Kiselkarbid, SiC, kräver speciella designverktyg. Inom projektet för Working on Venus, sponsrat av Knut och Alice Wallenbergs stiftelse, har Muhammad Shakir som doktorand arbetat med att ta fram ett ”design-kit” för att enklare kunna utveckla ASIC i SiC.

Muhammad Shakir har disputerat på sin avhandling ”Process design kit and high-temperature digital ASIC in Silicon Carbide”. Avhandlingen visar ett utvecklingspaket (process design kit, PDK) för SiC-baserade, storskaligt integrerade (LSI) kretsar. Huvudmålet har varit att utforska och demonstrera genomförbarheten av högtemperaturs monolitiskt integrerade SiC-kretsar som är komplexa, t ex den 4 bit CPU som han konstruerat för en föreslagen instruktionsuppsättning.

Detta designkit består av diskreta komponenter, grindar och ett bibliotek av moduler samt ett verifieringsprogram. Konstruktionerna analyseras över det breda temperaturområdet 25°C till 500°C vid en matningsspänning mellan 10 och 20 V.

Här ser vi konstruktionsflödet för ASIC i SIC. Gulmarkerade områden ligger utanför själva doktorandarbetet. 

Nämnda CPU består av 10 000 komponenter på 150 mm² area. Den togs fram på basis av det bibliotek av standardceller som ingår i utvecklingspaketet och integrerade delar har implementerats på transistornivå. Manuell ”place-and-route” användes.

CPUn tillverkades i KTH Myfabs (Electrum) egna lågvolts bipolära SiC-process och mättes på hög temperatur.

Bilden visar masken för 4 bit CPU i TTL

Därtill konstruerades en tidintervallkrets, enligt den välkända 555-timern, som består av både analoga och digitala kretsar. En 256 bildpunkters bildsensor har också konstruerats.

Flash-A/D
Inom projektet har även funktioner som flash-minnen och A/D-omvandlare med successiv approximation (SAR) implementerats med utvecklingspaketet.

Det var en tidigare doktorand, Raheleh Hedayaki som konstruerade en flash-A/D med hjälp av Muhammad Shakirs designkit: Han satte samman de digitala delarna medan Raheleh Hedayaki utformade komparatorerna mm.

Flash A/D-omvandlare i SiC.

Gunnar Lillieköld
Elektronik i Norden

Filed under: SvenskTeknik, Teknikartiklar