Modeliranje elektroničkih komponenti za integrirane sklopove

Opis predmeta

Cilj predmeta je stjecanje znanja i vještina u području modeliranja mikro- i nanoelektroničkih komponenti za integrirane sklopove u svrhu točnih simulacija koje omogućuju ubrzanje i pojeftinjenje procesa projektiranja integriranih sklopova. Predmet obuhvaća: principe modeliranja te DC, AC, tranzijentne, visokofrekvencijske i simulacije šuma; drift-difuzijski model i analizu naprednih tranzistorskih struktura poput FinFET-a; empirijske i fizikalne modele unipolarnih i bipolarnih tranzistora u različitim tehnologijama; implementaciju učinkovitih modela u jezicima C i Verilog-A. Predmet će pružiti cjelovito razumijevanje procesa projektiranja od mjerenja, izrade modela i kalibracije, do projektiranja demonstracijskog sklopa na računalu.

Ishodi učenja

  1. Razumjeti vezu između mjerenja, izrade i kalibracije modela, te projektiranja integriranog sklopa.
  2. Odabrati prikladan pristup modeliranju ovisno o primjeni i simulacijskom okruženju.
  3. Primijeniti programske jezike C i Verilog-A za implementaciju modela.
  4. Objasniti metode modeliranja za DC, AC, tranzijentne, visokofrekvencijske i simulacije šuma.
  5. Izraditi razvojni alat u programskom okruženju za simulaciju elektroničkih sklopova.
  6. Izraditi jednostavni simulacijski program u jeziku C korištenjem naprednih numeričkih biblioteka

Oblici nastave

Predavanja

Prema tjednom planu nastave s primjerima.

Provjere znanja

Pismeni ispiti s pitanjima na zaokruživanje.

Laboratorijske vježbe

Razvoj modela i simulatora elektroničkih komponenti u paketima/jezicima: Matlab, Verilog-A, C (s bibliotekama BLAS i LAPACK), CUDA (s bibliotekama cuBLAS i cuSOLVER).

Seminari

Studentski projekt.

Način ocjenjivanja

Kontinuirana nastava Ispitni rok
Vrsta provjere Prag Udio u ocjeni Prag Udio u ocjeni
Laboratorijske vježbe 50 % 40 % 50 % 40 %
Seminar/Projekt 0 % 20 % 0 % 0 %
Međuispit: Pismeni 0 % 20 % 0 %
Završni ispit: Pismeni 0 % 20 %
Ispit: Pismeni 0 % 60 %

Tjedni plan nastave

  1. SPICE paketi za simulacije elektroničkih sklopova. Učinkovita implementacija SPICE simulatora u jeziku C za numeričko rješavanje sklopova s linearnim i nelinearnim elementima.
  2. Empirijski modeli FET-ova (Curtice, Triquint, Angelov).
  3. Fizikalni modeli FET-ova temeljeni na površinskom potencijalu (BSIM, PSP) i naboju (EKV).
  4. Osnove programiranja u jeziku Verilog-A na primjerima modeliranja pasivnih komponenti.
  5. Modeliranje aktivnih komponenti u jeziku Verilog-A na primjerima silicijske diode i MOSFET-a.
  6. Modeliranje parazitnih elemenata i temperaturnih efekata u jeziku Verilog-A na primjeru silicijskog BJT-a
  7. Modeliranje šuma i rasipanja karakteristika u jeziku Verilog-A na primjeru silicijskog BJT-a.
  8. Međuispit
  9. Izrada modela i razvojnog alata (engl. design kit) u okruženju Advanced Design System.
  10. Kalibracija razvojnog alata (I-V, strmina, C-V, šum, fT, fmax) i validacija na demonstracijskom sklopu na primjeru GaN HEMT-a.
  11. TCAD fizikalne simulacije mikro- i nanoelektroničkih komponenti. Primjer analize efekata skaliranja u silicijskim FinFET-ima.
  12. Drift-difuzijski model za poluvodičke elemente. Poissonova jednadžba. Gummelova i Newtonova metoda
  13. Samokonzistentno numeričko rješavanje drift-difuzijskih jednadžbi i implementacija u jeziku C.
  14. Parazitni kvantni efekti u FET-ovima na nanoskali i njihovo uključenje u kompaktne modele. Primjer izrade C programa za simulaciju i analizu kvantizacijskih efekata u MOS tranzistoru.
  15. Prezentacija studentskih projekata.

Studijski programi

Sveučilišni diplomski
Elektronika (profil)
preporučeni izborni predmeti (3. semestar)

Literatura

Giuseppe Massabrio, Paolo Antognetti (1998.), Semiconductor Device Modeling with Spice, McGraw Hill Professional
Wladyslaw Grabinski, Bart Nauwelaers, Dominique Schreurs (2006.), Transistor Level Modeling for Analog/RF IC Design, Springer Science & Business Media
Dragica Vasileska, Stephen M. Goodnick, Gerhard Klimeck (2017.), Computational Electronics, CRC Press
Dan FitzPatrick, Ira Miller (2007.), Analog Behavioral Modeling with the Verilog-A Language, Springer Science & Business Media

Laboratorijske vježbe

Izvedba

ID 187309
  Zimski semestar
4 ECTS
R2 Engleski jezik
R1 E-učenje
30 Predavanja
0 Auditorne vježbe
15 Laboratorijske vježbe
0 Konstrukcijske vježbe

Ocjenjivanje

90 izvrstan
75 vrlo dobar
60 dobar
50 dovoljan