Tesis
Modelado comportamental de sistemas basados en transistores de un solo electrón
Autor
FRANCISCO JAVIER CASTRO GONZALEZ
Institución
Resumen
Present-day technological developments in the fabrication of Single-Electron devices
provide the opportunity for devising systems in which CMOS technology
and nanodevices will coexist for a wide number of applications. Besides, the
steady downscaling of CMOS devices is reaching its fundamental limits due to
the occurrence of quantum effects which were not taken into account just a few
years ago.
As it happened in the case of microelectronic design, a top-to-down design flow
must also be conceived for systems composed of MOS and SET devices. Such
a design flow must include a design verification path with several levels of hierarchy
and types of cosimulation tasks. A particularly simple verification strategy
for hybrid systems composed of SET devices and CMOS consists in the formulation
of functional models that may be of straightforward application in the design
flow-path.
Functional models have a proven capability to speed up electrical verification by
resorting to mathematical descriptions of the system under analysis, which can be
easily evaluated and consulted during the iterative process of simulation. Among
the functional models, the constitutive branch-relationships of circuit elements
come across as excellent tools for the complete and detailed description of the
devices involved in microelectronic circuit simulation.
In this work, a piecewise linear model and two sinusoidal models for the single
electron transistor are presented. The models are aimed for co-simulation of hybrid
systems, and they can be easily coded in a high level description language. Los actuales avances tecnológicos en la fabricación de dispositivos de un solo
electrón ofrecen la oportunidad de diseñar sistemas en los cuales la tecnología
CMOS y los nanodispositivos puedan coexistir en un gran número de aplicaciones.
Además, la constante reducción en las dimensiones de los dispositivos CMOS está
llegando a sus límites fundamentales, debido a la aparición de los efectos cuánticos
que no se tuvieron en cuenta hace apenas unos cuantos años.
Similarmente a como sucedió en el caso del diseño de circuitos y sistemas microelectrónicos,
un flujo de diseño TOP-DOWN también debe ser concebido para
sistemas compuestos por MOSFETs y dispositivos de un solo electrón. Este flujo
de diseño debe incluir un ruta de verificación con varios niveles de jerarquía
y tipos de cosimulación. Una estrategia de verificación particularmente sencilla
para los sistemas híbridos compuestos de dispositivos SET y CMOS consiste en
la formulación de modelos funcionales que pueden ser aplicados directamente en
el flujo de diseño.
Los modelos funcionales tienen una capacidad demostrada para acelerar la verificación
eléctrica por recurrir a descripciones matemáticas del sistema bajo análisis,
que pueden ser fácilmente evaluadas y consultadas durante el proceso iterativo de
simulación. Entre los modelos funcionales, las relaciones constitutivas de rama de
un elemento de circuito resultan ser excelentes herramientas para la descripción
completa y detallada de los dispositivos involucrados en la simulación de circuitos
microelectrónicos.
En este trabajo se presenta un modelo funcional lineal por segmentos y otros dos
modelos sinusoidales para el transistor de un solo electrón. Los modelos están
destinados a la cosimulación de sistemas híbridos, y pueden ser fácilmente codificadas
en un lenguaje de alto nivel de descripción.
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