प्रौद्योगिकी सीएडी

टेक्नोलॉजी कंप्यूटर-एडेड डिज़ाइन (प्रौद्योगिकी सीएडी या टीसीएडी) इलेक्ट्रॉनिक डिजाइन स्वचालन की शाखा है जो [[अर्धचालक निर्माण ]] और सेमीकंडक्टर डिवाइस ऑपरेशन का मॉडल करती है। निर्माण के मॉडलिंग को प्रोसेस टीसीएडी कहा जाता है, जबकि डिवाइस ऑपरेशन के मॉडलिंग को डिवाइस टीसीएडी कहा जाता है। शामिल हैं अर्धचालक प्रक्रिया सिमुलेशन (जैसे डोपेंट और आयन आरोपण), और सेमीकंडक्टर डिवाइस मॉडलिंग मौलिक भौतिकी पर आधारित है,  जैसे उपकरणों के डोपिंग प्रोफाइल। टीसीएडी में कॉम्पैक्ट मॉडल (जैसे प्रसिद्ध मसाला ट्रांजिस्टर मॉडल) का निर्माण भी शामिल हो सकता है, जो ऐसे उपकरणों के विद्युत व्यवहार को पकड़ने की कोशिश करते हैं लेकिन आम तौर पर उन्हें अंतर्निहित भौतिकी से प्राप्त नहीं करते हैं। स्पाइस सिम्युलेटर को आमतौर पर टीसीएडी के बजाय इलेक्ट्रॉनिक डिजाइन ऑटोमेशन का हिस्सा माना जाता है।

परिचय
प्रौद्योगिकी फ़ाइलें और डिज़ाइन नियम जाँच # डिज़ाइन नियम एकीकृत सर्किट डिज़ाइन प्रक्रिया के आवश्यक निर्माण खंड हैं। प्रक्रिया प्रौद्योगिकी पर उनकी सटीकता और मजबूती, इसकी परिवर्तनशीलता और आईसी की परिचालन स्थितियां - पर्यावरण, परजीवी बातचीत और परीक्षण, इलेक्ट्रो-स्टैटिक डिस्चार्ज जैसी प्रतिकूल परिस्थितियों सहित - प्रदर्शन, उपज और विश्वसनीयता का निर्धारण करने में महत्वपूर्ण हैं। इन प्रौद्योगिकी और डिजाइन नियम फ़ाइलों के विकास में पुनरावृत्ति प्रक्रिया शामिल है जो प्रौद्योगिकी और उपकरण विकास, उत्पाद डिजाइन और गुणवत्ता आश्वासन की सीमाओं को पार करती है। इस विकास प्रक्रिया के कई पहलुओं के समर्थन में मॉडलिंग और सिमुलेशन महत्वपूर्ण भूमिका निभाते हैं।

टीसीएडी के लक्ष्य एकीकृत सर्किट उपकरणों के भौतिक विवरण से शुरू होते हैं, भौतिक विन्यास और संबंधित डिवाइस गुणों दोनों पर विचार करते हैं, और सर्किट डिजाइन का समर्थन करने वाले भौतिकी और विद्युत व्यवहार मॉडल की विस्तृत श्रृंखला के बीच संबंध बनाते हैं। वितरित और ढेलेदार रूपों में उपकरणों का भौतिक-आधारित मॉडलिंग आईसी प्रक्रिया विकास का अनिवार्य हिस्सा है। यह प्रौद्योगिकी की अंतर्निहित समझ को मापने का प्रयास करता है और उस ज्ञान को उपकरण डिजाइन स्तर तक पहुंचाता है, जिसमें प्रमुख मापदंडों का निष्कर्षण भी शामिल है। जो सर्किट डिजाइन और सांख्यिकीय मैट्रोलोजी का समर्थन करते हैं।

हालांकि यहां मेटल ऑक्साइड सेमीकंडक्टर (एमओएस) ट्रांजिस्टर पर जोर दिया गया है - आईसी उद्योग का वर्कहॉर्स - यह मॉडलिंग टूल और कार्यप्रणाली के विकास के इतिहास का संक्षेप में अवलोकन करने के लिए उपयोगी है जिसने वर्तमान स्थिति के लिए मंच तैयार किया है। कला।

इतिहास
प्रौद्योगिकी कंप्यूटर-एडेड डिज़ाइन (TCAD) का विकास - प्रक्रिया, उपकरण और सर्किट सिमुलेशन और मॉडलिंग टूल का सहक्रियात्मक संयोजन - द्विध्रुवी जंक्शन ट्रांजिस्टर प्रौद्योगिकी में अपनी जड़ें पाता है, जो 1960 के दशक के अंत में शुरू हुआ, और जंक्शन पृथक, दोहरी-चुनौतियों की चुनौतियाँ और ट्रिपल-विसरित ट्रांजिस्टर। ये उपकरण और प्रौद्योगिकी पहले एकीकृत परिपथों के आधार थे; बहरहाल, आईसी विकास के चार दशकों के बाद भी, स्केलिंग के कई मुद्दे और अंतर्निहित भौतिक प्रभाव आईसी डिजाइन के अभिन्न अंग हैं। आईसी की इन शुरुआती पीढ़ियों के साथ, प्रक्रिया परिवर्तनशीलता और पैरामीट्रिक उपज मुद्दा था - ऐसा विषय जो भविष्य की आईसी प्रौद्योगिकी में भी नियंत्रण कारक के रूप में फिर से उभरेगा।

प्रक्रिया नियंत्रण के मुद्दे - आंतरिक उपकरणों और सभी संबद्ध परजीवी दोनों के लिए - दुर्जेय चुनौतियों को प्रस्तुत किया और प्रक्रिया और उपकरण सिमुलेशन के लिए उन्नत भौतिक मॉडल की श्रृंखला के विकास को अनिवार्य किया। 1960 के दशक के अंत में और 1970 के दशक में, उपयोग किए गए मॉडलिंग दृष्टिकोण प्रमुख रूप से एक- और द्वि-आयामी सिमुलेटर थे। जबकि इन शुरुआती पीढ़ियों में TCAD ने बाइपोलर तकनीक की भौतिकी-उन्मुख चुनौतियों को दूर करने में रोमांचक वादा दिखाया, MOS प्रौद्योगिकी की बेहतर मापनीयता और बिजली की खपत ने IC उद्योग में क्रांति ला दी। 1980 के दशक के मध्य तक, एकीकृत इलेक्ट्रॉनिक्स के लिए CMOS प्रमुख चालक बन गया। बहरहाल, ये शुरुआती TCAD घटनाक्रम आवश्यक टूलसेट के रूप में उनके विकास और व्यापक तैनाती के लिए मंच तैयार करें जिसने वीएलएसआई और यूएलएसआई युगों के माध्यम से प्रौद्योगिकी विकास का लाभ उठाया है जो अब मुख्यधारा हैं।

एक चौथाई सदी से भी अधिक समय से IC के विकास पर MOS तकनीक का वर्चस्व रहा है। 1970 और 1980 के दशक में MOSFET #NMOS तर्क को गति और क्षेत्र के लाभ के कारण, प्रौद्योगिकी सीमाओं और अलगाव, परजीवी प्रभाव और प्रक्रिया जटिलता से संबंधित चिंताओं के कारण पसंद किया गया था। एनएमओएस-वर्चस्व वाले एलएसआई के उस युग और वीएलएसआई के उद्भव के दौरान, एमओएस प्रौद्योगिकी के मौलिक स्केलिंग कानूनों को संहिताबद्ध किया गया और व्यापक रूप से लागू किया गया। यह इस अवधि के दौरान भी था कि TCAD मजबूत प्रक्रिया मॉडलिंग (मुख्य रूप से एक-आयामी) को साकार करने के मामले में परिपक्वता तक पहुंच गया, जो तब अभिन्न प्रौद्योगिकी डिजाइन उपकरण बन गया, जिसका उपयोग पूरे उद्योग में सार्वभौमिक रूप से किया जाता था। उसी समय डिवाइस सिमुलेशन, मुख्य रूप से एमओएस उपकरणों की प्रकृति के कारण द्वि-आयामी, उपकरणों के डिजाइन और स्केलिंग में प्रौद्योगिकीविदों का कार्य-घोड़ा बन गया। MOSFET#NMOS लॉजिक से CMOS तकनीक में संक्रमण के परिणामस्वरूप प्रक्रिया और डिवाइस सिमुलेशन के लिए कसकर युग्मित और पूरी तरह से 2D सिमुलेटर की आवश्यकता हुई। टीसीएडी उपकरणों की यह तीसरी पीढ़ी ट्विन-वेल सीएमओएस प्रौद्योगिकी (चित्र 3ए देखें) की पूर्ण जटिलता को संबोधित करने के लिए महत्वपूर्ण हो गई, जिसमें डिजाइन नियमों और अवरोधित हो जाना जैसे परजीवी प्रभावों के मुद्दे शामिल हैं। 1980 के दशक के मध्य तक इस अवधि का संक्षिप्त लेकिन भावी दृष्टिकोण नीचे दिया गया है; और इस दृष्टिकोण से कि डिजाइन प्रक्रिया में TCAD टूल्स का उपयोग कैसे किया गया।

आधुनिक टीसीएडी
आज टीसीएडी की आवश्यकताएं और उपयोग डिजाइन ऑटोमेशन मुद्दों के बहुत व्यापक परिदृश्य को काटते हैं, जिसमें कई मूलभूत भौतिक सीमाएं शामिल हैं। मूल में अभी भी प्रक्रिया और उपकरण मॉडलिंग चुनौतियों का समूह है जो आंतरिक उपकरण स्केलिंग और परजीवी निष्कर्षण का समर्थन करता है। इन अनुप्रयोगों में प्रौद्योगिकी और डिजाइन नियम विकास, कॉम्पैक्ट मॉडल का निष्कर्षण और अधिक आम तौर पर विनिर्माण क्षमता (डीएफएम) के लिए डिजाइन शामिल हैं। गीगा-स्केल इंटीग्रेशन (O (बिलियन में ट्रांजिस्टर की संख्या) और O (10 गीगाहर्ट्ज़) में क्लॉकिंग फ़्रीक्वेंसी) के लिए इंटरकनेक्ट्स के प्रभुत्व ने उपकरण और कार्यप्रणाली के विकास को अनिवार्य कर दिया है, जो इलेक्ट्रो-मैग्नेटिक सिमुलेशन द्वारा पैटर्निंग को गले लगाते हैं - ऑप्टिकल पैटर्न और दोनों के लिए इलेक्ट्रॉनिक और ऑप्टिकल इंटरकनेक्ट प्रदर्शन मॉडलिंग-साथ ही सर्किट-स्तरीय मॉडलिंग। डिवाइस और इंटरकनेक्ट स्तरों पर मुद्दों की यह विस्तृत श्रृंखला, अंतर्निहित पैटर्निंग और प्रसंस्करण प्रौद्योगिकियों के लिंक सहित, चित्र 1 में संक्षेपित है और अब होने वाली चर्चा के लिए वैचारिक रूपरेखा प्रदान करती है।

चित्र 1 अनुकरण उपकरणों की प्रक्रिया, उपकरण और सर्किट स्तरों के पदानुक्रम को दर्शाता है। मॉडलिंग स्तर का संकेत देने वाले बॉक्स के प्रत्येक तरफ आइकन हैं जो टीसीएडी के लिए प्रतिनिधि अनुप्रयोगों को योजनाबद्ध रूप से दर्शाते हैं। बाईं ओर मैन्युफैक्चरिंग (आईसी) (डीएफएम) मुद्दों के लिए डिजाइन पर जोर दिया गया है जैसे: शैलो-ट्रेंच आइसोलेशन (एसटीआई), फेज-शिफ्ट मास्किंग (पीएसएम) के लिए आवश्यक अतिरिक्त विशेषताएं और मल्टी-लेवल इंटरकनेक्ट्स के लिए चुनौतियां जिनमें प्रसंस्करण मुद्दे शामिल हैं रासायनिक-यांत्रिक समतलीकरण (सीएमपी), और विद्युत चुम्बकीय क्षेत्र सॉल्वर का उपयोग करके विद्युत-चुंबकीय प्रभावों पर विचार करने की आवश्यकता। दाईं ओर के आइकन अपेक्षित TCAD परिणामों और अनुप्रयोगों के अधिक पारंपरिक पदानुक्रम दिखाते हैं: आंतरिक उपकरणों की पूरी प्रक्रिया सिमुलेशन, ड्राइव वर्तमान स्केलिंग की भविष्यवाणी और उपकरणों और पैरासिटिक्स के पूर्ण सेट के लिए प्रौद्योगिकी फ़ाइलों का निष्कर्षण।

चित्रा 2 फिर से टीसीएडी क्षमताओं को देखता है लेकिन इस बार डिजाइन प्रवाह की जानकारी के संदर्भ में और यह इलेक्ट्रॉनिक डिजाइन ऑटोमेशन (ईडीए) दुनिया के भौतिक परतों और मॉडलिंग से कैसे संबंधित है। यहां प्रक्रिया और डिवाइस मॉडलिंग के सिमुलेशन स्तरों को अभिन्न क्षमताओं (टीसीएडी के भीतर) के रूप में माना जाता है जो साथ मास्क-स्तर की जानकारी से ईडीए स्तर पर आवश्यक कार्यात्मक क्षमताओं जैसे कॉम्पैक्ट मॉडल (प्रौद्योगिकी फाइलें) और यहां तक ​​कि उच्च-स्तर तक मैपिंग प्रदान करते हैं। व्यवहार मॉडल। निष्कर्षण और विद्युत नियम जाँच (ईआरसी) भी दिखाया गया है; यह इंगित करता है कि कई विवरण जो आज तक विश्लेषणात्मक फॉर्मूलेशन में एम्बेड किए गए हैं, वास्तव में प्रौद्योगिकी स्केलिंग की बढ़ती जटिलता का समर्थन करने के लिए गहरे टीसीएडी स्तर से भी जुड़े हो सकते हैं।

वर्कफ़्लो
टीसीएडी आमतौर पर एकीकृत सर्किट डिजाइन प्रक्रिया के साथ एकीकृत होते हैं और इसमें निम्नलिखित उपकरण शामिल होते हैं:
 * एक एनालॉग सर्किट सिम्युलेटर के लिए स्पाइस (हार्डवेयर विवरण भाषा के साथ भ्रमित नहीं होना चाहिए)
 * डोपिंग (सेमीकंडक्टर) प्रोफाइल से मॉडलिंग उपकरणों के विवरण के लिए सेमीकंडक्टर डिवाइस मॉडलिंग।
 * इन प्रोफाइलों के निर्माण के लिए सेमीकंडक्टर प्रक्रिया सिमुलेशन
 * BACPAC विश्लेषण उपकरण के लिए जो सिस्टम के प्रदर्शन का अनुमान लगाने के लिए इन सभी को ध्यान में रखने की कोशिश करता है

प्रदाता
टीसीएडी टूल्स के वर्तमान प्रमुख आपूर्तिकर्ताओं में Synopsys, सिल्वाको, क्रॉसलाइट सॉफ्टवेयर, कोजेन्डा सॉफ्टवेयर, ग्लोबल टीसीएडी सॉल्यूशंस शामिल हैं। और तिबरलैब। ओपन सोर्स जीएसएस, आर्किमिडीज, एनीस, NanoTCAD वीडियो, DEVSIM, और GENIUS के पास व्यावसायिक उत्पादों की कुछ क्षमताएँ हैं।

संदर्भ

 * Electronic Design Automation For Integrated Circuits Handbook, by Lavagno, Martin, and Scheffer, ISBN 0-8493-3096-3 A survey of the field of electronic design automation. This summary was derived (with permission) from Vol II, Chapter 25, Device Modeling—from physics to electrical parameter extraction, by Robert W. Dutton, Chang-Hoon Choi and Edwin C. Kan.
 * S. Selberherr, W. Fichtner, and H.W. Potzl, "Minimos - A program package to facilitate MOS device design and analysis," Proceedings NASECODE I (Numerical Analysis of Semiconductor Devices), pp. 275–79, Boole Press, 1979.

बाहरी संबंध

 * TCAD Central: A directory of commercial and open-source TCAD software