm thiết kế mạch nhưOrcad, Altium và tích hợp trong các công cụ (tool) của phần mềm thiết kế vi mạch nhưCadence, Silvaco, hay Synopsys phục vụ cho thiết kế vi mạch. Cả hai hướng này đều cầnmô hình chính xác của linh kiện để giúp quá trình sản xuất hàng loạt các sản phẩm điện tửcó tính năng đúng với thiết kế trên máy tính. Việc này được thực hiện bằng chương trìnhmô phỏng SPICE (Simulation Program with Integrated Circuit Emphasis- chương trình môphỏng hướng tới mạch tích hợp), trong đó các linh kiện và kết nối của chúng trong sơ đồtương đương như nguồn dòng, tụ điện, điện trở, nguồn nuôi, điện áp vào, ra,.. được viếtthành các mã và biên dịch bằng các chương trình thiết kế vi mạch như Cadence, Silvaco,hay Synopsys [1]. Hiện nay có 79 mô hình của các dòng transistor khác nhau nhưSiemens, National Semiconductor, Sharp, University of Florida…. Transistor màng mỏng sử dụng bán dẫn hữu cơ OTFT (organic TFT) có ứng dụng đadạng từ chế tạo mạch điện tử, màn hình uốn dẻo đến các mạch điện tử y sinh, gần đây rấtđược quan tâm nghiên cứu phát triển bởi các trường Đại học và tập đoàn điện tử nhưSilvaco của Nhật Bản, Đại học Minnesota, Hoa Kỳ [1-7],... Griffin và các cộng sự trìnhbày về mô hình HSPICE cho OTFT sản xuất bằng phương pháp in mạch [1], Kim và cáccộng sự sử dụng hàm tiện cận kết hợp HSPICE để phát triển mô hình cho OTFT [2], Yinvà các cộng sự sử dụng phương pháp giả SPICE (SPICE like) cho OTFT bán dẫnpentacence [3], hay Valletta và các cộng sự [4] sử dụng phương pháp tiếp cận kênh(Gradual Channel Approximation) để tăng độ chính xác của mô hình và thực nghiệm.Trong nước có một số nghiên cứu về HSPICE cho OTFT cũng đang được thực hiện [5,6].Trong lĩnh vực công nghiệp Silvaco (Hoa Kỳ) là công ty phát triển SPICE cho OTFT, tuynhiên sản phẩm thương mại này lại chỉ có thể đặt hành chế tạo bởi chính Silvaco với giáthành hàng triệu đô la Mỹ. Nhìn chung, cũng giống như transistor truyền thống (hiện đangtồn tại 79 mô hình khác nhau) chưa có mô hình nào có thể áp dụng cho tất cả các côngnghệ OTFT khi xét về yếu tố kiến trúc và vật liệu chế tạo. Các nhà nghiên cứu hay tậpđoàn công nghệ tập trung vào việc cố gắng phát triển mô hình sao cho các đặc tính điện từHSPICE giống nhất với kết quả thí nghiệm từ OTFT họ chế tạo phát triển. Trong nghiên cứu được tài trở bởi quỹ khoa học công nghệ quốc gia Nafosted (MS:103.02-2017.34), OTFT hoạt động với điện áp thấp (vài volt) đã được thiết kế và chế tạo.Để có thể đưa công nghệ này OTFT này vào thiết kế mạch điện tử thì xây dựng hoàn thiệnTạp chí Nghiên cứu KH&CN quân sự, Số Đặc san FEE, 08 - 2018 111 Kỹ thuật Điện tử – Thông tinmô hình HSPICE là khâu hết sức cần thiết. Trong bài báo này, trên cơ sở các tham số thựcnghiệm và các tham số trích xuất của OTFT, thực hiện tối ưu hóa mô hình bằng HSPICEvà cải tiến dữ liệu thông qua quá trình mô phỏng với dữ liệu phù hợp, đưa ra kết quả môhình HSPICE đường đặc tính truyền đạt và đặc tuyến ra hội tụ với tham số thực nghiệm,mô hình đã mô tả phù hợp để chế tạo OTFT. 2. THAM SỐ OTFT TỪ THỰC NGHIỆM (a) (c) SCS 4200 (b) Triax Internal Bus cables PreAmps DUTs Hộp đo ...