Температурные характеристики простого токового зеркала на кремниевых высоковольтных nLDMOS с большой DRIFT областью

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Доступ платный или только для подписчиков

Аннотация

Обсуждаются результаты исследования температурных характеристик простого токового зеркала на высоковольтных КНИ nLDMOS транзисторах с большой областью дрейфа с топологическими нормами 0.5 мк в расширенном диапазоне внешних температур. Экспериментально исследованы характеристики простого токового зеркала при температурах –60, 25, 125 °С. Разработана математическая модель высоковольтного КНИ nLDMOS транзистора с большой DRIFT областью для статического режима в области высоких стоковых напряжений и широкого диапазона окружающей температуры. Из результатов экспериментальных и численных исследований установлен температурный диапазон, в котором передаточная характеристика токового зеркала сохраняет линейность. Он составляет 300 °С от –110 до 190 °С в диапазоне управляющих напряжений от 25 до 55 В. В этом же диапазоне температур коэффициент передачи (зеркальности) линейно зависит от уровня входного тока. На основании полученных данных сформулированы условия определения SOA простого токового зеркала на КНИ LDMOS транзисторах.

Полный текст

Доступ закрыт

Об авторах

А. С. Новоселов

Федеральное государственное автономное учреждение “Федеральный научный центр Научно-исследовательский институт системных исследований Национального исследовательского центра “Курчатовский институт”

Автор, ответственный за переписку.
Email: volkov@niisi.ras.ru
Россия, Москва

М. Р. Гусев

Федеральное государственное автономное учреждение “Федеральный научный центр Научно-исследовательский институт системных исследований Национального исследовательского центра “Курчатовский институт”

Email: volkov@niisi.ras.ru
Россия, Москва

Н. В. Масальский

Федеральное государственное автономное учреждение “Федеральный научный центр Научно-исследовательский институт системных исследований Национального исследовательского центра “Курчатовский институт”

Email: volkov@niisi.ras.ru
Россия, Москва

Список литературы

  1. Razavi B. Design of Analog CMOS Integrated Circuits. McGraw-Hill International Edition, 2001.
  2. Gray P.R., Hurst P.J., Lewis S.H., Meyer R.G. Analysis and Design of Analog Integrated Circuits. J. Wiley & Sons, 4th edition, 2001.
  3. Pozar D.M. Microwave Engineering, 3rd ed. New York: Wiley, 2005.
  4. Gregorian R. Introduction to CMOS Op-Amps and Comparators. J. Wiley & Sons, 1999.
  5. Lan M.F., Tammineedi A., Geiger R. Current mirror layout strategies for enhancing matching performance // Analog Integrated Circuits and Signal Processing. 2001. V. 28. P. 9–26.
  6. Bushnell M.L., Agrawal V.D. Essentials of electronic testing for digital, memory and mixed-signal VLSI circuits. Springer, 2000.
  7. Souliotis G., Haritantis I. Current-mode filters based on current mirror arrays // Int. J. Circuit Theory Appl. 2008. V. 36. P. 173–183.
  8. Tehranipoor M.M., Guin U., Forte D. Counterfeit Integrated Circuits: Detection and Avoidance. Springer, 2015.
  9. Senani R., Bhaskar D., Singh A.K., Singh V.K. Current Feedback Operational Amplifiers and Their Applications. New York, NY, USA: Springer, 2013.
  10. Theeuwen S.J.C.H., Qureshi J.H. LDMOS Technology for RF Power Amplifiers // IEEE Trans. on Microwave Theory and Techniques (special issue on Power Amplifiers) // 2012. V. 60. Issue 6. Part 2. P. 1755–1763.
  11. International Technology Roadmap for Semiconductors (ITRS) Interconnect, 2020 Edition. [Online] Available: https://irds.ieee.org/editions/2020 (data access 22.06.2024)
  12. Румянцев С.В., Новоселов А.С., Масальский Н.В. Исследование эффекта самонагревания в высоковольтных КНИ транзисторах с большой областью дрейфа. Микроэлектроника. 2022. T. 51. № 5. C. 377–385.
  13. Aggarwal B., Gupta M., Gupta A.K. A comparative study of various current mirror configurations: Topologies and characteristics // Microelectron. J. 2016. V. 53. P. 134–155.
  14. Guin U., Forte D., Tehranipoor M. Design of Accurate Low-Cost On-Chip Structures for Protecting Integrated Circuits Against Recycling // IEEE Trans Very Large Scale Integr (VLSI) Syst. 2016. V. 24. P. 1233–1246.
  15. Baker R.J. CMOS: circuit design, layout, and simulation. IEEE Press Series on Microelectronic Systems, 2010.
  16. Nanoelectronics: Devices, Circuits and Systems. Editor by Brajesh Kumar Kaushik. Elsevier, 2018.
  17. Mukherjee C., Ardouin B., Dupuy J-Y., Nodjiadjim V., Riet M., Zimmer T. Reliability-Aware Circuit Design Methodology for Beyond-5g Communication Systems // IEEE Trans. Dev. Mat. Reliab.2017. V. 17. No. 3. P. 490–506.
  18. Jindal C., Pandey R. A high output resistance, wide bandwidth, and low input resistance current mirror using flipped voltage follower cell // Int. J. Circuit Theory Appl. 2021. V. 49. P. 3286–3301.
  19. Aggarwal B. Novel current mirrors based on folded flipped voltage follower configuration // Wirel. Pers. Commun. 2022. V. 123. P. 645–653.
  20. Huang J., Wang C., Zhou T., Lu W., Zhao Y., Liu Y., Li Y. A shifting current mirror driver circuit for electrical impedance tomography applications // IEEE Trans. Circuits Syst. II Express Briefs. 2023. V. 70. P. 3832–3836.
  21. Kumngern M., Khateb F., Kulej T. A Novel Multiple-Input Single-Output Current-Mode Shadow Filter and Shadow Oscillator Using Current-Controlled Current Conveyors // Circuits Syst. Signal Process. 2024. V. 43. P. 5438–5462.
  22. de Jong M.J., Salm C., Schmitz J. Effect of Ambient on the Recovery of Hot-Carrier Degraded Devices // In Proceedings of the 2020 IEEE International Reliability Physics Symposium (IRPS), Dallas, TX, USA, 28 April-30 May 2020, P. 1–6.
  23. Новоселов А.С., Масальский Н.В. Влияние деградации горячих носителей на характеристики высоковольтного КНИ транзистора с большой областью дрейфа // Микроэлектроника. 2023. T. 52. № 5. C. 423–430.
  24. Новоселов А.С., Гусев М.Р., Масальский Н.В. Температурные зависимости напряжения пробоя высоковольтного КНИ LDMOS транзистора // Микроэлектроника. 2024. T. 53. № 5. C. 456–463.
  25. Fayyaz A., Castellazzi A. High temperature pulsed-gate robustness testing of SiC power MOSFETs // Microelectronics Reliability. 2015. V. 55, Issues 9–10. P. 1724–1728.
  26. Shrivastava A., Pandey R., Jindal C. Low-voltage flipped voltage follower cell based current mirrors for high frequency applications // Wirel. Pers. Commun. 2020. V. 111. P. 143–161.

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать
2. Рис. 1. Схема простого токового зеркала

Скачать (8KB)
Метаданные
3. Рис. 2. Зависимость Iout(Uds) при постоянной Т = 25 °С и разных Iin: 10 мкА (1); 0.05 мА (2); 0.1 мА (3). На вставке приведена зависимость Iout(Uds) для Iin = 10 мкА в тех же координатах, что и основной рисунок, но с большим увеличением по току

Скачать (28KB)
Метаданные
4. Рис. 3. Зависимости Iout(Iin) при постоянной Uds = 55 В и разных Т: –60 °С (1); 25 °С (2); 125 °С (3)

Скачать (17KB)
Метаданные
5. Рис. 4. Зависимости Iout(Т). Выходной ток в Iout 1·10–4 А (для лучшего восприятия расчетных и экспериментальных данных) при разных значениях входного тока. Результаты моделирования – сплошная линия, экспериментальные данные – точки, соединенные пунктирной линией. Верхняя группа (пара) – ток Iin 1·10–4 A, средняя группа – ток Iin 0.5·10–4 A, нижняя группа – ток Iin 0.25·10–4 A

Скачать (21KB)
Метаданные
6. Рис. 5. Зависимость k_T (Iin). Результаты моделирования – сплошная линия, экспериментальные данные – точки, соединенные пунктирной линией

Скачать (20KB)
Метаданные
7. Рис. 6. Зависимость k_T_norm (Iin_norm)

Скачать (19KB)
Метаданные

© Российская академия наук, 2025