CMOS集成電路設計中的熱問題及其分析方法的研究.pdf

1、隨著CMOS集成電路中元件密度的不斷提供以及工作速度的不斷加快，人們對集成電路中熱問題越來越關注。由于器件的失效與局部工作溫度有著密切的關系，電路中由局部高溫引起的熱斑已經(jīng)成為影響集成電路長期可靠性的重要因素。集成電路中超過50％的失效都與熱問題相關。因此，隨著集成電路工藝尺寸的繼續(xù)減小，對于集成電路中熱問題的研究，考察熱對電路性能、功耗以及可靠性的影響，并提供熱可靠性設計的指導方針將變得非常重要。本文提出了一種新的CMOS集成電路熱分

2、析方法，結合了一個spice工具(Hspice)與一個有限元分析工具(ANSYS)對此集成電路進行熱分析。LAnkCAD for ANSYS幫助軟件被用于這兩個常用軟件之間的銜接。 本文詳細介紹了CMOS集成電路中功耗的三個主要組成部分：動態(tài)功耗、短路功耗與靜態(tài)功耗。集成電路中總功耗的增加將會直接導致片上溫度的升高。分析了溫度對于電路器件參數(shù)的影響，隨著溫度的升高，上升、下降時間增加，延時時間增加，工作頻率減小等。 此熱

3、分析方法是針對電路設計的熱分析。采用全定制方法設計了一個一位比較器作為熱分析對象，由于使用的是0.18um的工藝庫，NMOSFET與PMOSFET的寬長尺寸分別被設定為1um/0.18um，1.5um/0.18um。仿真驗證后獲得其完整的spice網(wǎng)表和GDSⅡ文件。 利用Hspice對電路中的各個門電路進行功耗仿真，所加激勵：電源電壓為1.8V，輸入脈沖寬度為1us，脈沖頻率為0.5MHz。仿真結果：非門的平均功耗值為4.73

4、×10<'-8>W，與門的平均功耗值為5.76×10<'-8>W，或非門的平均功耗值為1.96×10<'-8>W。將平均功耗除以面積后的熱流密度作為ANSYS分析中的熱源。 利用LinkCAD for ANSYS將GDSⅡ文件轉換為ANF文件后導入ANSYS中，加邊界條件300K，求解得到整個電路的溫度分布情況。從分析結果看，整個電路的溫度分布并不均勻，為了得到更為均勻的溫度分布并達到更好的熱可靠性，對電路設計進行了優(yōu)化，本文中