प्रौद्योगिकी सीएडी
टेक्नोलॉजी कंप्यूटर एडेड डिज़ाइन या प्रौद्योगिकी सीएडी या टीसीएडी इलेक्ट्रॉनिक डिजाइन स्वचालन की ऐसी शाखा है जो अर्धचालक निर्माण और अर्धचालक उपकरण से जड़ी प्रक्रियाओं को मॉडल करने में सहायक होती है। इसके निर्माण के लिए उपयुक्त मॉडलिंग को प्रोसेस करने के पश्चात इसे टीसीएडी कहा जाता है, जबकि इस उपकरण से जुड़ी प्रक्रिया के लिए मॉडलिंग को इस उपकरण के लिए टीसीएडी कहा जाता है। इस प्रकार अर्धचालक प्रक्रिया सिमुलेशन जैसे डोपेंट और आयन आरोपण, और अर्धचालक डिवाइस मॉडलिंग मौलिक रूप से भौतिकी पर आधारित किया जाता है,[2][3] जैसे उपकरणों के डोपिंग प्रोफाइल को इसमें सम्मिलित करते हैं। इस प्रकार टीसीएडी में कॉम्पैक्ट मॉडल जैसे प्रसिद्ध ट्रांजिस्टर प्रारूप का निर्माण भी इसमें सम्मिलित हो सकता है, जो ऐसे उपकरणों के विद्युत व्यवहार को सही करने में सहायक होता हैं, अपितु सामान्यतः उन्हें अंतर्निहित भौतिकी से प्राप्त नहीं करते हैं। इसके कारण स्पाइस सिम्युलेटर को सामान्यतः टीसीएडी के अतिरिक्त इलेक्ट्रॉनिक डिजाइन ऑटोमेशन का भाग माना जाता है।
परिचय
प्रौद्योगिकी फ़ाइलें और डिज़ाइन पर आधारित नियमों की जाँच विशेषकर डिज़ाइन किए गए इस प्रकार के नियमों के आधार पर एकीकृत परिपथ की डिज़ाइन प्रक्रिया के आवश्यक निर्माण खंड के लिए उपयोग किया जाता हैं। इस प्रकार की प्रक्रियाएं प्रौद्योगिकी पर उनकी सटीकता और मजबूती के लिए इसकी परिवर्तनशीलता और आईसी की परिचालन स्थितियां से जुड़े पर्यावरण, परजीवी संचरण और परीक्षण के लिए विद्युत स्थैतिकी को अनआवेशित करने जैसी प्रतिकूल परिस्थितियों सहित इसके प्रदर्शन, उपज और विश्वसनीयता का निर्धारण करने में महत्वपूर्ण माना जाता हैं। इस प्रकार इन प्रौद्योगिकी और डिजाइन से जुड़े नियमों को इस प्रकार की फ़ाइलों के विकास में पुनरावृत्ति प्रक्रिया को सम्मिलित किया गया है, जो प्रौद्योगिकी और उपकरण विकास, उत्पाद डिजाइन और गुणवत्ता आश्वासन की सीमाओं को पार करती है। इस विकास प्रक्रिया के कई चरणों के समर्थन में मॉडलिंग और सिमुलेशन महत्वपूर्ण भूमिका निभाते हैं।
टीसीएडी के लक्ष्य को प्राप्त करने के लिए एकीकृत परिपथ उपकरणों के भौतिक विवरण से प्रारंभ होते हैं, इस प्रकार भौतिक विन्यास और संबंधित डिवाइस गुणों दोनों पर विचार किया जाता हैं, और परिपथ की डिजाइन के लिए प्राप्त समर्थन को इस प्रकार की भौतिकी और विद्युत व्यवहार से जुड़े प्रारूप की विस्तृत श्रृंखला के बीच संबंधित किया जाता हैं। इस प्रकार इसके वितरित इस प्रकार के प्रारूपों में उपकरणों का भौतिक-आधारित मॉडलिंग आईसी प्रक्रिया विकास का अनिवार्य भाग 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 सम्मिलित है।[4] जो परिपथ डिजाइन और सांख्यिकीय मैट्रोलोजी का समर्थन करते हैं।
चूंकि यहाँ पर धातु ऑक्साइड अर्धचालक (एमओएस) ट्रांजिस्टर पर बल दिया गया है, इस प्रकार आईसी उद्योग का वर्कहॉर्स ऐसा 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।
इतिहास
प्रौद्योगिकी कंप्यूटर-एडेड डिज़ाइन (टीसीएडी) का विकास मुख्य रूप से इस प्रकार की प्रक्रियाओं, उपकरणों और परिपथों से जुड़े सिमुलेशन और मॉडलिंग टूल का सहक्रियात्मक संयोजन करने के लिए द्विध्रुवी जंक्शन ट्रांजिस्टर प्रौद्योगिकी में अपना मूल आधार प्राप्त करता है, जो 1960 के दशक के अंत में प्रारंभ होता हैं, और इस प्रकार के जंक्शन को पृथक करने तथा दोहरी चुनौतियों और ट्रिपल-विसरित ट्रांजिस्टर के लिए इसका उपयोग करता हैं। ये उपकरण और प्रौद्योगिकी पहले एकीकृत परिपथों के आधार थे, इसके अतिरिक्त आईसी विकास के चार दशकों के पश्चात स्केलिंग से जड़े कई विवादों और अंतर्निहित भौतिक प्रभाव आईसी डिजाइन के अभिन्न अंग हैं। इस प्रकार आईसी की इन प्रारंभिक पीढ़ियों के साथ इस प्रकार की प्रक्रियाओं में होने वाली परिवर्तनशीलता और पैरामीट्रिक उपज का कारण था, इस प्रकार ऐसे विषय जो भविष्य की आईसी प्रौद्योगिकी में भी नियंत्रण कारक के रूप में पुनः प्रस्तुत होगा।
इस प्रकार की प्रक्रियाओं को नियंत्रण करने के लिए जो स्थितियाँ आंतरिक उपकरणों और सभी संबद्ध परजीवी दोनों के लिए दुर्जेय चुनौतियों को प्रस्तुत करने और इस प्रकार की प्रक्रिया और उपकरणों से जुड़े सिमुलेशन के लिए उन्नत भौतिक मॉडल की श्रृंखला के विकास को अनिवार्य किया हैं। इस प्रकार 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 इसकी प्रारंभिक पीढ़ियों में टीसीएडी ने बाइपोलर विधि की भौतिकी के उन्मुख इस प्रकार की चुनौतियों को दूर करने में अपनी रूचि दिखायी हैं, इस प्रकार एमओएस प्रौद्योगिकी के उत्तम मापनीयता और बिजली की खपत ने IC उद्योग में क्रांति ला दी हैं। इस प्रकार 1980 के दशक के मध्य तक एकीकृत इलेक्ट्रॉनिक्स के लिए सीएमओएस प्रमुख चालक बन गया हैं। इसके अतिरिक्त इस प्रकार के प्रारंभिक टीसीएडी घटनाक्रम[5][6] के लिए आवश्यक टूलसेट के रूप में उनके विकास और व्यापक प्रस्तुति के लिए इस प्रकार का मंच तैयार किया गया हैं जिसने वीएलएसआई और यूएलएसआई युगों के माध्यम से प्रौद्योगिकी विकास का लाभ उठाया है, जो अब मुख्यधारा के लिए आवश्यक हैं।
एक चौथाई सदी से भी अधिक समय से IC के विकास पर एमओएस विधि का वर्चस्व रहा है। इस प्रकार 1970 और 1980 के दशक में एमओएसएफईटी एनएमओएस तर्क को गति और क्षेत्र के लाभ के कारण, प्रौद्योगिकी सीमाओं और इसके विरुद्ध परजीवी प्रभाव और प्रक्रिया जटिलता से संबंधित चिंताओं के कारण उपयोग किया गया था। इस प्रकार एनएमओएस-वर्चस्व वाले एलएसआई के उस युग और वीएलएसआई के उद्भव के समय एमओएस प्रौद्योगिकी के मौलिक स्केलिंग कानूनों को संहिताबद्ध किया गया और व्यापक रूप से लागू किया गया हैं।[7] यह इस अवधि के समय भी था जो कि टीसीएडी से जुड़ी मजबूत प्रक्रियाओं के लिए मॉडलिंग को मुख्य रूप से एक-आयामी माॅडलिंग को साकार करने की स्थिति में परिपक्वता तक पहुंच गया हैं, जो तब अभिन्न प्रौद्योगिकी डिजाइन उपकरण बन गया हैं, जिसका उपयोग पूरे उद्योग में सार्वभौमिक रूप से किया जाता था।[8] उसी समय डिवाइस सिमुलेशन, मुख्य रूप से एमओएस उपकरणों की प्रकृति के कारण द्वि-आयामी, उपकरणों के डिजाइन और स्केलिंग में प्रौद्योगिकीविदों के लिए अश्व शक्ति बन गया हैं।[9] एमओएसएफईटी एनएमओएस लॉजिक से सीएमओएस विधि में संक्रमण के परिणामस्वरूप प्रक्रिया और डिवाइस सिमुलेशन के लिए बल पूर्वक युग्मित और पूर्ण रूप से 2D सिमुलेटर की आवश्यकता हुई हैं। इस प्रकार 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 इस विवाद में सम्मिलित हैं।[10][11] इस प्रकार 1980 के दशक के मध्य तक इस अवधि का संक्षिप्त अपितु भावी दृष्टिकोण नीचे दिया गया है,[12] और इस दृष्टिकोण से कि डिजाइन प्रक्रिया में टीसीएडी टूल्स का उपयोग कैसे किया गया हैं।[13]
आधुनिक टीसीएडी
वर्तमान समय में टीसीएडी की आवश्यकताएं और उपयोग डिजाइन ऑटोमेशन से जुड़े विवाद को बहुत व्यापक परिदृश्य द्वारा अलग करते हैं, जिसमें कई मूलभूत भौतिक सीमाएं सम्मिलित हैं। इस प्रकार मौलिक रूप से अभी भी प्रक्रिया और उपकरण मॉडलिंग चुनौतियों का समूह माना जाता है, जो आंतरिक उपकरण स्केलिंग और परजीवी निष्कर्षण का समर्थन करता है। इस प्रकार इन अनुप्रयोगों में प्रौद्योगिकी और डिजाइन नियम विकास, कॉम्पैक्ट मॉडल का निष्कर्षण और अधिक सामान्यतः विनिर्माण क्षमता (डीएफएम) के लिए डिजाइन सम्मिलित हैं।[14]
गीगा-स्केल इंटीग्रेशन को ओ बिलियन में ट्रांजिस्टर की संख्या और ओ (10 गीगाहर्ट्ज़) में क्लॉकिंग आवृत्ति के लिए सहसंयोजन के प्रभुत्व ने उपकरण और कार्यप्रणाली के विकास को अनिवार्य कर दिया है, जो विद्युत चुंबक से जुड़े सिमुलेशन द्वारा प्रारूपित करने लगता हैं, इस प्रकार ऑप्टिकल पैटर्न और दोनों के लिए इलेक्ट्रॉनिक और ऑप्टिकल सहसंयोजन द्वारा मॉडलिंग के साथ परिपथ स्तरीय मॉडलिंग करने में सहायक होता हैं। इस प्रकार के उपकरण और सहसंयोजन स्तरों पर इस प्रकार के विवादी की यह विस्तृत श्रृंखला, अंतर्निहित प्रारूपण 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 परिपथ स्तरों के पदानुक्रम को दर्शाता है। इस प्रकार के मॉडलिंग स्तर पर संकेत देने वाले बॉक्स के प्रत्येक फलक पर आइकन प्रदर्शित होते हैं जो टीसीएडी के लिए प्रतिनिधि अनुप्रयोगों को योजनाबद्ध करते हैं। इस प्रकार बाईं ओर मैन्युफैक्चरिंग (आईसी) (डीएफएम) विवादों के लिए डिजाइन पर बल दिया गया है, जैसे: शैलो-ट्रेंच आइसोलेशन (एसटीआई), फेज-शिफ्ट मास्किंग (पीएसएम) के लिए आवश्यक अतिरिक्त विशेषताएं और मल्टी-लेवल सहसंयोजन्स के लिए चुनौतियां जिनमें प्रसंस्करण विवाद भी सम्मिलित हैं, उन्हें रासायनिक-यांत्रिक समतलीकरण (सीएमपी), और इस प्रकार विद्युत चुम्बकीय क्षेत्र सॉल्वर का उपयोग करके विद्युत-चुंबकीय प्रभावों पर विचार करने की आवश्यकता प्रदान की जाती हैं। इस प्रकार दाईं ओर के आइकन अपेक्षित टीसीएडी परिणामों और अनुप्रयोगों के अधिक पारंपरिक पदानुक्रम दिखाते हैं: इसके आधार पर आंतरिक उपकरणों की पूरी प्रक्रिया सिमुलेशन, ड्राइव वर्तमान स्केलिंग की भविष्यवाणी और उपकरणों और पैरासिटिक्स के पूर्ण सेट के लिए प्रौद्योगिकी फ़ाइलों का निष्कर्षण किया जाता हैं।
चित्र 2 में पुनः टीसीएडी क्षमताओं को देखता है, अपितु इस प्रकार इस बार डिजाइन प्रवाह की जानकारी के संदर्भ में और यह इलेक्ट्रॉनिक डिजाइन ऑटोमेशन (ईडीए) को 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 इसके 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। इस प्रकार के व्यवहारिक प्रारूप के लिए किए जाने वाले निष्कर्षण और विद्युत नियम जाँच (ईआरसी) भी दिखायी गयी है, जो यह इंगित करता है कि कई विवरण जो वर्तमान समय में विश्लेषणात्मक सूत्रीकरण में एम्बेड किए गए हैं, इस प्रकार वास्तविकता में प्रौद्योगिकी स्केलिंग की बढ़ती जटिलता का समर्थन करने के लिए गहरे टीसीएडी स्तर से भी जुड़े हो सकते हैं।
वर्कफ़्लो
टीसीएडी सामान्यतः एकीकृत परिपथ डिजाइन प्रक्रिया के साथ एकीकृत होते हैं और इसमें निम्नलिखित उपकरण सम्मिलित होते हैं:
- एनालॉग परिपथ सिम्युलेटर के लिए स्पाइस जो हार्डवेयर से जुड़ी विवरण भाषा के साथ भ्रमित नहीं होना चाहिए।
- डोपिंग (अर्धचालक) प्रोफाइल से मॉडलिंग उपकरणों के विवरण के लिए अर्धचालक डिवाइस मॉडलिंग का उपयोग करते हैं।
- इन प्रोफाइलों के निर्माण के लिए अर्धचालक प्रक्रिया के लिए सिमुलेशन करते हैं।
- बैकपीएसी विश्लेषण उपकरण के लिए जो सिस्टम के प्रदर्शन का अनुमान लगाने के लिए इन सभी को ध्यान में रखने का प्रयास करता है।
प्रदाता
टीसीएडी टूल्स के वर्तमान प्रमुख आपूर्तिकर्ताओं में Synopsys, सिल्वाको, क्रॉसलाइट सॉफ्टवेयर, कोजेन्डा सॉफ्टवेयर, ग्लोबल टीसीएडी सॉल्यूशंस सम्मिलित हैं।[15] और तिबरलैब।[16] ओपन सोर्स जीएसएस,[17] आर्किमिडीज,[18] एनीस,[19] Nanoटीसीएडी वीडियो, DEVSIM,[20] और GENIUS के पास व्यावसायिक उत्पादों की कुछ क्षमताएँ हैं।
संदर्भ
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- ↑ GSS:General-purpose Semiconductor Simulator
- ↑ Archimedes
- ↑ Aeneas
- ↑ DEVSIM TCAD Software
बाहरी संबंध
- टीसीएडी Central: A directory of commercial and open-source टीसीएडी software
