طراحی مدارهای cmos نانومتری مقاوم در برابر اثرات گذر زمان

کاهش سریع اندازه عناصر ‏cmos‏ نگرانی های جدیدی در رابطه با قابلیت اطمینان ‏ مدارها ایجاد کرده ‏است که از مهمترین اینها می توان پدیده ناپایداری ناشی از بایاس منفی و دما ‏‎(nbti)‎ ‏ را نام برد. این ‏پدیده ترانزیستورهای ‏pmos‏ را تحت تأثیر قرار می دهد و سبب افول عملکرد ‏ مدار می شود. بعد از ‏nbti، پدیده‎ ‎های تزریق حاملهای داغ‎(hci) ‎ ‏ و شکست دی الکتریک وابسته به زمان ‏‎(tddb)‎ ‏ نیز تأثیر ‏بسزایی در کاهش قابلیت اطمینان مدارهای ‏vlsi‏ دارند. از این رو ضروری است که روشهایی ارائه شود ‏که این پدیده را بصورت دقیق مدل سازی و شبیه سازی کند و برای جبران افول عملکرد مدار در پی این ‏پدیده تکنیکهایی ارائه گردد تا بتوان مدارهایی با قابلیت اطمینان بالا برای طول عمر مورد نظر طراحی ‏کرد.‏ یکی از این روشها تعیین اندازه ترانزیستورها با درنظر گرفتن حاشیه اضافی برای مقابله با افت قدرت ‏ ‏ناشی از ‏nbti‏ است. در این رساله تکنیک جدیدی برای تعیین اندازه ترانزیستورهای یک مدار معرفی ‏می شود که علاوه بر ‏nbti‏ اثر ‏hci‏ را به طور همزمان در نظر می گیرد و هر ترانزیستور بسته به میزانی ‏که تحت تنش ‏ قرار می گیرد و متناسب با میزان افزایش مقاومتش، اندازه اش زیاد می شود. این روش ‏علاوه بر پیچیدگی کمتر در محاسبات، مساحت اضافی مدار را نیز کاهش می دهد. ‏ روش دیگر برای افزایش قابلیت اطمینان در مدارها بکارگیری سنسورهایی بر روی تراشه است که بدون ‏ایجاد اختلال و تغییر در مدار اصلی وضعیت پدیده های اثر گذار روی قابلیت اطمینان مدار را پایش می-‏کنند. در این راستا سنسور جدیدی بر اساس اندازه گیری تغییرات زمان گذر خروجی یک اینورتر برای ‏اندازه گیری ‏nbti‏ ارائه می شود. طراحی تفاضلی این سنسور اثر تغییرات مشترک محیطی را بر روی ‏خروجی کم می کند. زمان اندازه گیری در این سنسور بسیار کم است و در عین داشتن حساسیت لازم، در ‏برابر تغییرات فرآیند ‏ ساخت، دما و ولتاژ هم بطور قابل قبولی کار می کند. از دیگر مزایای این سنسور این ‏است که تغییرات خروجی تنها متأثر از پدیده ‏nbti‏ است و پدیده های دیگر نظیر ‏hci‏ در خروجی آن ‏تأثیری ندارد.‏ با استفاده از ایده اندازه گیری تغییرات زمان گذر خروجی که در این سنسور به کار گرفته شده است، ‏سنسورهایی برای ‏hci‏ و ‏tddb‏ ارائه می گردد. در هر مورد از این سنسورها روابط تحلیلی به همراه ‏شبیه سازی های مداری ارائه می شود که نشان دهنده ی نحوه طراحی و عملکرد مطلوب سنسورها می باشد. ‏ در ادامه در این رساله نشان می دهیم که ایده استفاده از تغییر زمان گذر برای کاربردهای دیگری مانند ‏سنسور تشخیص عدم تطابق بین ترانزیستورهای ‏pmos‏ و ‏nmos‏ و همچنین شناسایی تراشه ها نیز ‏قابل استفاده است. برای این منظور مدارهای جدیدی نشأت گرفته از سنسورهای پایش که در بالا معرفی ‏شد ارائه می گردد. شبیه سازیها عملکرد مطلوب هر یک از کاربردهای فوق را تأیید می نماید. ‏