MOFSET kanal uzunluk ve genişlik parametrelerinin belirlenmesi için YSA tabanlı model geliştirilmesi

Abstract

MOSFET tranzistorlann akım karakteristikleri çok karmaşık nonlineer denklemler sonucunda belirlenebilmektedir. Bu denklemlerin içerisinde birçok üretim parametresi ve tranzistor düğüm gerilimleri ile beraber MOSFET yapısının kanal genişlik ve uzunluk parametreleri de (W ve L) vardır. Üretim parametreleri üretim işleminin sonucu olarak sabit, düğüm gerilimleri ise devre üzerinde görülebilen belirli değerlerdir. Tasarımcının W ve L değerlerini ise, devrenin DC ve AC karakteristik özelliklerine göre birçok kritik parametreyi belirleyecek şekilde kendisinin seçmesi gereklidir. Belirtilen çok karmaşık nonlineer denklemler içerisinde bunlara en uygun değerleri atamanın zorluğu sonucu, kanal genişlik ve uzunluk parametrelerinin seçimi büyük ölçüde tasarımcının bilgi ve tecrübesine kalmaktadır. Bu çalışmada tasarımcının belirlemesi gereken MOSFET kanal uzunluk ve genişlik parametrelerini bulacak yapay sinir ağı tabanlı bir model geliştirilmesi amaçlanmıştır. Bu model, belirlenen tranzistor düğüm gerilimlerine karşılık istenen akımı verecek kanal parametrelerini bulacak şekilde tasarlanmıştır. Modelin tasarlanması için seçilen yapay sinir ağı tipi çok katmanlı algılayıcılardır. Nonlineer denklemlerin çıkarımı konusundaki başarısından dolayı bu tercihte bulunulmuştur. Oluşturulan yapay sinir ağı modeli için tranzistor düğüm gerilimleri ve tranzistor üzerinden akan akım giriş, kanal uzunluk ve genişlik parametreleri de çıkış olarak seçilmiştir. Çalışmanın en önemli noktalarından biri oluşturulan ağı eğitmek üzere modellenecek MOSFET tranzistor için data çıkarımıdır. Eğitme işlemi için kullanılacak data, HSPICE simülasyon ortamında tranzistorun değişik gerilim ve kanal parametreleri ile çok sayıda simülasyonunun yapılması sonucunda elde edilmiştir. Yapay sinir ağının oluşturulma işlemi ve daha önce çıkarılan datalarla eğitimi MATLAB 6.0 programı ortamında gerçekleştirilmiştir. Oluşturulan ağ, test dataları ile yine HSPICE simülasyon ortamında test ve simüle edilmiştir. MOSFET modellemesinin tamamlanmasının ardından modelin analog entegre devre tasarımındaki kullanılabilirliğini görmek amacıyla, model bazı temel analog yapı blokları tasarım sürecinde test edilmiştir. Tezin birinci bölümünde çalışmanın amacı ve genel yapısı kısaca açıklanmış ayrıca geçmişteki diğer tranzistor modelleme çalışmaları da özetle incelenmiştir. İkinci ve üçüncü bölümlerde MOSFET ve yapay sinir ağlan konularında gerekli olan bilgiler verilmiştir. Dördüncü bölümde ağın eğitimi için gerekli olan dataların çıkarımı, ağın oluşturulması ve eğitimi ayrıntılı biçimde açıklanmıştır. Beşinci bölümde ise oluşturulan modelin analog tasarım sırasında kullanımına ilişkin örnekler verilmiştir.