Проект: Программно-аппаратный комплекс для измерения параметров и построения моделей СВЧ транзисторов

В результате выполнения проекта будут разработаны: 1) Измерительный комплекс для экстракции, верификации и валидации параметров моделей мощных СВЧ транзисторов; 2) Специальная оснастка для выполнения измерений и калибровки; 3) Методики измерений и калибровки; 4) Программное обеспечение для экстракции параметров модели.

В рамках Стратегии развития электронной промышленности Российской Федерации на период до 2030 года, утвержденной постановлением Правительства Российской Федерации от 17 января 2020 г. № 20-р, важная роль отведена развитию технологий производства электронной компонентной базы (ЭКБ) СВЧ-диапазона. Жесткая санкционная политика в отношении Российской Федерации заставила разработчиков аппаратуры искать пути импортозамещения и обратить внимание на отечественную ЭКБ, а ее крупнейших производителей, таких как АО «НИИПП», АО «НПП «Исток» им. Шокина», НПП «Пульсар», АО «Cветлана Электронприбор», АО «НИИЭТ», увеличивать объемы производства и совершенствовать свои технологии. Активно развиваются технологии производства транзисторов на основе широкозонных полупроводников, таких как нитрид галлия (GaN). Одна из ведущих аналитических компаний Yole Group прогнозирует почти 16-кратное увеличение мирового рынка мощных приборов на основе GaN с 127 млн. долларов в 2021 году до 2 млрд. долларов в 2027-м со среднегодовым темпом роста 59 %. В то же время современный процесс проектирования СВЧ аппаратуры немыслим без САПР, а их эффективное применение подразумевает, что любой элемент ЭКБ, от резистора до монолитной интегральной схемы (МИС), должен быть интегрирован в базу данных САПР посредством высокоточных измерений его параметров и создания на их основе достоверной модели с указанием диапазонов ее применимости. Предоставление достоверных моделей ЭКБ является конкурентным преимуществом для производителей. В свою очередь процесс построения модели на основе измерений в случае таких элементов ЭКБ, как СВЧ транзисторы на основе GaN-технологии, довольно сложен и требует наличия специального оборудования, обученных специалистов и отработанных методик измерений, а поскольку типаж элементов ЭКБ большинства производителей ограничен, создавать на своей базе испытательные центры в целях предоставления потребителю достоверных моделей для САПР зачастую экономически не выгодно. Это привело к появлению рынка услуг по построению моделей элементов ЭКБ. К примеру, за рубежом одной из ведущих компаний, предоставляющих такие услуги, является Modelithics, выступающая посредником между производителями ЭКБ (Qorvo, Cree и др.), САПР (Cadence, Ansys, Sonnet и др.) и конечными потребителями – разработчиками аппаратуры. На отечественном рынке подобные услуги предоставляет компания ООО «50ом Технолоджиз» и они становятся все более востребованными. Однако продвижение данного рынка услуг требует обучения специалистов, развития испытательной базы, а также отработки и унификации методик измерений и построения моделей, как для зарубежных САПР, так и для создаваемых отечественных аналогов. Предлагаемый проект, при поддержке промпартнера АО «НИИПП» и ООО «50ом Технолоджиз», направлен на формирование научного задела в части обоснования состава и формирования программно-аппаратного комплекса для измерения параметров и построения моделей СВЧ транзисторов, а также подготовку специалистов для эксплуатации подобного оборудования, чей опыт будет в дальнейшем востребован в промышленности. Сформированный научный задел имеет высокие перспективы комерциализации на российском рынке микроэлектроники, темпы роста которого уже сегодня составляют 15,2 % в год. Дальнейшее развитие данного направления позволит создавать не только компактные модели отдельных транзисторов, но и поведенческие модели МИС и блоков СВЧ аппаратуры по принципу «черного ящика» для проектирования уже на уровне систем. В подобных услугах уже сейчас остро нуждаются такие предприятия, как АО «НПФ «Микран», АО «Микроволновые системы», АО «НПП «Радар ММС», АО «УПКБ «Деталь» и другие разработчики.

Требования к измерительному комплексу и способы его построения, методы и методики измерений, алгоритмы обработки измерительной информации, модели для САПР.

Реализация проекта подразумевает использование комплексного подхода, включающего: 1) Анализ отечественного и мирового опыта решения задач моделирования таких элементов ЭКБ, как СВЧ транзисторы; 2) Поиск оптимальных путей достижения поставленной цели исследования на основе имеющегося научного задела и материальной базы; 3) Проведение экспериментальных исследований; 4) Анализ полученных на этапах НИР результатов исследований с оформлением отчетов и результатов интеллектуальной деятельности в виде патентов и/или свидетельств о регистрации программных продуктов.

Новизна предлагаемых в проекте решений заключается в комплексном использовании передовых методов калибровки и измерений для построения новых методик измерений параметров СВЧ транзисторов, учитывающих возникающие в них эффекты, такие как саморазогрев и влияние ловушек в буферном слое и на границах разделов.

Опыт создания СВЧ измерительной техники: векторные анализаторы цепей для тестирования пассивных и активных устройств, в том числе устройств с преобразованием частоты, с переменным импедансом по входу и выходу в СВЧ и КВЧ диапазонах частот в различных волноведущих системах (коаксиальный тракт, печатные платы, волноводы, копланарные устройства на полупроводниковых подложках); разработка методик (методов) измерений радиотехнических величин; разработка методов повышения точности измерений и калибровки; разработка моделей элементов ЭКБ для САПР. 1. I.M. Malay and E.U. Kharitonov, "Local Polynomial Regression as Adaptive Windowing Function in Complex-Valued Reflection Coefficient Measurements," 2024 26th International Conference on Digital Signal Processing and its Applications (DSPA), Moscow, Russian Federation, 2024, pp. 1-4, doi: 10.1109/DSPA60853.2024.10510145 2. Харитонов Е.Ю., Вышлов В.А. Метод калибровки однопортового векторного анализатора цепей и определения параметров калибровочных мер на основе анализа откликов во временной области // Вестник метролога. – 2020. – № 4. – С. 9-16. 3. A.A. Savin, V.G. Guba, A. Rumiantsev, B.D. Maxon, D. Schubert, and U. Arz Adaptive Estimation of Complex Calibration Residual Errors of Wafer-Level S-Parameters Measurement System // 84th ARFTG Microwave Measurement Conference, Boulder, USA, 2014, pp. 1-4. 4. Kokolov A.A., Savin A.A., Babak L.I. Technique and Accuracy Appraisal of Extraction of mHEMT Small-Signal Equivalent Circuit // 20th Int. Crimean Conference «Microwave & Telecommunication Technology». 13-17 September, 2010, Sevastopol, Crimea, Ukraine, pp. 210-211. 5. Савин А.А., Губа В.Г., Быкова О.Н. Измерение параметров полупроводниковых приборов на пластине // Измерительная техника, № 7, 2016, С. 56-61. Пер. на англ. яз.: A.A. Savin, V.G. Guba, O.N. Bykova Measurement of the Parameters of On-wafer Semiconductor Devices // Measurement Techniques, Vol. 59, No. 7, October, 2016, pp. 765-772. 6 Попов А.А., Билевич Д.В., Сальников А.С., Калентьев А.А. Исследование влияния электрофизическими характеристик на параметры компактных моделей компонентов сверх высокочастотных монолитных интегральных схем // Электронная техника. Серия 2. Полупроводниковые приборы. — 2020. — № 2(257). — С. 37-46. - DOI: 10.36845/2073-8250-2020-257-2-37-46 7. Калентьев А.А., Сальников А.С., Попов А.А., Билевич Д.В., Добуш И.М., Горяинов А.Е., Файль Т.Н. Алгоритм автоматического построения малосигнальной модели GaAs pHEMT-транзистора и его реализация в САПР // Наноиндустрия. — 2020. — № S96-1. — С. 330-336. - DOI: 10.22184/1993-8578.2020.13.3s.330.336 8. Popov A.A., Bilevich D.V., Metel A.A., Salnikov A.S., Dobush I.M., Goryainov A.Е., Kalentyev A.A. Small-signal and noise GaAs pHEMT modeling for low noise amplifier design // Journal of Physics: Conference Series. — 2020. — Vol. 1499. — P. 012033.

Внедрение технологии построения моделей СВЧ транзисторов за счет высоких показателей точности и достоверности позволит на порядки снизить сроки разработки устройств СВЧ электроники на основе отечественных транзисторов и финансовые затраты на них.

• Презентация к проекту

  Конкурс_ПИШ_ТУСУР_Модель.pptx

• Проект ТЗ

  ЧТЗ_ПИШ_модели_v.3.docx