Емкость тонкого проводника прямоугольного сечения в микросхеме

Предложены формулы для расчета потенциального коэффициента прямоугольного пленочного проводника с учетом его толщины и закона распределения заряда в слоистой среде....

Повний опис

Збережено в:
Бібліографічні деталі
Дата:2006
Автор: Конников, И.А.
Формат: Стаття
Мова:Russian
Опубліковано: Інститут фізики напівпровідників імені В.Є. Лашкарьова НАН України 2006
Назва видання:Технология и конструирование в электронной аппаратуре
Теми:
Онлайн доступ:http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/52964
Теги: Додати тег
Немає тегів, Будьте першим, хто поставить тег для цього запису!
Назва журналу:Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
Цитувати:Емкость тонкого проводника прямоугольного сечения в микросхеме / И.А. Конников // Технология и конструирование в электронной аппаратуре. — 2006. — № 4. — С. 18-23. — Бібліогр.: 21 назв. — рос.

Репозитарії

Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
id irk-123456789-52964
record_format dspace
spelling irk-123456789-529642014-01-15T03:09:22Z Емкость тонкого проводника прямоугольного сечения в микросхеме Конников, И.А. Электронные средства: исследования, разработки Предложены формулы для расчета потенциального коэффициента прямоугольного пленочного проводника с учетом его толщины и закона распределения заряда в слоистой среде. 2006 Article Емкость тонкого проводника прямоугольного сечения в микросхеме / И.А. Конников // Технология и конструирование в электронной аппаратуре. — 2006. — № 4. — С. 18-23. — Бібліогр.: 21 назв. — рос. 2225-5818 http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/52964 ru Технология и конструирование в электронной аппаратуре Інститут фізики напівпровідників імені В.Є. Лашкарьова НАН України
institution Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
collection DSpace DC
language Russian
topic Электронные средства: исследования, разработки
Электронные средства: исследования, разработки
spellingShingle Электронные средства: исследования, разработки
Электронные средства: исследования, разработки
Конников, И.А.
Емкость тонкого проводника прямоугольного сечения в микросхеме
Технология и конструирование в электронной аппаратуре
description Предложены формулы для расчета потенциального коэффициента прямоугольного пленочного проводника с учетом его толщины и закона распределения заряда в слоистой среде.
format Article
author Конников, И.А.
author_facet Конников, И.А.
author_sort Конников, И.А.
title Емкость тонкого проводника прямоугольного сечения в микросхеме
title_short Емкость тонкого проводника прямоугольного сечения в микросхеме
title_full Емкость тонкого проводника прямоугольного сечения в микросхеме
title_fullStr Емкость тонкого проводника прямоугольного сечения в микросхеме
title_full_unstemmed Емкость тонкого проводника прямоугольного сечения в микросхеме
title_sort емкость тонкого проводника прямоугольного сечения в микросхеме
publisher Інститут фізики напівпровідників імені В.Є. Лашкарьова НАН України
publishDate 2006
topic_facet Электронные средства: исследования, разработки
url http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/52964
citation_txt Емкость тонкого проводника прямоугольного сечения в микросхеме / И.А. Конников // Технология и конструирование в электронной аппаратуре. — 2006. — № 4. — С. 18-23. — Бібліогр.: 21 назв. — рос.
series Технология и конструирование в электронной аппаратуре
work_keys_str_mv AT konnikovia emkostʹtonkogoprovodnikaprâmougolʹnogosečeniâvmikrosheme
first_indexed 2025-07-05T04:26:23Z
last_indexed 2025-07-05T04:26:23Z
_version_ 1836779656593801216
fulltext Òåõíîëîãèÿ è êîíñòðóèðîâàíèå â ýëåêòðîííîé àïïàðàòóðå, 2006, ¹ 4 18 ÝËÅÊÒÐÎÍÍÛÅ ÑÐÅÄÑÒÂÀ: ÈÑÑËÅÄÎÂÀÍÈß, ÐÀÇÐÀÁÎÒÊÈ Äàòà ïîñòóïëåíèÿ â ðåäàêöèþ 29.03 2006 ã. Îïïîíåíò ä. ò. í. Â. Â. ÁÀÐÀÍΠ(ÁÃÓÈÐ, ã. Ìèíñê) Ïðåäëîæåíû ôîðìóëû äëÿ ðàñ÷åòà ïî- òåíöèàëüíîãî êîýôôèöèåíòà ïðÿìî- óãîëüíîãî ïëåíî÷íîãî ïðîâîäíèêà ñ ó÷å- òîì åãî òîëùèíû è çàêîíà ðàñïðåäåëå- íèÿ çàðÿäà â ñëîèñòîé ñðåäå. Çàäà÷à ðàñ÷åòà åìêîñòè òåëà â ôîðìå ïàðàëëåëå- ïèïåäà â ñëîèñòîé ñðåäå îñîáåííî âàæíà â ìèêðî- ýëåêòðîíèêå äëÿ äàëüíåéøåãî ñîâåðøåíñòâîâàíèÿ ìå- òîäîâ ðàñ÷åòà ïàðàçèòíûõ åìêîñòåé ïëåíî÷íûõ ïðî- âîäíèêîâ ìèêðîñõåì è ìèêðîñáîðîê1. Ñíèæåíèå â ïîñëåäíèå ãîäû ÷èñëà ïóáëèêàöèé ïî ïðîáëåìå ðàñ- ÷åòà åìêîñòè ïðîâîäíèêà ñ ó÷åòîì åãî ôîðìû, ðàç- ìåðîâ, ðàñïðåäåëåíèÿ çàðÿäà è âëèÿíèÿ êîíñòðóêöèè ïðîåêòèðóåìîãî óñòðîéñòâà ñâèäåòåëüñòâóåò íå î ñíè- æåíèè àêòóàëüíîñòè ïðîáëåìû è íå îá óñïåøíîì çà- âåðøåíèè èññëåäîâàíèé, à ñêîðåå î ñëîæíîñòè ðå- øàåìûõ çàäà÷. Ýòî ïðèâîäèò ðàçðàáîò÷èêîâ àïïàðà- òóðû ê èñïîëüçîâàíèþ ëèáî òðóäîåìêèõ âû÷èñëèòåëü- íûõ ìåòîäîâ, ëèáî ïðèáëèæåííûõ ðåçóëüòàòîâ, îñíî- âàííûõ íà óïðîùåííîì ðåøåíèè çàäà÷è. Êàê ïðàâèëî, ñîâðåìåííûå âû÷èñëèòåëüíûå ìå- òîäû ïðèíöèïèàëüíî ïîçâîëÿþò ðåøèòü ïðîåêòíóþ çàäà÷ó â äîñòàòî÷íî ñòðîãîé ïîñòàíîâêå [1�3 è äð.], îäíàêî íà ïðàêòèêå îíè îãðàíè÷èâàþò ðàçìåðíîñòü ðåøàåìûõ çàäà÷ â ñèëó îãðàíè÷åííûõ âîçìîæíîñòåé âû÷èñëèòåëüíûõ ñðåäñòâ. Ïðè ïðîåêòèðîâàíèè ñîâðå- ìåííûõ ìèêðîñõåì äàæå ñ ó÷åòîì âîçìîæíîé äåêîì- ïîçèöèè ðåøàåìîé çàäà÷è íåðåäêî âîçíèêàåò íåîáõî- äèìîñòü ðàñ÷åòà ìàòðèöû åìêîñòåé ñîòåí ïëåíî÷íûõ ïðîâîäíèêîâ, ïîýòîìó, êàê ñïðàâåäëèâî îòìå÷àåòñÿ â [1], íåîáõîäèìà îðèåíòàöèÿ íà ìåòîäû è àëãîðèò- ìû, ïîçâîëÿþùèå ïðîâîäèòü ðàñ÷åò åìêîñòåé ïðî- âîäíèêîâ ïî ôîðìóëàì.  ðàáîòàõ [4, 5] ðåøåíèå çàäà÷è èìååòñÿ ëèøü äëÿ íåêîòîðûõ ÷àñòíûõ ñëó÷àåâ (â îñíîâíîì � äëÿ ñâî- áîäíîãî ïðîñòðàíñòâà), êîòîðûå äàëåêî íå èñ÷åðïû- âàþò âñåãî ìíîãîîáðàçèÿ êîíñòðóêöèé ñîâðåìåííîé àïïàðàòóðû.  ðàáîòå [1] ïðåäëàãàþòñÿ ôîðìóëû, â êîòîðûõ òîëùèíû ïðîâîäíèêîâ íå ôèãóðèðóþò. Èí- òåðåñíûå è ïîëåçíûå ðåçóëüòàòû ïîëó÷åíû â [6, 7]. Îäíàêî ïðåäëàãàåìûå â ýòèõ ðàáîòàõ ôîðìóëû íå ïîçâîëÿþò ó÷åñòü èìåþùóþ ìåñòî íåðàâíîìåðíîñòü ðàñïðåäåëåíèÿ çàðÿäà ïî ïðîâîäíèêó. Êðîìå òîãî, íå âïîëíå óäà÷íîå ïðèìåíåíèå ìàêñâåëëîâñêîãî ìåòîäà ñðåäíèõ ãåîìåòðè÷åñêèõ ðàññòîÿíèé [8] îãðàíè÷èâà- åò îáëàñòü êîððåêòíîãî èñïîëüçîâàíèÿ ôîðìóë, ïî- ëó÷åííûõ â [6, 7], ñëó÷àåì äëèííûõ, óçêèõ, òîíêèõ ïðîâîäíèêîâ.  ðàáîòå [9] ïðåäëàãàåòñÿ èíæåíåðíàÿ ìåòîäèêà ðåøåíèÿ çàäà÷è ëèøü äëÿ áåñêîíå÷íî òîí- êèõ ïðîâîäíèêîâ ñ ïðîèçâîëüíûì ñîîòíîøåíèåì äëè- íû è øèðèíû è áåç ó÷åòà íåðàâíîìåðíîñòè ðàñïðåäå- ëåíèÿ çàðÿäà. Ïðåäëàãàåìîå â íàñòîÿùåé ñòàòüå ðåøåíèå îñíî- âàíî íà èñïîëüçîâàíèè ôóíêöèè Ãðèíà. Ôóíêöèÿ Ãðèíà  êà÷åñòâå ôèçè÷åñêîé ìîäåëè ðåàëüíîé êîíñòðóê- öèè ïðîåêòèðóåìîãî óñòðîéñòâà öåëåñîîáðàçíî ïðè- íÿòü ñëîèñòóþ äèýëåêòðè÷åñêóþ ñðåäó, ñîñòîÿùóþ èç ïðîèçâîëüíîãî ÷èñëà ïëîñêîïàðàëëåëüíûõ ñëîåâ ñ ðàçíûìè äèýëåêòðè÷åñêèìè ïðîíèöàåìîñòÿìè. Ñëîè ðàñïîëîæåíû ïåðïåíäèêóëÿðíî îñè àïïëèêàò, íåîãðà- íè÷åíû â àçèìóòàëüíîì íàïðàâëåíèè è ñ÷èòàþòñÿ ãî- ìîãåííûìè, èçîòðîïíûìè, íåïðîâîäÿùèìè. Ïåðâûé è/èëè ïîñëåäíèé ñëîé ìîæåò áûòü îãðàíè÷åí èäåàëü- íî ïðîâîäÿùåé ïëîñêîñòüþ, ìîäåëèðóþùåé íàëè÷èå ìåòàëëè÷åñêîãî êîðïóñà. Íà ãðàíèöå ðàçäåëà i-ãî ñëîÿ ñ ïðåäûäóùèì (i >1), ãäå íàõîäÿòñÿ ïîäëåæàùèå èñ- ñëåäîâàíèþ êîììóòàöèîííûå ïðîâîäíèêè, ðàñïîëî- æåí åäèíè÷íûé òî÷å÷íûé çàðÿä. Ôèçè÷åñêèå ïðîöåñ- ñû â ìîäåëè ñ÷èòàþòñÿ êâàçèñòàöèîíàðíûìè. Òàêàÿ ìîäåëü â áîëüøèíñòâå ïðàêòè÷åñêèõ ñëó÷à- åâ àäåêâàòíà ðåàëüíîé êîíñòðóêöèè ïðîåêòèðóåìîé ìèêðîñõåìû (ñì. ðèñ. 1) èëè ïå÷àòíîé ïëàòû. Ïîòåí- öèàë ýëåêòðè÷åñêîãî ïîëÿ ϕ âî âñåõ òî÷êàõ òàêîé ìî- äåëè (êðîìå òî÷êè, ãäå ðàñïîëîæåí åäèíè÷íûé òî÷å÷- íûé çàðÿä) óäîâëåòâîðÿåò óðàâíåíèþ Ëàïëàñà ∆2ϕ=0. Ìåòîäèêà îïðåäåëåíèÿ ôóíêöèè Ãðèíà äëÿ óðàâíåíèÿ Ëàïëàñà â òàêîé ìîäåëè áûëà ïðåäëîæåíà â [10] è ðàç- âèòà â öåëîì ðÿäå ðàáîò, â òîì ÷èñëå [11, 6, 7]. ÅÌÊÎÑÒÜ ÒÎÍÊÎÃÎ ÏÐÎÂÎÄÍÈÊÀ ÏÐßÌÎÓÃÎËÜÍÎÃÎ ÑÅ×ÅÍÈß Â ÌÈÊÐÎÑÕÅÌÅ È. À. ÊÎÍÍÈÊΠÐîññèÿ, ã. Ñ.-Ïåòåðáóðã, Ãîñóäàðñòâåííûé óíèâåðñèòåò êóëüòóðû E-mail: konnikov@peterstar.ru 1 Ïîïåðå÷íîå ñå÷åíèå òàêèõ ïðîâîäíèêîâ èìååò ôîðìó, áëèç- êóþ ê ïðÿìîóãîëüíîé. á) Ðèñ. 1. Âàðèàíòû êîíñòðóêòèâíî-òåõíîëîãè÷åñêîé ðåàëè- çàöèè îáúåêòà èññëåäîâàíèÿ, àäåêâàòíûå ñëîèñòîé ñðåäå: à � ïàðàëëåëüíûå ïðîâîäíèêè, ðàñïîëîæåííûå íà îêèñëåííîé êðåìíèåâîé ïîäëîæêå â ïîëóïðîâîäíèêîâîé ìèêðîñõåìå; á � ïðîâîäíèê íà äèýëåêòðè÷åñêîé ïîäëîæêå â òîíêîïëåíî÷íîé èëè òîëñòîïëåíî÷íîé ìèêðîñõåìå à) SiO2 Si Òåõíîëîãèÿ è êîíñòðóèðîâàíèå â ýëåêòðîííîé àïïàðàòóðå, 2006, ¹ 4 19 ÝËÅÊÒÐÎÍÍÛÅ ÑÐÅÄÑÒÂÀ: ÈÑÑËÅÄÎÂÀÍÈß, ÐÀÇÐÀÁÎÒÊÈ Ðåøåíèå óðàâíåíèÿ Ëàïëàñà äëÿ ïîòåíöèàëà åäè- íè÷íîãî òî÷å÷íîãî çàðÿäà â i-ì ñëîå ìîäåëè (ò. å. ôóíêöèÿ Ãðèíà â ñëîèñòîé ñðåäå), êàê èçâåñòíî, äà- åòñÿ ôîðìóëîé 0 0 0 0 1 ( )Ô ( , )d , 4 iG J r z z ∞ = λ λ − λ πε ∫ (1) Ôóíêöèÿ Ôi(λ, z�z0) îïðåäåëÿåòñÿ èç ãðàíè÷íûõ óñëîâèé. Ìåòîä ïîëó÷åíèÿ àíàëèòè÷åñêîãî âûðàæå- íèÿ Ôi(λ, z�z0) äëÿ ïîëåé ðàçëè÷íîé ôèçè÷åñêîé ïðè- ðîäû â ñòðîãîì êëàññè÷åñêîì âàðèàíòå èçëîæåí â [11, 12], ñîîòâåòñòâóþùàÿ èíæåíåðíàÿ ìåòîäèêà äëÿ ïîòåíöèàëà ýëåêòðè÷åñêîãî ïîëÿ ïðåäñòàâëåíà â [6, 7, 9]. Íåñîáñòâåííûé èíòåãðàë (1) âûðàæàåòñÿ ÷åðåç ïåðâîîáðàçíûå òîëüêî â ïðîñòåéøèõ ñëó÷àÿõ. Ïðåä- ëàãàåìûå ðàçëè÷íûìè àâòîðàìè ñïîñîáû åãî ïðèáëè- æåííîãî âû÷èñëåíèÿ îñíîâàíû íà èñïîëüçîâàíèè èçâåñòíîãî òîæäåñòâà 0 2 2 0 1 ( )exp( )d , ( 0).J r r ∞ λ − λτ λ = τ ≥ + τ∫ (2) Òàê, â [12, ñ. 378] ïðè ðåøåíèè àíàëîãè÷íîé çà- äà÷è (îñíîâíîé çàäà÷è ýëåêòðîðàçâåäêè) ïðåäëàãàåò- ñÿ ïðåäñòàâèòü ôóíêöèþ Ôi(λ, z�z0) ðÿäîì Ìàêëîðå- íà ñ ïîñëåäóþùèì åãî èíòåãðèðîâàíèåì; â ðåçóëüòà- òå ôóíêöèÿ Ãðèíà ïîëó÷àåòñÿ ïðåäñòàâëåííîé ìåäëåí- íî ñõîäÿùèìñÿ ðÿäîì.  [6] ïðåäëàãàåòñÿ àïïðîêñè- ìàöèÿ ïîëèíîìàìè Ëåæàíäðà ïî ñòåïåíÿì u=exp(�λτ), ãäå τ � ìàñøòàáèðóþùèé ìíîæèòåëü, ïðè÷åì òðó- äîåìêîñòü âû÷èñëåíèÿ êîýôôèöèåíòîâ àïïðîêñèìà- öèè ñðàâíèìà ñ òðóäîåìêîñòüþ âû÷èñëåíèÿ ñàìîãî èíòåãðàëà (1).  [9] ïðåäëàãàåòñÿ àïïðîêñèìàöèÿ èí- òåðïîëÿöèîííûì ìíîãî÷ëåíîì ñ îïòèìàëüíûì âûáî- ðîì óçëîâ òàêæå ïî ñòåïåíÿì u=exp(�λτ). Ñ ó÷åòîì ïðîñòîòû ïðîöåäóðû ïîëó÷åíèÿ êîýôôèöèåíòîâ èí- òåðïîëÿöèè [13] è èçâåñòíûõ âîçìîæíîñòåé àïïðîê- ñèìàöèè â áàçèñå ôóíêöèé ×åáûøåâà ïåðâîãî ðîäà ïðåäëàãàåìûé â [9] âàðèàíò ïðåäñòàâëÿåòñÿ ïðåäïî÷- òèòåëüíûì. Äàëåå áóäåì ðàññìàòðèâàòü ïðîâîäíèê äëèíîé l, øèðèíîé b è òîëùèíîé t. Äëÿ òîíêîãî ïðîâîäíèêà (t<<τ) èçìåíåíèå Ôi(λ, z�z0) ïî òîëùèíå ïðîâîäíèêà âäîëü îñè àïïëèêàò ìîæ- íî ó÷åñòü ïðèáëèæåííî. Ôóíêöèþ Ôi(λ, z�z0) ëåãêî ïðåäñòàâèòü â âèäå [6, 7, 9] Ôi(λ,z�z0)=exp(�λz�z0)+ +gi(λ)exp[λ(z0�z)]+qi(λ)exp[λ(z�z0)], gi(λ) è qi(λ) � ôóíêöèè, îïðåäåëÿåìûå èç ãðàíè÷- íûõ óñëîâèé. Ïåðâîå ñëàãàåìîå ýòîãî âûðàæåíèÿ ìîäåëèðóåò ïîëå â ñâîáîäíîì ïðîñòðàíñòâå, à äâà ñëåäóþùèõ ñëàãàåìûõ ÿâëÿþòñÿ ïîïðàâêîé, ó÷èòûâàþùåé íå- îäíîðîäíîñòü ñðåäû, â òîì ÷èñëå íàëè÷èå ýêðàíîâ. Ïîýòîìó ïåðâîå ñëàãàåìîå äîëæíî ðàññ÷èòûâàòüñÿ ñ ìàêñèìàëüíîé äîñòóïíîé òî÷íîñòüþ. Ðàçóìíî ïîëàãàòü, ÷òî â ïðåäåëàõ îáúåìà òîíêîãî ïðîâîäíèêà ïðè èçìåíåíèè àïïëèêàò â ìàëîì èíòåð- âàëå [0, t] ïîëå èçìåíÿåòñÿ íåçíà÷èòåëüíî. Ïðè èçìå- íåíèè z�z0 ïðèðàùåíèÿ ñëàãàåìûõ, âêëþ÷àþùèõ ýêñ- ïîíåíòû ñ ïîêàçàòåëÿìè ðàçíûõ çíàêîâ, çíà÷èòåëü- íî êîìïåíñèðóþò äðóã äðóãà. Òîãäà, ïîëàãàÿ äëÿ âòî- ðîãî è òðåòüåãî ñëàãàåìûõ z�z0=0, ïîëó÷èì, ÷òî gi(λ)exp[λ(z0�z)]+qi(λ)exp[λ(z�z0)]≈gi(λ)+qi(λ)= 0 exp( ),Tυ υ= = − υλ τ∑ Υ êàê äëÿ áåñêîíå÷íî òîíêîãî ïðîâîäíèêà. Êîýôôèöèåíòû Tυ îïðåäåëÿþòñÿ ïî ìåòîäèêå [13, § 20.5�5]. Îáû÷íî ïðè íàäëåæàùåì âûáîðå ìàñ- øòàáèðóþùåãî ìíîæèòåëÿ τ áûâàåò äîñòàòî÷íûì ïðè- íÿòü Y=2. Àíàëèòè÷åñêîå âûðàæåíèå äëÿ ôóíêöèè Ãðèíà ïðèìåò âèä 2 2 2 2 000 0 1 1 . 44 ( ) T G r z z r υ υ= υ = + πεπε + − + τ ∑ Υ Ðàñïðåäåëåíèå çàðÿäà Âåëè÷èíà ïîòåíöèàëüíîãî êîýôôèöèåíòà a ïðîâîä- íèêà çàâèñèò îò ðàñïðåäåëåíèÿ çàðÿäà ïî åãî îáúåìó. Ïî ôîðìóëàì (1), (2), a=a0+∆a, ãäå a0 � ïîòåíöèàëüíûé êîýôôèöèåíò ïðîâîäíèêà â ñâîáîäíîì ïðîñòðàíñòâå: 0 00 0 0 0 0 2 2 0 0 0 1 d ( )d d ( )d 4 ( )d d . ( ) Z t Z t b b Z Z l l a z z z y y y blt x x x r z z ι ι ι ι + + = η η × πε η× + − ∫ ∫ ∫ ∫ ∫ ∫ (3) Âåëè÷èíà ∆a ïðåäñòàâëÿåò ñîáîé ïîïðàâêó, ïîçâî- ëÿþùóþ ó÷åñòü âëèÿíèå ñëîèñòîé ñðåäû íà âåëè÷è- íó ïîòåíöèàëüíîãî êîýôôèöèåíòà: 0 0 0 0 0 0 2 2 00 0 1 d ( )d d ( )d 4 d ( ) d , ( ) Z t Z t b b Z Z l l a z z z y y y blt T x x x r ι ι ι ι + + Υ υ υ= ∆ = η η × πε × η + υτ ∫ ∫ ∫ ∫ ∑∫ ∫ (4) ãäå η(z), η(y), η(x) � ïëîòíîñòü çàðÿäà âäîëü îñåé àïïëèêàò, îðäèíàò è àáñöèññ, ñîîòâåòñòâåííî; Zi � àïïëèêàòà i-é ãðàíèöû ðàçäåëà ñëîåâ ìîäåëè, ãäå ðàñ- ïîëîæåí çàðÿä (àïïëèêàòà òîãî ñëîÿ êîììóòàöèè, äëÿ êîòîðîãî ðàññ÷èòûâàåòñÿ åìêîñòü). Ïðè ïðîâåäåíèè íàó÷íûõ èññëåäîâàíèé è ðåøå- íèè ïðîåêòíûõ çàäà÷ c ìàëûì êîëè÷åñòâîì ïðîâîä- íèêîâ äëÿ íàõîæäåíèÿ ïëîòíîñòè çàðÿäà èñïîëüçóþò öåëûé ðÿä ÷èñëåííûõ ìåòîäîâ. Êàê ïîêàçàíî â [14], ìíîãèå èç íèõ ýêâèâàëåíòíû ìåòîäó ìîìåíòîâ [15] èëè ÿâëÿþòñÿ åãî ðàçíîâèäíîñòÿìè. Ïðè ðåøåíèè ïðîåêòíûõ çàäà÷ áîëüøîé ðàçìåð- íîñòè â ñèñòåìàõ àâòîìàòèçèðîâàííîãî ïðîåêòèðîâà- íèÿ äëÿ ðàñ÷åòà åìêîñòåé ïëåíî÷íûõ ïðîâîäíèêîâ îáû÷íî èñïîëüçóåòñÿ ìåòîä Õîó, êîòîðûé íå ïîçâî- ãäå ε0 � J0 � x0, y0, z0 � x, y, z � àáñîëþòíàÿ äèýëåêòðè÷åñêàÿ ïðîíèöàåìîñòü ñâîáîä- íîãî ïðîñòðàíñòâà; ôóíêöèÿ Áåññåëÿ ïåðâîãî ðîäà íóëåâîãî ïîðÿäêà; àáñöèññà, îðäèíàòà è àïïëèêàòà òî÷êè, ãäå âû÷èñëÿ- åòñÿ ïîëå; àáñöèññà, îðäèíàòà è àïïëèêàòà èñòî÷íèêà ïîëÿ. 2 2 0 0( ) ( ) ;r x x y y= − + − Òåõíîëîãèÿ è êîíñòðóèðîâàíèå â ýëåêòðîííîé àïïàðàòóðå, 2006, ¹ 4 20 ÝËÅÊÒÐÎÍÍÛÅ ÑÐÅÄÑÒÂÀ: ÈÑÑËÅÄÎÂÀÍÈß, ÐÀÇÐÀÁÎÒÊÈ ëÿåò ó÷åñòü íåðàâíîìåðíîñòü ðàñïðåäåëåíèÿ çàðÿäà ïî ïðîâîäíèêó, íî âûãîäíî îòëè÷àåòñÿ îò äðóãèõ ìå- òîäîâ ïî òðåáóåìîìó îáúåìó âû÷èñëåíèé. Òåì íå ìåíåå õîðîøî èçâåñòíî, ÷òî óêàçàííûé ìåòîä ïðèâî- äèò ê äîâîëüíî çàìåòíîé ïîãðåøíîñòè ïðè ðàñ÷åòå åìêîñòåé óåäèíåííûõ ïëîñêèõ ïëàñòèí [16], ïðè÷åì ðåçóëüòàò âñåãäà ïîëó÷àåòñÿ çàíèæåííûì [4]. Èñòî÷- íèêîì ïîãðåøíîñòè ìåòîäà Õîó ÿâëÿåòñÿ äîïóùåíèå î ðàâíîìåðíîì ðàñïðåäåëåíèè çàðÿäà ïî ïîâåðõíîñ- òè ïëàñòèíû, êîòîðîå íà ñàìîì äåëå ðåçêî íåðàâíî- ìåðíî êàê ïî åå äëèíå, òàê è ïî øèðèíå. Îäíàêî, êàê ïîêàçàíî â [17], ðàñïðåäåëåíèå çàðÿ- äà ïî äëèíå òîêîâåäóùåãî ïðîâîäíèêà ñóùåñòâåííî îòëè÷àåòñÿ îò ðàñïðåäåëåíèÿ çàðÿäà ïî äëèíå óåäè- íåííîé ïëàñòèíû òîé æå ôîðìû.  ïðîâîäíèêàõ, â îòëè÷èå îò óåäèíåííûõ ïëàñòèí, çàðÿäû íà êîíöàõ ïðîâîäíèêà íå ñêàïëèâàþòñÿ, êðàåâîé ýôôåêò èìååò ìåñòî ëèøü â ïîïåðå÷íîì íàïðàâëåíèè, è äëÿ íèçêî- îìíûõ ïðîâîäíèêîâ ðàñïðåäåëåíèå çàðÿäà âäîëü âåê- òîðà òîêà ìîæíî ñ÷èòàòü ïîñòîÿííûì. Äîïóùåíèå ìåòîäà Õîó î ðàâíîìåðíîì ïî äëèíå ïðîâîäíèêà ðàñ- ïðåäåëåíèè çàðÿäà, â îòëè÷èå îò óåäèíåííûõ ïëàñ- òèí, â êâàçèñòàöèîíàðíîì ïðèáëèæåíèè ïðàâèëüíî îòðàæàåò õàðàêòåð ôèçè÷åñêèõ ïðîöåññîâ â ðåàëüíîì ôèçè÷åñêîì îáúåêòå [17]. ×òî êàñàåòñÿ ðàñïðåäåëåíèÿ çàðÿäà ïî ïîïåðå÷íî- ìó ñå÷åíèþ ïðîâîäíèêà, òî îíî çàâèñèò íå òîëüêî îò ôîðìû ïîïåðå÷íîãî ñå÷åíèÿ (êîòîðàÿ îïðåäåëÿåò ñòå- ïåíü ïðîÿâëåíèÿ êðàåâîãî ýôôåêòà), êàê ïîêàçàíî â [18, 19], íî òàêæå îò ñêèí-ýôôåêòà è ïîòåíöèàëîâ ñî- ñåäíèõ ïðîâîäíèêîâ, è ìîæåò ñóùåñòâåííî ìå- íÿòüñÿ â ïðîöåññå ðàáîòû ñõåìû. Íåîáõîäèìîñòü ðàñ- ÷åòà åìêîñòè ïðè èçâåñòíîì ëèøü ïðèáëèæåííî è ìå- íÿþùåìñÿ ðàñïðåäåëåíèè çàðÿäà ïðèíöèïèàëüíî îò- ëè÷àåò òîêîâåäóùèå ïðîâîäíèêè ìèêðîñõåì è ïå÷àò- íûõ ïëàò îò óåäèíåííûõ òåë èçâåñòíîé ïðàâèëüíîé ôîðìû, äëÿ êîòîðûõ ðàñïðåäåëåíèå çàðÿäà ïîääàåòñÿ òåîðåòè÷åñêîìó îïðåäåëåíèþ ãîðàçäî ëåã÷å. Ýòî åùå îäíà ïðè÷èíà, ïî êîòîðîé, ïðåíåáðåãàÿ âëèÿíèåì ñî- ñåäíèõ ïðîâîäíèêîâ íà ðàñïðåäåëåíèå çàðÿäà, ïðè ðàñ÷åòå ìàòðèöû åìêîñòåé ïðîâîäíèêîâ îáû÷íî èñ- ïîëüçóþò ìåòîä Õîó. Äëÿ ïîëó÷åíèÿ áîëåå âûñîêîé òî÷íîñòè, ÷åì äî- ñòèãàåìàÿ ïðè ïðèìåíåíèè ìåòîäà Õîó, ìîæíî âîñïîëü- çîâàòüñÿ ìåòîäîì ìîìåíòîâ [1, 15], ðåøèòü âàðèàöè- îííóþ çàäà÷ó òàê, êàê ýòî ñäåëàíî â [3], èëè èñïîëü- çîâàòü àíàëèòè÷åñêè çàäàâàåìóþ àïïðîêñèìèðóþùóþ ôóíêöèþ, êîòîðàÿ èçâåñòíà àïðèîðè èëè çàäàåòñÿ ýâ- ðèñòè÷åñêè [20]. Ýòà ôóíêöèÿ äîëæíà äîñòàòî÷íî ïðàâèëüíî îòðàæàòü ëèøü õàðàêòåð ðàâíîâåñíîãî ðàñ- ïðåäåëåíèÿ çàðÿäà ïî øèðèíå ïðîâîäíèêà, ïîñêîëü- êó åìêîñòü ÿâëÿåòñÿ ôóíêöèîíàëîì, ñòàöèîíàðíûì îòíîñèòåëüíî íåáîëüøèõ èçìåíåíèé ðàñïðåäåëåíèÿ çàðÿäà [16]. Ìåòîä àïïðîêñèìèðóþùåé ôóíêöèè ïðè- âîäèò ê ðåçóëüòàòàì, ïîçâîëÿþùèì ñâåñòè çàòðàòû âðåìåíè ê íåîáõîäèìîìó ìèíèìóìó. Ïðèìåì, ÷òî îñü ïðîäîëüíîé ñèììåòðèè ïðîâîä- íèêà ñîâïàäàåò ñ îñüþ àáñöèññ. Ðàñïðåäåëåíèå ïëîò- íîñòè çàðÿäà η(y) ïî øèðèíå b ïðîâîäíèêà íà èíòåð- âàëå [�b/2, b/2] àïïðîêñèìèðóåì ñòåïåííûì äâó÷ëå- íîì ÷åòíîé ñòåïåíè n>1, ò. å. âûðàæåíèåì âèäà η(y)=ηñð[A+B(2y/b)n], (5) Êîýôôèöèåíòû àïïðîêñèìàöèè À è  íàõîäèì èç óñëîâèÿ íîðìèðîâêè çàðÿäà / 2 ñð / 2 ( )d b b y y b − η = η∫ (6) è óñëîâèÿ çàäàííîé íåðàâíîìåðíîñòè ïëîòíîñòè çà- ðÿäà N ïî øèðèíå η(±b/2)/η(0)=N. (7) Èç âûðàæåíèé (5), (6), (7) ïîëó÷èì: A=(n+1)/(n+N); B=(n+1)(N�1)/(n+N). Äëÿ ñòåïåííîãî ìíîãî÷ëåíà âòîðîé ñòåïåíè A=3/(N+2); B=3(N�1)/(N+2). (8) Èç âûðàæåíèÿ (8) ñëåäóåò, ÷òî ïðè �b/2≤y≤b/2 lim N n →∞ →∞ η(y)/ηñð=b[δ(y+b/2)+δ(y�b/2)], (9) ãäå δ(ξ) � ôóíêöèÿ Äèðàêà àðãóìåíòà ξ=y±b/2. Äëÿ ðàçëè÷íûõ çàêîíîâ ðàñïðåäåëåíèÿ çàðÿäà ïî øèðèíå ïðåäåëîì ïðè N → ∞ áóäåò âûðàæåíèå (9), èç êîòîðîãî ñëåäóåò, ÷òî ïëîòíîñòü çàðÿäà îáðà- ùàåòñÿ â áåñêîíå÷íîñòü ïðè y=±b/2 [17]. Èäåàëèçà- öèÿ, ïðè êîòîðîé η(±b/2)=∞, øèðîêî ðàñïðîñòðàíåíà â ñïåöèàëüíîé ëèòåðàòóðå, îäíàêî ïðîâåäåííûå â [18, 19] èññëåäîâàíèÿ ïîêàçûâàþò, ÷òî ðàñïðåäåëåíèå ïëîòíîñòè çàðÿäà ïî øèðèíå ïðîâîäíèêà ñóùåñòâåí- íî çàâèñèò îò ôîðìû åãî ïîïåðå÷íîãî ñå÷åíèÿ, è íà êðîìêàõ ïðîâîäíèêà íà ñàìîì äåëå èìååò êîíå÷íóþ âåëè÷èíó, ïðè÷åì ïëîòíîñòü çàðÿäà íà êðîìêàõ è íå- ðàâíîìåðíîñòü N òåì âûøå, ÷åì ìåíüøå îòíîøåíèå òîëùèíû ïðîâîäíèêà ê åãî øèðèíå. Äëÿ ðàñ÷åòà åìêîñòè ðàñïðåäåëåíèå çàðÿäà (5) ïðè n=2, äàþùåå êîíå÷íóþ âåëè÷èíó η(±b/2), ïî-âèäè- ìîìó, íàèáîëåå àäåêâàòíî îïèñûâàåò ðàñïðåäåëåíèå çàðÿäà ïî øèðèíå ðåàëüíûõ ïðîâîäíèêîâ â ìèêðî- ñõåìàõ âûñîêîé ñòåïåíè èíòåãðàöèè. Ïîýòîìó ñëó- ÷àé ,N = ∞ ñîîòâåòñòâóþùèé âûðàæåíèþ (9), òàêæå ïîëåçíî ðàññìîòðåòü êàê ãðàíè÷íûé äëÿ îöåíêè âëè- ÿíèÿ ìàêñèìàëüíî âîçìîæíîé íåðàâíîìåðíîñòè ïëîò- íîñòè çàðÿäà íà åìêîñòü ïðîâîäíèêà.  ñëó÷àå ïðå- äåëüíî àñèììåòðè÷íîãî ðàñïðåäåëåíèÿ, êîòîðîå èìååò ìåñòî ïðè ñóïåðïîçèöèè ëþáûõ ôàêòîðîâ, ëîêàëèçó- þùèõ çàðÿäû ó îäíîé èç êðîìîê, åìêîñòü ïðîâîäíè- êà ðàâíà åìêîñòè äëÿ ñëó÷àÿ ïðåäåëüíî íåðàâíîìåð- íîãî ñèììåòðè÷íîãî ðàñïðåäåëåíèÿ [17]. Ïîëó÷åíèå ðàñ÷åòíûõ ôîðìóë Êàê îòìå÷åíî âûøå, ìû ðàññìàòðèâàåì ïðîâîä- íèê â ôîðìå ïàðàëëåëåïèïåäà äëèíîé l, øèðèíîé b è òîëùèíîé t â ñëîèñòîé ñðåäå. Ïðè âû÷èñëåíèè åãî ïîòåíöèàëüíîãî êîýôôèöèåíòà ïî ôîðìóëàì (3), (4) äâóêðàòíûé èíòåãðàë ïî z è z0 ëåãêî âûðàçèòü ÷åðåç ïåðâîîáðàçíûå. Îäíàêî òàêîé ñïîñîá âû÷èñëåíèé ïðèâîäèò ê âåñüìà ãðîìîçäêèì êîíå÷íûì ðåçóëüòà- òàì, âûðàæåííûì ÷åðåç ôóíêöèè Ëàãåððà. Ýòîò íå- äîñòàòîê ìîæíî óñòðàíèòü, åñëè ïîñëå èíòåãðèðîâà- íèÿ ïî z è z0 ÷ëåíû, ñîäåðæàùèå t, ïðèñîåäèíèòü ê ôóíêöèÿì g(λ) è q(λ) è àïïðîêñèìèðîâàòü èõ ñîâìåñò- ñðåäíÿÿ ïî øèðèíå ïëîòíîñòü çàðÿäà, ïðèíèìàåìàÿ ïðè ðàñ÷åòå ìåòîäîì Õîó; êîýôôèöèåíòû àïïðîêñèìàöèè. ãäå ηñð � À,  � Òåõíîëîãèÿ è êîíñòðóèðîâàíèå â ýëåêòðîííîé àïïàðàòóðå, 2006, ¹ 4 21 ÝËÅÊÒÐÎÍÍÛÅ ÑÐÅÄÑÒÂÀ: ÈÑÑËÅÄÎÂÀÍÈß, ÐÀÇÐÀÁÎÒÊÈ íî, âêëþ÷àÿ èõ â êîýôôèöèåíòû Tυ..Îäíàêî ïðè òà- êîì ïîäõîäå â êîíå÷íûõ ôîðìóëàõ òîëùèíà t â ÿâ- íîì âèäå íå ôèãóðèðóåò.  ýòîì ñëó÷àå ïîòðåáíîñòü â èññëåäîâàíèè âëèÿíèÿ òîëùèíû ïðîâîäíèêà íà åãî åìêîñòü ìîæåò ïðèâåñòè ê çíà÷èòåëüíîìó óâåëè÷å- íèþ ÷èñëà Y è, êàê ñëåäñòâèå, óâåëè÷åíèþ îáúåìà âû÷èñëåíèé, îñîáåííî äëÿ ìàëûõ t. Óñòðàíèòü îáà ýòèõ íåäîñòàòêà, çíà÷èòåëüíî óïðî- ùàÿ ïîëó÷àåìûå âûðàæåíèÿ, ìîæíî âîñïîëüçîâàøèñü ìåòîäîì ñðåäíèõ ãåîìåòðè÷åñêèõ ðàññòîÿíèé. Ìåòîä áûë ïðåäëîæåí Ìàêñâåëëîì â ðàáîòå [8, § 691]. Êàê èçâåñòíî, îí ïðèâîäèò ê òî÷íîìó ðåçóëüòàòó â ñëó÷àå áåñêîíå÷íî äëèííûõ ïðÿìîëèíåéíûõ ïðîâîäîâ ïî- ñòîÿííîãî ïîïåðå÷íîãî ñå÷åíèÿ.  îòëè÷èå îò [6, 7], ìåòîä ñðåäíèõ ãåîìåòðè÷åñêèõ ðàññòîÿíèé ìîæíî èñ- ïîëüçîâàòü äëÿ èíòåãðèðîâàíèÿ òîëüêî ïî òîëùèíå, à íå ïî ïëîùàäè ïîïåðå÷íîãî ñå÷åíèÿ. Ó÷èòûâàÿ, ÷òî äëèíà ïðîâîäíèêà ìèêðîñõåìû îáû÷íî íå ìåíåå ÷åì íà 3 äåñÿòè÷íûõ ïîðÿäêà ïðåâîñõîäèò åãî òîëùèíó, ìîæíî îæèäàòü, ÷òî òàêîé ïðèåì ïîçâîëèò îáåñïå- ÷èòü ïðåíåáðåæèìî ìàëóþ ïîãðåøíîñòü ïðè óêàçàí- íîì ñîîòíîøåíèè ðàçìåðîâ îáëàñòè èíòåãðèðîâàíèÿ. Ïðè ïîñòîÿííîé ïëîòíîñòè çàðÿäà ïî îáúåìó ïðî- âîäíèêà ( ) 1 ; ( ) 1/ ; ( ) 1/ .z t y b x lη = η = η = Òîãäà, ïî ôîðìóëå (3), ïîòåíöèàëüíûé êîýôôèöè- åíò ïðîâîäíèêà â ñâîáîäíîì ïðîñòðàíñòâå áóäåò ðàâåí 9 2 2 0 2 2 2 2 3 3 3 3 18 10 ( )Arsh ( ) ( )Arsh ( Arsh Arsh 2 ) 2 arctg , 3 [ ] b a b l s l b A l b l l b s s b l D s s s D A E lb E A D s sE ⋅= − + + − + + + + + −+ − − + − Äëÿ òîíêèõ ïðîâîäíèêîâ (s<<τ) ïîïðàâêà ∆a, ïî- çâîëÿþùàÿ ó÷åñòü âëèÿíèå ñëîèñòîé ñðåäû, îò òîë- ùèíû ïðîâîäíèêà íå çàâèñèò. Ïî ôîðìóëå (4), 9 2 2 2 0 2 2 2 33 3 3 18 10 [ ( )Arsh ( ) ( )Arsh ( Arsh Arsh 2 ) 3 2 arctg ], b a T b l tbl A l b l l b b l D D A E E A D bl bl E Υ υ υ υ= υ υ υ υ υ υ υ ⋅∆ = − τ + + − τ + τ + + τ τ τ + + − + − − + − − τ τ ∑ (10) Ïîëÿ, ñîçäàâàåìûå ñîñåäíèìè ïðîâîäíèêàìè, ìîãóò âåñüìà ñóùåñòâåííî èçìåíèòü ðàñïðåäåëåíèå çàðÿäà ïî øèðèíå ïðîâîäíèêà, óâåëè÷èâàÿ òàêèì îá- ðàçîì åãî åìêîñòü, ÷òî âåäåò ê óâåëè÷åíèþ âðåìåíè çàäåðæêè ñèãíàëîâ â ïðîâîäíèêå2 . Òîãäà äëÿ áåñêî- íå÷íî òîíêèõ ïðîâîäíèêîâ ñ ó÷åòîì ðàñïðåäåëåíèÿ çàðÿäà ïîòåíöèàëüíûé êîýôôèöèåíò ìîæíî îöåíèòü ïî ôîðìóëå a≈aN+∆a. Ïðè ýòîì âåëè÷èíà aN îïðåäå- ëÿåòñÿ ïî ôîðìóëå [17] aN=AaÕîó+3·109Bk2{(2k�1�k)Arshk�1+2k�2Arshk+ +[(8k2�19�12k�2)(1+k�2)1/2�8k2+12k�3]/15 +2}/l, Ïîïðàâêó ∆a ìîæíî ðàññ÷èòàòü ïî ôîðìóëå (10). Èñïîëüçóÿ òàêîé ïðèåì, ìû äîïóñêàåì, ÷òî ñðåäà îäèíàêîâî âëèÿåò íà åìêîñòü ïðîâîäíèêà ïðè ëþáîì ðàñïðåäåëåíèè çàðÿäà, çàäàâàåìîì ôîðìóëîé (5) ïðè n=2.  ñëó÷àå ïðåäåëüíîé ôîðìàëüíî âîçìîæíîé íå- ðàâíîìåðíîñòè ðàñïðåäåëåíèÿ çàðÿäà ïî øèðèíå (çà- ðÿä ñîñðåäîòî÷åí âäîëü êðîìîê ïðîâîäíèêà) ( ) 1 ; ( ) ( ) ( ); ( ) 1/ .z t y y y b x lη = η = δ + δ − η = (11) Òîãäà, øåñòèêðàòíî èíòåãðèðóÿ ôóíêöèþ Ãðèíà ïî ôîðìóëàì (3), (4) è èñïîëüçóÿ ìåòîä ñðåäíèõ ãåî- ìåòðè÷åñêèõ ðàññòîÿíèé äëÿ èíòåãðèðîâàíèÿ ïî òîë- ùèíå, ïîëó÷èì: a=a0+∆a, (12) ãäå 9 2 2 0 2 2 2 9 10 [2 Arsh ( ) l a bl l s bl b s ⋅= + − × + 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 Arsh Arsh ( ) 2 arctg ]; b b s b l b s sl s bl b s sl s l b s × + − + + − + − + − + + 9 2 2 0 2 2 2 0 9 10 [2 Arsh ( ) l a T bl l bl b υ υ υ= υ ⋅∆ = + − τ × + τ ∑ Υ 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 Arsh Arsh ( 0 ) 2 arctg ]; b b b l b l bl b l l b υ υ υυ υ υ υ υ × + τ − + + τ − τ+ τ − + τ − τ τ + + τ äëÿ ñâîáîäíîãî ïðîñòðàíñòâà Tυ=0 (υ≥0).  ñëó÷àå áåñêîíå÷íî òîíêîãî ïðîâîäíèêà ïðè ïî- ñòîÿííîì ðàñïðåäåëåíèè çàðÿäà ïî åãî ïëîùàäè ( ) 1/ ; ( ) 1/ .y b x lη = η = (13) Òîãäà, ÷åòûðåæäû èíòåãðèðóÿ ôóíêöèþ Ãðèíà ïî êîîðäèíàòàì x, x0, y è y0, ïðè ïëîòíîñòè çàðÿäà (13) ïî ôîðìóëàì (3), (4) ïîëó÷èì: ãäå s = 2 2;A l s= + 2 2 ;D b s= + 2 2 2;E l b s= + + t·exp(�3/2) � ñðåäíåå ãåîìåòðè÷åñêîå ðàññòîÿíèå îò- ðåçêà ïðÿìîé, êîòîðûé èìååò äëèíó t, îò ñàìîãî ñåáÿ. êîôôèöèåíòû, êîòîðûå ïîëó÷åíû àïïðîêñèìàöèåé ôóíê- öèè Ôi(λ, z�z0)�exp(�λz�z0) â ïëîñêîñòè z=z0 (ïîïðàâ- êè íà ñëîèñòîñòü ñðåäû) êàê äëÿ áåñêîíå÷íî òîíêîãî ïðîâîäíèêà; ãäå Tυ � 2 2 2 ;E l b υ= + + τ 2 2 ;A l υ= + τ τυ=υτ. 2 2 ;D b υ= + τ ãäå A, B � k � aÕîó � aÕîó= êîýôôèöèåíòû àïïðîêñèìàöèè, îïðåäåëÿåìûå ïî ôîð- ìóëàì (8); êîýôôèöèåíò ôîðìû ïðîâîäíèêà, k=l/b; ïîòåíöèàëüíûé êîýôôèöèåíò, îïðåäåëÿåìûé ìåòîäîì Õîó � 18·109{kArshk�1+Arshk+[k�1+k2�k�1(1+k2)3/2]/3}/l. 2 Ýòî ñïðàâåäëèâî, íàïðèìåð, äëÿ ëèíèé ñâÿçè, ðàñïîëîæåí- íûõ âî âíóòðåííèõ ñëîÿõ ìåòàëëèçàöèè â ìèêðîïðîöåññîðàõ, ãäå çàäåðæêà ñèãíàëà íîñèò åìêîñòíûé õàðàêòåð [21]. Òåõíîëîãèÿ è êîíñòðóèðîâàíèå â ýëåêòðîííîé àïïàðàòóðå, 2006, ¹ 4 22 ÝËÅÊÒÐÎÍÍÛÅ ÑÐÅÄÑÒÂÀ: ÈÑÑËÅÄÎÂÀÍÈß, ÐÀÇÐÀÁÎÒÊÈ à=18·109{kArshk�1+Arshk+[k�1+k2�k�1(1+k2)3/2]/3}/l+ 9 2 2 2 2 2 0 18 10 [ ( ) ]Arsh [ ( ) ] ( ) { b T b l l b l b A Υ υ υ= ⋅+ − υτ + − υτ ×∑ ãäå 2 2( ) ;A l= + υτ 2 2( ) ;D b= + υτ 2 2 2( ) ;E l b= + + υτ (14)  ñëó÷àå ïðåäåëüíîé ôîðìàëüíî âîçìîæíîé íå- ðàâíîìåðíîñòè ðàñïðåäåëåíèÿ çàðÿäà ïî øèðèíå η(y)=δ(y)+δ(y�b) è η(x)=1/l. Èíòåãðèðóÿ ôóíêöèþ Ãðèíà, ïîëó÷èì, ÷òî ïîòåí- öèàëüíûé êîýôôèöèåíò áåñêîíå÷íî òîíêîãî ïðîâîä- íèêà â ñëîèñòîé ñðåäå 9 –1 –1 2 9 –2 2 2 2 0 2 18 10 [Arsh ( Arsh + – 9 10 – 1 )/2 ]/ [ ( ) ] Arsh / 2 Arsh / 2 arctg[ / ( )] ( ) Arsh / ( ) ( ) , { } a k + k k k k l T l l b b A l b l D l lb E b b E D δ Υ υ υ= = ⋅ ⋅+ + − υτ × × + − υτ υτ + + υτ υτ − − ∑ (15) ãäå A, D, E ðàññ÷èòûâàþòñÿ ïî ôîðìóëàì (14). Åìêîñòü ïðîâîäíèêà ñâÿçàíà ñ åãî ïîòåíöèàëüíûì êîýôôèöèåíòîì èçâåñòíûì ñîîòíîøåíèåì [4, 9]. Êàê ïîêàçûâàåò èññëåäîâàíèå ñ ïîìîùüþ ïðîèçâîäíûõ è âû÷èñëèòåëüíûé ýêñïåðèìåíò, â òîì ÷èñëå ïðîâå- äåííûé â [17], ïðè k≥1 c óâåëè÷åíèåì íåðàâíîìåð- íîñòè ïëîòíîñòè ðàñïðåäåëåíèÿ çàðÿäà ïî øèðèíå N åìêîñòü ìîíîòîííî óâåëè÷èâàåòñÿ è äîñòèãàåò íàè- áîëüøåãî çíà÷åíèÿ ïðè N=∞. Ïîýòîìó ïðè ðàñ÷åòå åìêîñòè ïðîâîäíèêà ìåòîä Õîó ìîæåò áûòü èñïîëü- çîâàí äëÿ îöåíêè òî÷íîé íèæíåé ãðàíèöû åìêîñòè inf C. Äëÿ îöåíêè òî÷íîé âåðõíåé ãðàíèöû åìêîñòè sup Ñ ïðè íåèçâåñòíîì ðàñïðåäåëåíèè çàðÿäà èñïîëü- çóþòñÿ ôîðìóëû (3), (4) äëÿ ðàñïðåäåëåíèÿ çàðÿäà (11). Âû÷èñëèòåëüíûé ýêñïåðèìåíò Äëÿ óäîáñòâà îöåíêè è îáîáùåíèÿ ïîëó÷åííûõ ðåçóëüòàòîâ áûë ïðîâåäåí âû÷èñëèòåëüíûé ýêñïåðè- ìåíò, ðåçóëüòàòû êîòîðîãî ÷àñòè÷íî ïðåäñòàâëåíû â òàáëèöå è íà ãðàôèêå (ðèñ. 2). Äëÿ ñíèæåíèÿ âëèÿ- íèÿ ïîãðåøíîñòè îêðóãëåíèÿ âñå âû÷èñëåíèÿ ïðîâî- äèëèñü ñ ó÷åòîì 32 äåñÿòè÷íûõ çíàêîâ ìàíòèññû êàæ- äîãî îïåðàíäà. Îòíîñèòåëüíîå ðàñõîæäåíèå ðåçóëüòàòîâ ðàñ÷åòà åìêîñòè Ñ â ñâîáîäíîì ïðîñòðàíñòâå ñ ïîìîùüþ ìåòîäà ñðåäíèõ ãåîìåòðè÷åñêèõ ðàññòîÿíèé â ñðàâ- íåíèè ñ «òî÷íûì» çíà÷åíèåì Ñò õàðàêòåðèçîâàëîñü âåëè÷èíîé ∆=100(Ñ/Ñò�1), %. Äëÿ ïîëó÷åíèÿ âåëè- ÷èíû Ñò ïî ôîðìóëàì (3), (11) ïðè ÷èñëåííîì èíòåã- ðèðîâàíèè ïî øèðèíå èñïîëüçîâàëàñü êâàäðàòóðíàÿ ôîðìóëà Ãàóññà äëÿ òðåõ óçëîâ (ñòåïåíü òî÷íîñòè n=5). Äëÿ ñíèæåíèÿ âëèÿíèÿ ìåòîäè÷åñêîé ïîãðåø- íîñòè èíòåðâàë èíòåãðèðîâàíèÿ áûë ðàçáèò íà 104 øàãîâ. Ïðè òàêîì ñïîñîáå âû÷èñëåíèé ðåçóëüòàò ñî- äåðæèò ïî ìåíüøåé ìåðå 6 âåðíûõ äåñÿòè÷íûõ çíà- êîâ. Ïîãðåøíîñòü âû÷èñëåíèé êîíòðîëèðîâàëàñü ìå- òîäîì Ðóíãå. Ðåçóëüòàòû ðàñ÷åòà âåëè÷èíû ∆, % ñâå- äåíû â òàáëèöó. Ïîãðåøíîñòü ðàñ÷åòà åìêîñòè ñ ïî- ìîùüþ ìåòîäà ñðåäíèõ ãåîìåòðè÷åñêèõ ðàññòîÿíèé äëÿ ñëîèñòîé ñðåäû íå ïðåâîñõîäèò ïîãðåøíîñòè äëÿ ñâîáîäíîãî ïðîñòðàíñòâà. Èç òàáëèöû âèäíî, ÷òî ìåòîä ñðåäíèõ ãåîìåòðè- ÷åñêèõ ðàññòîÿíèé íåñêîëüêî çàíèæàåò åìêîñòü (∆<0), à àáñîëþòíàÿ âåëè÷èíà ïîãðåøíîñòè ìåòîäà ìàêñè- ìàëüíà äëÿ ïðîâîäíèêîâ êâàäðàòíîãî ñå÷åíèÿ (b/t=1) è íå ïðåâîñõîäèò óðîâíÿ 7,16% äàæå äëÿ ñëó÷àÿ êóáà (l=b=t), êîòîðûé â ìèêðîñõåìàõ ïðàêòè÷åñêè íå âñòðå÷àåòñÿ. Äàííûå òàáëèöû êîíêðåòèçèðóþò ñäåëàí- íîå âûøå ïðåäïîëîæåíèå î äîïóñòèìîñòè èñïîëüçî- âàíèÿ ìåòîäà ñðåäíèõ ãåîìåòðè÷åñêèõ ðàññòîÿíèé äëÿ èíòåãðèðîâàíèÿ ïî òîëùèíå ïðîâîäíèêà. Ïðè b>3t äëÿ ïðîâîäíèêîâ, ó êîòîðûõ äëèíà íà äâà äåñÿòè÷íûõ ïîðÿäêà ïðåâîñõîäèò òîëùèíó, óêàçàííûé ìåòîä äàåò ïðàêòè÷åñêè òî÷íûå ðåçóëüòàòû. Íà ðèñ. 2 ïðåäñòàâëåíà çàâèñèìîñòü ïîãðåøíîñòè ðàñ÷åòà åìêîñòè ïðîâîäíèêà â ïðèáëèæåíèè áåñêî- íå÷íî ìàëîé òîëùèíû ñ ïîìîùüþ ôîðìóëû (15) îò êîýôôèöèåíòà ôîðìû ïðîâîäíèêà â ñâîáîäíîì ïðî- ñòðàíñòâå. Èç ðèñóíêà âèäíî, ÷òî óêàçàííîå ïðèáëè- æåíèå ìîæåò äàâàòü íåïðèåìëåìî âûñîêóþ ïîãðåø- íîñòü ðàñ÷åòà åìêîñòè äëÿ ïðîâîäíèêîâ ìèêðîñõåì âûñîêîé ñòåïåíè èíòåãðàöèè, ãäå òîëùèíû ïðîâîä- l/b b/t 1 10 100 1000 1 –7,15940 –4,07044 –2,37576 –1,63597 3 –3,77252 –1,69474 –9,84939⋅10 –1 –6,84585⋅10 –1 10 –1,37278 –5,48602⋅10 –1 –3,17077⋅10 –1 –2,21033⋅10 –1 100 –1,52316⋅10 –1 –5,66105⋅10 –2 –3,25460⋅10–2 –2,27061⋅10–2 1000 –1,54845⋅10 –2 –5,68230⋅10–3 –3,26316⋅10–3 –2,27672⋅10–3 10000 –1,55425⋅10 –3 –5,69291⋅10–4 –3,26987⋅10–4 –2,28881⋅10–4 Îòíîñèòåëüíàÿ ïîãðåøíîñòü ìåòîäà ñðåäíèõ ãåîìåòðè÷åñêèõ ðàññòîÿíèé, % ∆, % �10�3 �10�2 �10�1 �100 �101 �102 100 101 102 l/b b/t=100 b/t=101 b/t=102 b/t=103 b/t=104 Ðèñ. 2. Çàâèñèìîñòü ïîãðåøíîñòè ðàñ÷åòà åìêîñòè ïðî- âîäíèêà ïðÿìîóãîëüíîãî ñå÷åíèÿ â ñâîáîäíîì ïðîñòðàí- ñòâå â ïðèáëèæåíèè áåñêîíå÷íî ìàëîé òîëùèíû îò êî- ýôôèöèåíòà ôîðìû ïðè ôèêñèðîâàííîì îòíîøåíèè øèðèíû ïðîâîäíèêà ê åãî òîëùèíå 2 3 3 3 3 Arsh ( ) ( Arsh Arsh ) 2( ) 2 arctg , 3 } l b l b l E A D D D A E lb E × + υτ + + − − + υτ υτ υτ + + −+ − υτ υτ Òåõíîëîãèÿ è êîíñòðóèðîâàíèå â ýëåêòðîííîé àïïàðàòóðå, 2006, ¹ 4 23 ÝËÅÊÒÐÎÍÍÛÅ ÑÐÅÄÑÒÂÀ: ÈÑÑËÅÄÎÂÀÍÈß, ÐÀÇÐÀÁÎÒÊÈ íèêîâ áëèçêè ïî âåëè÷èíå ê èõ øèðèíå.  ñëó÷àå êóáà ∆=�29,66%. Ìåòîä îöåíêè òî÷íîé âåðõíåé ãðàíèöû åìêîñòè èñïîëüçóåò ðàñïðåäåëåíèå çàðÿäà ïî øèðèíå, êîòî- ðîå ñîîòâåòñòâóåò ïðåäåëüíîé ôóíêöèè ðàñïðåäåëå- íèÿ çàðÿäà (ôóíêöèè Äèðàêà) ñ íåðàâíîìåðíîñòüþ N=∞, ÷òî âîçìîæíî ëèøü ôîðìàëüíî. Ôîðìóëà (12), ïîëó÷åííàÿ ñ èñïîëüçîâàíèåì ìåòîäà ñðåäíèõ ãåî- ìåòðè÷åñêèõ ðàññòîÿíèé, ïðèáëèçèòåëüíî ñîîòâåòñòâó- åò ýêñïîíåíöèàëüíîé ôóíêöèè ðàñïðåäåëåíèÿ çàðÿäà ïî øèðèíå ñ íåðàâíîìåðíîñòüþ N>1700. Âñòðå÷àå- ìàÿ íà ïðàêòèêå íåðàâíîìåðíîñòü ðàñïðåäåëåíèÿ çà- ðÿäà ïî øèðèíå, êàê ïðàâèëî, ñóùåñòâåííî íèæå [18, 19]. Ïîãðåøíîñòü ôîðìóëû (12) âñëåäñòâèå çàâûøå- íèÿ íåðàâíîìåðíîñòè N ÷àñòè÷íî êîìïåíñèðóåòñÿ ïî- ãðåøíîñòüþ ìåòîäà ñðåäíèõ ãåîìåòðè÷åñêèõ ðàññòî- ÿíèé. Âûâîäû Àíàëèç è îáîáùåíèå ïîëó÷åííûõ òåîðåòè÷åñêèõ ðåçóëüòàòîâ è ðåçóëüòàòîâ âû÷èñëèòåëüíîãî ýêñïåðè- ìåíòà ïîçâîëÿþò ñäåëàòü ñëåäóþùèå âûâîäû. 1. Ïðè ðàñ÷åòå åìêîñòè ïðîâîäíèêà ìåòîä Õîó ìîæåò áûòü èñïîëüçîâàí äëÿ îöåíêè òî÷íîé íèæíåé ãðàíèöû åìêîñòè inf C. Äëÿ îöåíêè òî÷íîé âåðõíåé ãðàíèöû åìêîñòè sup Ñ ïðè íåèçâåñòíîì ðàñïðåäåëå- íèè çàðÿäà ìîãóò áûòü èñïîëüçîâàíû ôîðìóëû (3), (4) äëÿ ðàñïðåäåëåíèÿ çàðÿäà (11). 2. Ìåòîä ñðåäíèõ ãåîìåòðè÷åñêèõ ðàññòîÿíèé, ñ ïîìîùüþ êîòîðîãî ïîëó÷åíà ôîðìóëà (12), íåñêîëü- êî çàíèæàåò çíà÷åíèå åìêîñòè, îäíàêî äëÿ áîëüøèõ çíà÷åíèé b/t (>10) òî÷íîñòü ìåòîäà ñðåäíèõ ãåîìåò- ðè÷åñêèõ ðàññòîÿíèé äîñòàòî÷íà äëÿ áîëüøèíñòâà ñëó÷àåâ èíæåíåðíîé ïðàêòèêè. 3. Ôîðìóëà (12) ñóæàåò ãðàíèöû äâóõñòîðîííåé îöåíêè åìêîñòè è âïîëíå ïðèåìëåìà äëÿ èñïîëüçîâà- íèÿ â òåõíè÷åñêèõ ïðèëîæåíèÿõ â êà÷åñòâå íàäåæíîé èíæåíåðíîé îöåíêè âåðõíåé ãðàíèöû åìêîñòè ïðî- âîäíèêà ïðÿìîóãîëüíîãî ñå÷åíèÿ â ñëîèñòîé ñðåäå è ñâîáîäíîì ïðîñòðàíñòâå. 4. Ðàñ÷åò åìêîñòè ïðîâîäíèêà ïðÿìîóãîëüíîãî ñå÷åíèÿ â ïðèáëèæåíèè áåñêîíå÷íî ìàëîé òîëùèíû äàåò ïîãðåøíîñòü ìåíåå 1% äëÿ äëèííûõ ïðîâîäíè- êîâ (k>10) ëèøü ïðè b/t>10, à äëÿ êîíòàêòíûõ ïëî- ùàäîê (ò. å. ïðè k≈1) � ëèøü ïðè b/t>50. Ðåçóëüòàòû äàííîé ðàáîòû ìîãóò áûòü ðåêîìåíäî- âàíû äëÿ ìîäèôèêàöèè ìåòîäà ìîìåíòîâ, äëÿ èñïîëü- çîâàíèÿ ïðè ðàçðàáîòêå ìàòåìàòè÷åñêîãî è ïðîãðàì- ìíîãî îáåñïå÷åíèÿ ñèñòåì àâòîìàòèçèðîâàííîãî ïðî- åêòèðîâàíèÿ, à òàêæå äëÿ èñïîëüçîâàíèÿ íà ñòàäèè ïðåäïðîåêòíûõ èññëåäîâàíèé ïðè ÷èñëåííî-ýâðèñòè- ÷åñêîé îïòèìèçàöèè ñõåìîòåõíè÷åñêèõ è êîíñòðóê- òîðñêèõ ðåøåíèé. ÈÑÏÎËÜÇÎÂÀÍÍÛÅ ÈÑÒÎ×ÍÈÊÈ 1. Ãàçèçîâ Ò. Ð. Âû÷èñëåíèå åìêîñòíîé ìàòðèöû äâóìåðíîé êîíôèãóðàöèè ïðîâîäíèêîâ è äèýëåêòðèêîâ ñ îðòîãîíàëüíûìè ãðà- íèöàìè // Èçâåñòèÿ âóçîâ. Ôèçèêà.� 2004.� ¹ 3.� Ñ. 88�90. 2. Ñàäîâñêèé Í. Â. Ðàçðàáîòêà, èññëåäîâàíèå è ïðàêòè÷åñêîå ïðèìåíåíèå ìàòåìàòè÷åñêèõ ìîäåëåé ïîëîñêîâûõ ëèíèé íà îñíî- âå ðàñ÷åòà ýëåêòðîìàãíèòíîãî ïîëÿ ìåòîäîì ñòàòèñòè÷åñêèõ èñ- ïûòàíèé / Àâòîðåô. äèñ. ... êàíä. òåõí. íàóê.� Ì.: ÌÝÈ, 1984. 3. Êàðòàæîâ Â. Á. Ðàñ÷åò ìíîãîïðîâîäíûõ ìèêðîïîëîñêîâûõ ëèíèé ñ ìíîãîñëîéíûì äèýëåêòðèêîì ìåòîäîì Òðåôòöà // Ðàäèî- òåõíèêà è ýëåêòðîíèêà.� 1973.� ¹ 8.� Ñ. 1573�1578. 4. Èîññåëü Þ. ß., Êî÷àíîâ Ý. Ñ., Ñòðóíñêèé Ì. Ã. Ðàñ÷åò ýëåêòðè÷åñêîé åìêîñòè.� Ë.: Ýíåðãîèçäàò, 1981. 5. Êíÿçåâ À. Ä., Êå÷èåâ Ë. Í., Ïåòðîâ Á. Â. Êîíñòðóèðîâàíèå ðàäèîýëåêòðîííîé è ýëåêòðîííî-âû÷èñëèòåëüíîé àïïàðàòóðû ñ ó÷å- òîì ýëåêòðîìàãíèòíîé ñîâìåñòèìîñòè.� Ì.: Ðàäèî è ñâÿçü, 1989. 6. Ñåìåíöîâ Â. È. Ðàñ÷åò åìêîñòåé ïëîñêèõ ïðîâîäíèêîâ â ñëîèñòûõ ñðåäàõ // Ðàäèîòåõíèêà.� 1973.� Ò. 28, ¹ 10.� Ñ. 84�90. 7. Ñåìåíöîâ Â. È., Ãîëîâ÷åíêî Â. Á. Ðàñ÷åò ÷àñòè÷íûõ åìêîñ- òåé â ìíîãîñëîéíûõ òîíêîïëåíî÷íûõ è ïå÷àòíûõ ïëàòàõ // Ðàäèî- òåõíèêà è ýëåêòðîíèêà.� 1972.� Ò. XVII, ¹ 1.� Ñ. 138�144. 8. Maxwell J. C. A tritise on electricity and ìagnetism. Vol. 2.� Cambridge, 1904. (Ìàêñâåëë Äæ. Ê. Òðàêòàò îá ýëåêòðè÷åñòâå è ìàãíåòèçìå. Ò. 2.� Ì.: Íàóêà, 1989.) 9. Êîííèêîâ È. À. Ðàñ÷åò åìêîñòåé ïðÿìîóãîëüíûõ ïëåíî÷- íûõ ïðîâîäíèêîâ ñ ïðîèçâîëüíûì êîýôôèöèåíòîì ôîðìû // Ñóäî- ñòðîåíèå.� 1980.� ¹ 8.� Ñ. 32�33. 10. Ollendorf F. Erdström.� Berlin: Springer, 1928. 11. Ïàíîâñêèé Â., Ôèëèïñ Ì. Êëàññè÷åñêàÿ ýëåêòðîäèíàìè- êà.� Ì.: Ôèçìàòãèç, 1963. 12. Òèõîíîâ À. Í., Ñàìàðñêèé À. À. Óðàâíåíèÿ ìàòåìàòè÷å- ñêîé ôèçèêè.� Ì.: Íàóêà, 1977. 13. Êîðí À. Ã., Êîðí Ò. Ì. Ñïðàâî÷íèê ïî ìàòåìàòèêå äëÿ íàó÷íûõ ðàáîòíèêîâ è èíæåíåðîâ.� ÑÏá: Ëàíü, 2003. 14. Harrington R., Crosswell W. C. Origine and development of the method of moments for field computation // IEEE Antennas and Propagation Magazine.� 1990.� Vol. 32, N 3.� P. 31�36. 15. Êàíòîðîâè÷ Ë. Â., Àêèëîâ Ã. Ï. Ôóíêöèîíàëüíûé àíà- ëèç.� ÑÏá: Íåâñêèé äèàëåêò, 2004. 16. Ôèõìàíàñ Ð. Ô., Ôðèäáåðã Ï. Ø. Ìåòîä Õîó ðàñ÷åòà åìêî- ñòåé òåë è åãî ñâÿçü ñ âàðèàöèîííûìè ïðèíöèïàìè // Æóðíàë òåõíè÷åñêîé ôèçèêè.� 1970.� ¹ 6.� C. 1327�1328. 17. Êîííèêîâ È. À. Ýêîíîìè÷íûé ìåòîä ðàñ÷åòà åìêîñòè ïðÿ- ìîóãîëüíîãî ïëåíî÷íîãî ïðîâîäíèêà ñ ó÷åòîì íåðàâíîìåðíîñ- òè ðàñïðåäåëåíèÿ çàðÿäà // Ïåòåðáóðãñêèé æóðíàë ýëåêòðîíèêè.� 2005.� ¹ 3.� C. 102�107. 18. Çàðóáàíîâ Â. Â., Èëüèíñêèé À. Ñ. Ðàñïðåäåëåíèå òîêîâ è ïîòåðü â ìèêðîïîëîñêîâîé ëèíèè ñ êîíå÷íîé òîëùèíîé ïîëîñêè // Ðàäèîòåõíèêà è ýëåêòðîíèêà.� 1990.� T. 35, ¹ 3.� C. 465�478. 19. Òèõîìèðîâ À. Â., Ìàíåíêîâ À. Á. Ñêèí-ýôôåêò â ïðîâîäå êâàä- ðàòíîãî ñå÷åíèÿ // Òàì æå.� 1989.� Ò. 34, ¹ 6.� Ñ. 1166�1171. 20. Ðóñèí Þ. Ñ. Ìåòîä ïðèáëèæåííîãî ðàñ÷åòà ýëåêòðè÷å- ñêîé åìêîñòè // Ýëåêòðè÷åñòâî.� 1960.� ¹ 11.� Ñ. 48�50. 21. Êðèñòîâñêèé Â. Ã., Òåðåíòüåâ Þ. È. Àíàëèç âëèÿíèÿ ëè- íèé ñâÿçè íà õàðàêòåðèñòèêè ìèêðîïðîöåññîðîâ // Ìèêðîýëåêò- ðîíèêà.� 2005.� ¹ 1.� Ñ. 72�76.