Integració en Si-CMOS

La integració de tecnologies de grafè i la tecnologia CMOS

ProjectesSi-CMOS Integration DevicesGraphSIM

GraphSIM

Entorn de simulació per a circuits integrats híbrids grafè-sílice CMOS

Durant l’ultima dècada s’han demostrat experimentalment una gran varietat de dispositius basats en el grafè; notablement, unions p-n, varactors, transistors i barristors. Combinant aquests dispositius amb components passius, es podrien dissenyar innumerables circuits per a aplicacions digitals, analògiques i de radiofreqüència (RF), preferentment en la forma de circuit integrat (CI). S’espera que aquests circuits es puguin integrar e n una plataforma de sílice amb l’objectiu d’augmentar la funcionalitat del CI, explotant així les propietats úniques del grafè.

Per poder crear aquests circuits CI híbrids que combinin la tecnologia de la sílice amb la del grafè, es requereix un entorn de simulació que permeti calcular el comportament elèctric dels circuits (tant en DC, resposta AC, anàlisi transitori i anàlisi de soroll) amb un resultat consistent amb les mesures experimentals. La disponibilitat d’aquest entorn és una precondició del procés de manufactura. Degut a l’existència d’un entorn d’aquestes característiques per al sílice, la nostra proposta tracta d’aprofitar aquest avanç i afegir la capacitat de simular els circuits realitzats sobre la plataforma de grafè, incloent la simulació híbrida dels circuits en ambdues plataformes.

L’estat de l’art en models compactes orientats a la tecnologia basada en el grafè considera els efectes físics principals. Per tal que les simulacions siguin realistes, també s’ha de considerar diverses “no idealitats”, tals com els efectes provocats per la xarxa intrínseca del dispositiu, l’efecte de les càrregues atrapades en els materials dielèctrics i en la intercara amb el grafè, els efectes d’auto-escalfament, els efectes de canal curt, els efectes inercials dels portadors i l’efecte del soroll de baixa i alta freqüència (veure Figura 1).

El projecte està liderat per la UAB (experts en models compactes de dispositius de grafè), i compta amb la col·laboració de l’ICN2 (amb una gran experiència en la fabricació de dispositius i circuits de grafè) i Keysight Technologies (empresa mundialment reconeguda per oferir entorns de simulació en diverses tecnologies).

GraphSIM

Fig. 1: La realització d’una tecnologia de simulació de circuits híbrids de grafè-sílice requereix el desenvolupament de models compactes que capturen els efectes físics rellevants per cada tipus d’anàlisi de circuit: DC, transitori, resposta en freqüència, soroll. Acrònims utilitzats- SHE: self-heating, QS: quasi-static, NQS: non quasi-static, MF: medium frequency, HF: high frequency, LFN: low frequency noise, HFN: high frequency noise.

Coordinador

Universitat Autònoma de Barcelona (UAB)

David Jiménez

David Jiménez és doctor en Enginyeria Electrònica i Catedràtic de Universidad laboral al Departament d’Enginyeria Electrònica. Ha estat professor visitant a diverses universitats com la UAM, URV, Tokyo Institute of Technology, UGR, EPLF, i centres com el National Institute of Advance Science and Technology (AIST).
La seva recerca es centra en la modelització de transistors a nanoescala, incloent MOSFETs de porta múltiple, transistors de nanofils, transistors de nanotubs de carboni. Té àmplia experiència en recerca de noves arquitectures de transistors per aplicacions de baixa potència basades en materials ferroelèctrics amb capacitat negativa, i en el desenvolupament de memòries no volàtils basades en el fenòmen de resistive switching. Recentment, en el marc del projecte Graphene Flagship, Jiménez està treballant en transistors i circuits de radiofreqüència basats en materials 2D.

Aportacions dels socis

Universitat Autònoma de Barcelona (UAB)

David Jiménez

La UAB té una llarga història en el desenvolupament de models compactes de dispositius electrònics basats en materials de baixa dimensió (nanocables de silici, nanotubs de carboni, grafè, TMD). En aquest projecte desenvoluparan els models de: (1) soroll de baixa freqüència, (2) model d’alta freqüència NQS, (3) soroll d’alta freqüència, (4) capacitats extrínseques.

Institut Català de Nanociència i Nanotecnologia (ICN2)

Jose A. Garrido

El grup d’aplicacions biomèdiques, dirigit pel professor Jose Garrido, aporta experiència en la fabricació de dispositius i circuits basats en materials 2D. Disposar de mesures de dispositius i circuits de grafè és crucial per provar els models de dispositius fabricats per la UAB i fer possible el seu calibratge.

 

Keysight Technologies

Keysight Technologies és propietària de l’Advanced Design System (ADS), que proporciona un entorn de simulació de circuits de microones en tecnologies ben establertes. El seu paper al consorci serà incorporar la tecnologia desenvolupada per la UAB-ICN2 al software ADS, ampliant així el seu potencial de simulació al disseny de circuits de microones basats en grafè. A més, tindrà un paper rellevant en la validació del TRL 6 previst per a aquesta tecnologia, posant a disposició del projecte un conjunt de circuits de prova rellevants.