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.

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

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.

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.