МЕТОДИКА ИДЕНТИФИКАЦИИ ПАРАМЕТРОВ НЕЛИНЕЙНОЙ

УДК 621.382
АБРАМОВ И.И., КОРОЛЁВ А.В.
МЕТОДИКА ИДЕНТИФИКАЦИИ ПАРАМЕТРОВ
НЕЛИНЕЙНОЙ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ МОДЕЛИ РТД
Белорусский государственный университет информатики и радиоэлектроники, Беларусь, 220027,
Минск, П.Бровки, 6, e-mail: device@micro.rei.minsk.by
Важнейшим условием применимости модели полупроводникового прибора,
элемента ИС на практике является наличие методики идентификации ее параметров
[1]. Особой сложностью характеризуется идентификация параметров моделей
приборных структур, имеющих область отрицательного дифференциального
сопротивления
(ОДС),
т.е.
вольт-амперную
характеристику
(ВАХ)
с
неоднозначностью в некоторой области. К таким приборным структурам, в
частности, относятся резонансно-туннельные структуры наноэлектроники.
В
данной
работе
предлагается
методика
идентификации
параметров
нелинейной электрической модели (ЭМ) [2-4] резонансно-туннельного диода (РТД).
Учитывая большое количество параметров ЭМ (десять – двенадцать), методика
состоит из трех основных этапов, а именно:
1. Определение области аппроксимации ВАХ;
2. Идентификация основных параметров ЭМ РТД;
3. Коррекция ЭМ в подобласти гистерезиса ОДС.
Рассмотрим методику более подробно на каждом из трех этапов.
На первом этапе определяется область аппроксимации ВАХ и ее основные
специфические моменты. Сначала выделяется область аппроксимации ВАХ РТД в
целом. Типичные примеры показаны на рис. 1 и 2 в случае использования
результатов
численного
моделирования
и
экспериментальных
данных
соответственно. При наличии специфической для РТД подобласти гистерезиса в
ОДС задаются параметры V1 и V2 (рис. 2).
На втором этапе идентифицируются основные параметры нелинейной ЭМ
РТД [2-4], а именно: I P , VP , a0 ÷ a7 , где I P , VP – значения тока и напряжения в
максимуме аппроксимируемой ВАХ (рис. 1); a0 ÷ a7 – коэффициенты. Далее ВАХ
РТД разбивается на три области (рис. 1). В качестве исходных значений
коэффициентов a0 ÷ a7 берутся значения из библиотеки параметров комплекса
программ «EC-RTS-NANODEV» [5]. Затем с использованием оптимизационных
процедур уточняются коэффициенты:
1. a0 ÷ a2 в области «I»;
2. a3 ÷ a6 в области «II»;
3. a7 в области «III». При выборе уточняемых коэффициентов в каждой из областей
ВАХ РТД был учтен физический смысл коэффициентов нелинейной ЭМ РТД.
Третий этап проводится лишь в случае наличия области гистерезиса на ВАХ
РТД (рис. 2). В этом случае корректировка коэффициентов a4 ÷ a6 с использованием
оптимизационной процедуры осуществляется в четвертой подобласти в диапазоне
напряжений V1 ÷ V2 . В данном случае V1 и V2 должны рассматриваться в качестве
параметров модели. Таким образом, ряд параметров нелинейной ЭМ РТД зависит от
режима работы прибора.
Рис.1. ВАХ РТД
Рис.2. Экспериментальные данные с
областью гистерезиса
Методика реализуется в интерактивном режиме работы с ПЭВМ. Результатом
ее применения является параметрический файл структуры, показанной на рис. 3, для
каждого из анализируемых РТД.
В файле выделяются четыре основных поля (рис. 3): «I» содержит
информацию о наличии подобласти гистерезиса IV на области II; «II» включает
информацию о координатах точки максимума; «III» содержит 9 уровней: первый –
метку о начале считывания восьми основных коэффициентов; второй÷девятый –
непосредственно коэффициенты a0 ÷ a7 ; «IV» содержит информацию об участке
гистерезиса и делится на 5 уровней: первый – метку о начале считывания трех
корректируемых
коэффициентов;
второй÷четвертый
–
непосредственно
коэффициенты a4 ÷ a6 ; пятый – диапазон напряжений, на котором вводятся данные
изменения, т.е. V1 ÷ V2 . Поле «IV» может отсутствовать.
Рис.3. Структура параметрического файла
В докладе приводятся результаты, иллюстрирующие высокую эффективность
использования методики идентификации параметров нелинейной электрической
модели РТД в случае применения комплекса программ «EC-RTS-NANODEV».
И.И. Абрамов, Курс лекций «Моделирование элементов интегральных схем»:
Учеб. пособие, Мн.: БГУ, 1999, 92 с.
И.И. Абрамов, И.А. Гончаренко, А.Л. Данилюк, А.В. Королев, Материалы 9ой Международной Крымской Микроволновой Конференции, КрыМиКо’99, с. 296299.
И.И. Абрамов, А.Л. Данилюк, А.В. Королев, Е.А. Патент, Материалы 8-ой
Международной Крымской Микроволновой Конференции, т.2, КрыМиКо’98, с. 599601.
И.И. Абрамов, А.Л. Данилюк, А.В. Королев, Известия Белорусской
инженерной академии, 1998, № 2(6)/2, с. 43-46.
А.В. Королёв, И.И. Абрамов, Комплекс программ моделирования резонанснотуннельных структур с использованием электрических моделей, см. здесь же.