Integración en Si-CMOS

La integración de tecnologías de grafeno y la tecnología CMOS

ProyectosSi-CMOS Integration DevicesGraphSIM

GraphSIM

Entorno de simulación para circuitos integrados híbridos grafeno-silicio CMOS

Durante la última década se han demostrado experimentalmente una gran variedad de dispositivos basados en el grafeno; notablemente, uniones p-n, varactores, transistores y barristores. Combinando estos dispositivos con componentes pasivos, se podrían diseñar innumerables circuitos para aplicaciones digitales, analógicas y de radiofrecuencia (RF), preferentemente en la forma de circuito integrado (CI). Se espera que dichos circuitos se puedan integrar en la plataforma de silicio con el objetivo de aumentar la funcionalidad del CI, explotando así las propiedades únicas del grafeno.

Para poder crear tales CI híbridos que combinen la tecnología de silicio con la de grafeno, se requiere un entorno de simulación que permita calcular el comportamiento eléctrico de los circuitos (tanto en DC, respuesta AC, análisis transitorio, y análisis de ruido) con un resultado consistente con las medidas experimentales. La disponibilidad de tal entorno es una precondición del proceso de manufactura. Dado que ya existe un entorno así para el silicio, nuestra propuesta es aprovechar este avance y añadir la capacidad de simular los circuitos realizados sobre la plataforma de grafeno, incluyendo la simulación híbrida de los circuitos en ambas plataformas.

El estado del arte en modelos compactos orientados a la tecnología basada en el grafeno considera los efectos físicos principales. Para que las simulaciones sean realistas hay que considerar también diversas no idealidades, tales como los efectos provocados por la red extrínseca del dispositivo, el efecto de las cargas atrapadas en los materiales dieléctricos y en la intercara con el grafeno, los efectos de auto-calentamiento, los efectos de canal corto, los efectos inerciales de los portadores, y el efecto del ruido de baja y alta frecuencia (ver Figura 1).

 

El proyecto está liderado por la UAB (expertos en modelos compactos de dispositivos de grafeno), y cuenta con la colaboración de ICN2 (con una gran experiencia en la fabricación de dispositivos y circuitos de grafeno) y Keysight  Technologies (empresa mundialmente reconocida por ofrecer entornos de simulación en diversas tecnologías).

 

GraphSIM

Fig. 1: La realización de una tecnología de simulación de circuitos híbridos de grafeno-silicio requiere del desarrollo de modelos compactos que capturen los efectos físicos relevantes para cada tipo de análisis del circuito: DC, transitorio, respuesta en frecuencia, ruido. Acrónimos utilizados – 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 es Doctor en Ingeniería Electrónica y Catedrático de Universidad laboral en el Departamento de Ingeniería Electrónica. Ha sido profesor visitante en diversas universidades como la UAM, URV, Tokyo Institute of Technology, UGR, EPFL, y centros como el National Institute of Advance Science and Technology (AIST). Su actividad de investigación se ha centrado en la modelización de transistores en la nanoescala,incluyendo MOSFETs de puerta múltiple, transistores de nanohilos, transistores de nanotubos de carbono. Ha estado involucrado enla investigación de nuevas arquitecturas del transistor para aplicaciones de baja potencia basadas en materiales ferroeléctricos con capacidad negativa, y en el desarrollo de memorias no volátiles basadas en el fenómeno de resistive switching. Recientemente, dentro del Proyecto Graphene Flagship, su principal interés se centra en los transistores y circuitos de RF basados en materiales 2D orientados a aplicaciones de radio-frecuencia.

Aportaciones de los socios

Universitat Autònoma de Barcelona (UAB)

La UAB tiene una larga trayectoria en el desarrollo de modelos compactos de dispositivos electrónicos basados en materiales de baja dimensionalidad (nanohilos de silicio, nanotubos de carbono, grafeno, TMDs). En el proyecto GraphCAT se encarga de elaborar una tecnología de modelización de transistores de grafeno orientados a circuitos integrados híbridos y monolíticos.

Instituto Catalán de Nanociencia y Nanotecnología (ICN2)

Jose A. Garrido

El grupo de aplicaciones biomédicas, dirigido por el Prof. Jose Garrido, aporta la experiencia en la fabricación de dispositivos y circuitos basados en materiales 2D. Contar con medidas de dispositivos y circuitos de grafeno es crucial para poner a prueba los modelos de los dispositivos realizados por la UAB y hacer posible su calibración.

Keysight Technologies

Es la empresa propietaria de Advanced Design System(ADS), que proporciona un entorno de simulación paracircuitos de microondas en tecnologías bien establecidas. Su papel en el consorcio será el deincorporar la tecnología desarrollada por la UAB-ICN2 en el software ADS, ampliando así su potencial de simulación al diseño de circuitos de microondas basados en grafeno.Adicionalmente, tendrá un papel relevante en la validación del TRL 6 esperado para nuestratecnología poniendo a disposición del proyecto un conjunto de circuitos de test relevantes.