ART Andreas Ardian Febrianto Interkoneksi IC Digital Full text
JNTERKONEKSJJC DIGITAL BERBAHAN GALLIUM ARSENIDE (GaAs)
Andreas Ardian Febrianto
INTERKONEKSI IC DIGITAL BERBAHAN GALLIUM ARSENIDE
(GaAs)
Andreas Ardian Febrianto
Program Studi Teknik Elektro
Fakultas Teknik Elektronika dan Komputer- UKSW
Jalan Diponegoro 52-60, Salatiga 50711
Intisari
Tata letak keping JC Digital berbahan GaAs memerlukan interkoneksi untuk keperluan
konsumsi daya dan transmisi sinyal. Interkoneksi bahan GaAs perlu perhatian khusus
karena transisi dengan kecepatan tinggi akan menghasilkan derau pada interkoneksi. Derau
dari transisi dengan kecepatan tinggi ini disebabkan adanya gelombang ｰ｡ｮｴｵｬｾ＠
cakap silang
diantara jalur interkoneksi, efek induktansi, pelaifan dan distorsi yang disebabkan rugi- rugi
resistansi.
Kata Kunci : Interkoneksi, IC Digital, GaAs
1. Kontak- Kontak dan Interkoneksi pada Proses Pembuatan IC Digital
GaAs
Kontak- kontak pada JC Digital GaAs adalah kontak ohmik dan kontak schottky. Kontak
ohmik
pada
germanium
/C Digital GaAs secara tipikal dibuat dari kombinasi logam emas--·
nikel yang dicampur pada wafer dengan temperatur kurang-lebih 450°C.
Kontak schottky secara tipikal dibuat dari kombinasi titan - platina
kombinasi titan
emas atau dari
wolfram - emas. Lapisan titan pada sistem ini menyediakan kontak
schottky dengan halangan tinggi yang baik. Kelemahan bahan titan ini adalah dapat
menimbulkan resistansi parasitik yang tinggi pada gerbang jika digunakan terpisah.
Resistansi parasitik ini dapat dikurangi oleh lapisan atas kontak yang berupa emas. Emas
mempunyai sifat amphoteric dopant yaitu sifat yang dapat mengubah kontak schottky
menjadi kontak ohmik jika terjadi kontak antara emas dengan bahan GaAs. Hal ini diatasi
63
Techne .!urnaJ llrniilh
ｬ｣ｫｵｯｴｾＺｮｩ｡＠
\:vi.
l
1'-iv.
April 20 i
1
l:lai
O..l-
74
dengan penyisipan lapisan tengah berupa platina atau wolfram yang mencegah perubahan
kontak tersebut dengan menjadi penghalang yang mcncegah difusi emas ke permukaan
bahan GaAs.
Interkoneksi peranti - peranti pada IC Digital GaAs umumnya membutuhkan
paling sedikit dua lapisan logarn yang memungkinkan teriadinva
- over.
Lap1san iogam ke dua atau bagtan atas
ｵｭｮｹ＼Ｚｾ＠
Teballapisan logam ke dua ini secara tipikal adalah 0, 7
cross
over
mcnggunakan titan
I ,0
ｾＭｴｭ＠
1-ros,·
emas.
dan lebih tebal daripada
lapisan logam pertama atau bagian bawah, karena lapisan logam ke dua ini digunakan
sebagai jalur sinyal. Sedangkan tebal lapisan Iogam pertama secara tipikal adalah 0,3
0,5
ｾＭｴｭ＠
dan digunakan sebagai jalur daya.
Isolas1
secara
elektrik
antara
dua
jalur interkoneksi
dilakukan
dengan
penggunaan sebuah lapisan dielektrik penghalang atau intervening dielectric layer. Lubang
- lubang Via dietsa melalui dielektrik ini pada lokasi
interkoneksi
antara
dua
lapisan
logam
dibutuhkan,
lokasi
seperti
yang benar saat
ditunjukkan
dalam
Gambar 1.
M2
fJriesi1t
_
____,___M1
ｾ＠
ＭＧＫｌＺｾ＠
lla
i
i
Gambar l . Skema Diagram Koneksi Cross
Metalisasi [ 1].
64
Over dan Via antara Dua Aras
JNTERKONEKSJJC DIGITAL BERBAHAN GALLIUM ARSENIDE (GaAs)
Andreas Ardian Febrianto
Analisis Interkoneksi /C Digital GaAs
2.
Interkoneksi kabel pada keping /C Digital GaAs secara umum berupa metal strip
yang diendapkan pada bahan GaAs ( E r
Si02 (
E r =
2,9) atau pada lapisan dielcktrik seperti
3,9 ), silikon nitride atau oxynitride ( 4
uan pacta lltclektnk uan
s
E r
s
8 ), polymide ( E
r
=
3 - 3.5)
alas oanan '-.Jat\s oerupa leKanan uuara l.J 1. j com menli
ｰｾＺｲｭｵｫ｡ｮ＠
strip lebih tipis dibandingkan landasan semi-insulating. Landasan semi-insulating
mempunyai resistivitas tinggi sehingga memudahkan isolasi diantara beberapa
peranti
yang tersusun dalam landa.;;;an tunggal.
Interkoneksi pada bahan GaAs terdiri dari dua atau lebih lapisan berupa
logam. Pada
bahan
rcsitivita-;
tinge;d
scpcrti
.>etnimetur\
.. emiumJuctul
atau
terjadi jatuh tegangan yang akan mempersulit perancangan. Jatuh tegangan ini dihasilkan
dari arus peralihan yang diperoleh dari induktansi seri pada interkoneksi untuk
pendistribusian daya.
Peralihan dengan kecepatan tinggi pada interkoneksi diantara untai elemen
aktif akan menyebabkan derau pada
interkoneksi distribusi daya dan interkoneksi
transmisi sinyal. Derau akibat transisi cepat ini disebabkan adanya gelombang
pantul,
cakap
silang
diantara
jalur
interkoneksi,
efek
induktansi
akibat
arus transient, pelaifan dan distorsi akibat rugi- rugi resistansi.
2.1.
Catu Daya dan Perancangan Pembumian
Tujuan distribusi daya adalah untuk menyediakan catu daya dan potensial
bumi konstan dan sama untuk setiap untai pada sebuah keping /C.
ｔｾｩｵ｡ｮ＠
distribusi
daya dan transmisi sinyal akan lebih sulit dicapai dengan adanya beberapa masalah berikut
1111.
1.
Efek resistansi
resitivitas yang terbatas diatasi dengan penerapan v
Elektromigrasi
proses migrasi logam yang menghasilkan arus lebih pada
H.
penghantar diatasi dengan mematuhi batas kerapatan arus.
"'
j.
Efek induktansi
perubahan nilai induktansi menyebabkan perubahan tegangan
diatasi dengan penerapan V= L dl I dt.
65
TechneJurnai llmiah Llektrotekr11ka Voi. 10 No.1 Apnl201 i HalbJ-74
2.1.1.
Efek Resistansi
Faktor ini dijelaskan dengan Persamaan (1 ). Resistivitas logam tergantung pada
temperatur dan sejumlah keeil elektron dalarn logam dengan pola getaran molekul
geometri. Resitivitas logam dan jatuh tegangan akan naik sebanding dengan kenaikan
penurunan ternperatur ruangnya dan akihat kenaikan tegangan, arus dapat mcningkat
sehingga tidak terjadi jatuh tegangan pada konduktor yang berupa logarn.
R=
Lp -
Ps
wt
L
(1)
w
[Q/em2 ];
dengan R adalah resistansi konduktor
w adalah lebar resistansi konduktor
[em];
L adalah panjang resistansi kondukor
[em];
t
adalah ketebalan resistansi kondukor [em];
p
adalah resistivitas
[Q emj; dan
[ Q/ em].
Ps adalah sheet resistans
Resistansi pada interkoneksi distribusi daya dari satu jalur ke jalur lainnya
perlu diperhitungkan menggunakan Persamaan (1) untuk menghitung jatuh tegangan pada
sebuah konduktor. Arus untuk jalur daya pada jalur interkoneksi pendek sehingga dianalisis
menggunakan distribusi seragam. Distribusi seragam arus fungsi posisi x sepanjang jalur
dijelaskan pada persamaan berikut.
l(x)
Jatuh tegangan pada ujungjalur
ｾ＠ y
J
i
66
ＨｾｖＩ＠
X
:oc
Jr (1- - )
(2).
L
adalah sebagai berikut.
=
!._)dx = lrLP
lrP 'r( 1 _
A ｾ＠ｽ
L
2A
(3).
INTERKONEKSI IC DIGITAL BERBAHAN GALLIUM ARSENIDE Ｈｇ｡ａｾＩ＠
Andreas Ardian Febrianto
2.1.2. Elektromigrasi
Elektromigrasi adalah satu proses migrasi logam yang saat terjadi akan
rnenghasilkan arus lebih pada penghantar dalam untai hubung buka. Proses ini menggangu
kinerja keping JC tempat untai pokok terdapat. Aturan perancangan secara elektrik
yang diperbolehkan pada sistern yang dirancang. Batas kerapatan
) untuk
sistem -- sistern
logam
yang
arus maksimum (J
dikehendaki adalah J
Pengetahuan tentang nilai ketebalan logam diperlukan
max =
max
2 x 10 5 Alcm2 •
sebab perhitungan kerapatan arus
memerlukan luas penampang lintang yang diketahui. Nilai ketebalan logam untuk proses
ｾﾷ･ｬ｣ｴｩｶＭ
implant depletirm-mnde adalah sebagai berikut
Pada schottky metal 0,3
pada second-metal 0,6
ｾｭ［＠
dan
ｾｭＮ＠
Nilai arus pada lapisan- lapisan dengan lebar tertentu (dengan J
max
=
2 x 105 A/cm 2 )
adalah:
arus pada schottky metal
arus pada second-metal
ｾ＠
300 flA untuk Iebar sebesar 1 ｊｾ［＠
ｾ＠
dan
600 flA untuk Iebar sebesar 1 A.
Aturan perancangan akan dinyatakan dalam A yang dibuat tetap yaitu 0,5 fliD.
Aturan secara elektrik yang lain berhubungan dengan ukuran maksimum sembarang
transistor MESFET tunggal.
2.1.3.
Efek induktansi
Faktor
adalah
ke
induktansi
perubahan
tegangan
tiga
diri
jika
yang
menyebabkan
pada
jalur
arus
pada
kesulitan
transmisi.
jalur
dalam
lnduktansi
berubah
dengan
distribusi
L
rata-
daya
menyebabkan
rata
dlldt,
menurut persamaan berikut :
V =L dl
dt
(4).
67
\' .;L i
\lu. ; April 20 i i Hal 63
Induktansi pada jalur dihitung dengan
Eeff
=
c,
2.2.
=
c
dan
Co =
ｾ＠
Z
c 0
dengan
dengan C2 adalah total kapasitansi konduktor dalam lapisan dielektrik dan C 1
>
E •Jf
Lo
zofo:;
74
•: • Ｇｃｯｾ＠
I
•.._;
ｾ＠
•
ｾ＠
maka lebih efisien dan tepatjikajalur berada dalam ruang hampa
(Er =Eeff
1).
Delay Estimation
Total waktu tunda perambatan untuk lC digital GaAs frekuensi tinggi dibuat cepat
sehingga diperoleh kecepatan yang tinggi. Efek yang perlu dipertimbangkan adalah
kapasitansi jalur interkoneksi, perambatan gelombang elektromagnetik, dan distribusi
waktu tunda kapasitif.
2.2.1. Crossover Capacitance
Total kapasitansi beban interkoneksi meliputi kapasitansi jalur interkoneksi
dan kapasitansi yang muncul akibat crossing over. Crossing over terjadi jika jalur
pada satu lapis berada di bawahjalur pada lapisan lain.
ex
8,854xl0-
18
E,
ｻｾ＠
+ 1,393(Z + W)
(5)
2
dengan Cx adalah total kapasitansi crossover;
Ei
adalah konstanta dielektrik relatif isolator;
h adalah jarak metal 2 dengan permukaan GaAs pada Gam bar 2 [1-1m ] ;
J
68
Z adalah Iebar metal 1 pada Gambar 2
[)Jm );dan
W adalah Iebar metal 2 pada Gambar 2
[ )Jm).
/NTERKONEK/;'1 IC /JIG/TAL BERBAHAN GALLIUM ARSENIDE (GaAs)
Andreas Ardian Febrianto
Persamaan yang digunakan untuk menganalisis kapasitansi crossover
diperoleh dari
Persamaan (5). Suku pertama Persamaan (5) adalah kapasitansi paralel lapisan logam,
sedangkan suku ke dua Persamaan (5) adalah kapasitansi tambahan yang tidak diinginkan,
microstrip.
didekati dengan model
_____2_
w
M
e ta I 2
Gambar 2. Gambar penampang lintang lapisan logam pertama dan lapisan ke dua logam
crossover [3].
Tambahan berupa kapasitansi beban yang tidak diinginkan dihasilkan dari
bidang pengikat dan bidang probe. Bidang pengikat biasanya I 00 x I 00 J.lm 2 berupa
keping JC. Bidang probe
bidang logam pada landasan semi insulating pada tepi
berguna karena dipakai untuk pengujian probe. Bidang berukuran 20 x 20 ｾＭｴｭ
menjadi probe
jika berada di sekitar untai. Pendekatan microstrip
Ｒ＠
dapat
digunakan untuk
menghitung kapasitansi dari bidang dijelaskan dengan persamaan berikut.
Cp
dengan 2n£o
=
2 1t€o
z£_e
1iW)
-----
[ ln(8h IW)
+ ｗ･ｾｴｲＨｺＩｬＭ
ln(8h/ z) J
(£,Wz)
(6)
Eo - -
.
h
17
5559 X 10" ｆＯｾＭｴｭ［＠
Cp adalah kapasitansi diri (model microstrip)
W adalah Iebar dari bidang
[m];
z adalah panjang dari bidang
[m];
dan h adalah teballandasan
[m].
Pada
kondisi
kapasitansi
jalur
microstrip
konduktor pertama dengan Iebar W dan panjang z,
berupa
dua
konduktor
yaitu
paralel dengan konduktor kedua
69
tcchneJurnallilmah hlektrotekr11ka Vol. iU No.1 Apni2Uil Hal 63- 74
dengan Iebar z dan panjang W.
Konstanta dielektrik effektif konduktor pertama dan
konduktor kedua dengan h/W ;::: 1 dan hlz ;::: 1dijelaskan dengan persamaan berikut.
Eetr(W)
dan
E efT
(Z) =
&, + 1
--+
2
+J
Dr
!1 + 12(; !T
··1
2 2
+--
I
(7)
(8)
[1+12mJ'
Jalur transmisi sebaiknya cukup pendek dan Iebar agar propagasi gelombang pada
jalur interkoneksi tidak mengalami rugi- rugi. Konduktor sebaiknya dibuat tipis untuk
interkoneksi sinyal kecepatan tinggi.
J
I
70
INTERKONEKSJ JC DIGITAL BERBAHAN GALLIUM ARSENIDE (GaAs)
Andreas Ardian Febrianto
2.2.2. Waktu Tunda Interkoneksi
Beberapa model interkoneksi yang cocok dipakai.
1
ｯｾＭＲ＠
l
•
Gambar 3. Model C.f3]
•
Gambar 6. Model TRL. f3l
R
R
1
r···-
Oe
T
1 0.
o•
ｬ｣ｾﾷ＠
4
eo
Gambar 4. Model L.[3]
-R3
z.--T
z.4
Gambar 7. Model TRL4.[3]
R
3
-
ｲﾷｾ＠
ｲﾷｾ＠
-R
lc
I6 I3 T3 I6
c
c
eo 2
..0
Gambar 5. Model P3. [3]
Model sederhana celah kapasitor (bersumber dari model C) dan impedansi
karakteristik digunakan untuk menganalisis struktur jalur transmisi. Kapasitansi beban
meliputi jumlah kapasitansi jalur, kapasitansl cross-over dan kapasitansi yang menyebar.
Model C secara akurat dibatasi dua kondisi sebagai berikut.
R
__Q_
z.,
>> 1
dan T
Andreas Ardian Febrianto
INTERKONEKSI IC DIGITAL BERBAHAN GALLIUM ARSENIDE
(GaAs)
Andreas Ardian Febrianto
Program Studi Teknik Elektro
Fakultas Teknik Elektronika dan Komputer- UKSW
Jalan Diponegoro 52-60, Salatiga 50711
Intisari
Tata letak keping JC Digital berbahan GaAs memerlukan interkoneksi untuk keperluan
konsumsi daya dan transmisi sinyal. Interkoneksi bahan GaAs perlu perhatian khusus
karena transisi dengan kecepatan tinggi akan menghasilkan derau pada interkoneksi. Derau
dari transisi dengan kecepatan tinggi ini disebabkan adanya gelombang ｰ｡ｮｴｵｬｾ＠
cakap silang
diantara jalur interkoneksi, efek induktansi, pelaifan dan distorsi yang disebabkan rugi- rugi
resistansi.
Kata Kunci : Interkoneksi, IC Digital, GaAs
1. Kontak- Kontak dan Interkoneksi pada Proses Pembuatan IC Digital
GaAs
Kontak- kontak pada JC Digital GaAs adalah kontak ohmik dan kontak schottky. Kontak
ohmik
pada
germanium
/C Digital GaAs secara tipikal dibuat dari kombinasi logam emas--·
nikel yang dicampur pada wafer dengan temperatur kurang-lebih 450°C.
Kontak schottky secara tipikal dibuat dari kombinasi titan - platina
kombinasi titan
emas atau dari
wolfram - emas. Lapisan titan pada sistem ini menyediakan kontak
schottky dengan halangan tinggi yang baik. Kelemahan bahan titan ini adalah dapat
menimbulkan resistansi parasitik yang tinggi pada gerbang jika digunakan terpisah.
Resistansi parasitik ini dapat dikurangi oleh lapisan atas kontak yang berupa emas. Emas
mempunyai sifat amphoteric dopant yaitu sifat yang dapat mengubah kontak schottky
menjadi kontak ohmik jika terjadi kontak antara emas dengan bahan GaAs. Hal ini diatasi
63
Techne .!urnaJ llrniilh
ｬ｣ｫｵｯｴｾＺｮｩ｡＠
\:vi.
l
1'-iv.
April 20 i
1
l:lai
O..l-
74
dengan penyisipan lapisan tengah berupa platina atau wolfram yang mencegah perubahan
kontak tersebut dengan menjadi penghalang yang mcncegah difusi emas ke permukaan
bahan GaAs.
Interkoneksi peranti - peranti pada IC Digital GaAs umumnya membutuhkan
paling sedikit dua lapisan logarn yang memungkinkan teriadinva
- over.
Lap1san iogam ke dua atau bagtan atas
ｵｭｮｹ＼Ｚｾ＠
Teballapisan logam ke dua ini secara tipikal adalah 0, 7
cross
over
mcnggunakan titan
I ,0
ｾＭｴｭ＠
1-ros,·
emas.
dan lebih tebal daripada
lapisan logam pertama atau bagian bawah, karena lapisan logam ke dua ini digunakan
sebagai jalur sinyal. Sedangkan tebal lapisan Iogam pertama secara tipikal adalah 0,3
0,5
ｾＭｴｭ＠
dan digunakan sebagai jalur daya.
Isolas1
secara
elektrik
antara
dua
jalur interkoneksi
dilakukan
dengan
penggunaan sebuah lapisan dielektrik penghalang atau intervening dielectric layer. Lubang
- lubang Via dietsa melalui dielektrik ini pada lokasi
interkoneksi
antara
dua
lapisan
logam
dibutuhkan,
lokasi
seperti
yang benar saat
ditunjukkan
dalam
Gambar 1.
M2
fJriesi1t
_
____,___M1
ｾ＠
ＭＧＫｌＺｾ＠
lla
i
i
Gambar l . Skema Diagram Koneksi Cross
Metalisasi [ 1].
64
Over dan Via antara Dua Aras
JNTERKONEKSJJC DIGITAL BERBAHAN GALLIUM ARSENIDE (GaAs)
Andreas Ardian Febrianto
Analisis Interkoneksi /C Digital GaAs
2.
Interkoneksi kabel pada keping /C Digital GaAs secara umum berupa metal strip
yang diendapkan pada bahan GaAs ( E r
Si02 (
E r =
2,9) atau pada lapisan dielcktrik seperti
3,9 ), silikon nitride atau oxynitride ( 4
uan pacta lltclektnk uan
s
E r
s
8 ), polymide ( E
r
=
3 - 3.5)
alas oanan '-.Jat\s oerupa leKanan uuara l.J 1. j com menli
ｰｾＺｲｭｵｫ｡ｮ＠
strip lebih tipis dibandingkan landasan semi-insulating. Landasan semi-insulating
mempunyai resistivitas tinggi sehingga memudahkan isolasi diantara beberapa
peranti
yang tersusun dalam landa.;;;an tunggal.
Interkoneksi pada bahan GaAs terdiri dari dua atau lebih lapisan berupa
logam. Pada
bahan
rcsitivita-;
tinge;d
scpcrti
.>etnimetur\
.. emiumJuctul
atau
terjadi jatuh tegangan yang akan mempersulit perancangan. Jatuh tegangan ini dihasilkan
dari arus peralihan yang diperoleh dari induktansi seri pada interkoneksi untuk
pendistribusian daya.
Peralihan dengan kecepatan tinggi pada interkoneksi diantara untai elemen
aktif akan menyebabkan derau pada
interkoneksi distribusi daya dan interkoneksi
transmisi sinyal. Derau akibat transisi cepat ini disebabkan adanya gelombang
pantul,
cakap
silang
diantara
jalur
interkoneksi,
efek
induktansi
akibat
arus transient, pelaifan dan distorsi akibat rugi- rugi resistansi.
2.1.
Catu Daya dan Perancangan Pembumian
Tujuan distribusi daya adalah untuk menyediakan catu daya dan potensial
bumi konstan dan sama untuk setiap untai pada sebuah keping /C.
ｔｾｩｵ｡ｮ＠
distribusi
daya dan transmisi sinyal akan lebih sulit dicapai dengan adanya beberapa masalah berikut
1111.
1.
Efek resistansi
resitivitas yang terbatas diatasi dengan penerapan v
Elektromigrasi
proses migrasi logam yang menghasilkan arus lebih pada
H.
penghantar diatasi dengan mematuhi batas kerapatan arus.
"'
j.
Efek induktansi
perubahan nilai induktansi menyebabkan perubahan tegangan
diatasi dengan penerapan V= L dl I dt.
65
TechneJurnai llmiah Llektrotekr11ka Voi. 10 No.1 Apnl201 i HalbJ-74
2.1.1.
Efek Resistansi
Faktor ini dijelaskan dengan Persamaan (1 ). Resistivitas logam tergantung pada
temperatur dan sejumlah keeil elektron dalarn logam dengan pola getaran molekul
geometri. Resitivitas logam dan jatuh tegangan akan naik sebanding dengan kenaikan
penurunan ternperatur ruangnya dan akihat kenaikan tegangan, arus dapat mcningkat
sehingga tidak terjadi jatuh tegangan pada konduktor yang berupa logarn.
R=
Lp -
Ps
wt
L
(1)
w
[Q/em2 ];
dengan R adalah resistansi konduktor
w adalah lebar resistansi konduktor
[em];
L adalah panjang resistansi kondukor
[em];
t
adalah ketebalan resistansi kondukor [em];
p
adalah resistivitas
[Q emj; dan
[ Q/ em].
Ps adalah sheet resistans
Resistansi pada interkoneksi distribusi daya dari satu jalur ke jalur lainnya
perlu diperhitungkan menggunakan Persamaan (1) untuk menghitung jatuh tegangan pada
sebuah konduktor. Arus untuk jalur daya pada jalur interkoneksi pendek sehingga dianalisis
menggunakan distribusi seragam. Distribusi seragam arus fungsi posisi x sepanjang jalur
dijelaskan pada persamaan berikut.
l(x)
Jatuh tegangan pada ujungjalur
ｾ＠ y
J
i
66
ＨｾｖＩ＠
X
:oc
Jr (1- - )
(2).
L
adalah sebagai berikut.
=
!._)dx = lrLP
lrP 'r( 1 _
A ｾ＠ｽ
L
2A
(3).
INTERKONEKSI IC DIGITAL BERBAHAN GALLIUM ARSENIDE Ｈｇ｡ａｾＩ＠
Andreas Ardian Febrianto
2.1.2. Elektromigrasi
Elektromigrasi adalah satu proses migrasi logam yang saat terjadi akan
rnenghasilkan arus lebih pada penghantar dalam untai hubung buka. Proses ini menggangu
kinerja keping JC tempat untai pokok terdapat. Aturan perancangan secara elektrik
yang diperbolehkan pada sistern yang dirancang. Batas kerapatan
) untuk
sistem -- sistern
logam
yang
arus maksimum (J
dikehendaki adalah J
Pengetahuan tentang nilai ketebalan logam diperlukan
max =
max
2 x 10 5 Alcm2 •
sebab perhitungan kerapatan arus
memerlukan luas penampang lintang yang diketahui. Nilai ketebalan logam untuk proses
ｾﾷ･ｬ｣ｴｩｶＭ
implant depletirm-mnde adalah sebagai berikut
Pada schottky metal 0,3
pada second-metal 0,6
ｾｭ［＠
dan
ｾｭＮ＠
Nilai arus pada lapisan- lapisan dengan lebar tertentu (dengan J
max
=
2 x 105 A/cm 2 )
adalah:
arus pada schottky metal
arus pada second-metal
ｾ＠
300 flA untuk Iebar sebesar 1 ｊｾ［＠
ｾ＠
dan
600 flA untuk Iebar sebesar 1 A.
Aturan perancangan akan dinyatakan dalam A yang dibuat tetap yaitu 0,5 fliD.
Aturan secara elektrik yang lain berhubungan dengan ukuran maksimum sembarang
transistor MESFET tunggal.
2.1.3.
Efek induktansi
Faktor
adalah
ke
induktansi
perubahan
tegangan
tiga
diri
jika
yang
menyebabkan
pada
jalur
arus
pada
kesulitan
transmisi.
jalur
dalam
lnduktansi
berubah
dengan
distribusi
L
rata-
daya
menyebabkan
rata
dlldt,
menurut persamaan berikut :
V =L dl
dt
(4).
67
\' .;L i
\lu. ; April 20 i i Hal 63
Induktansi pada jalur dihitung dengan
Eeff
=
c,
2.2.
=
c
dan
Co =
ｾ＠
Z
c 0
dengan
dengan C2 adalah total kapasitansi konduktor dalam lapisan dielektrik dan C 1
>
E •Jf
Lo
zofo:;
74
•: • Ｇｃｯｾ＠
I
•.._;
ｾ＠
•
ｾ＠
maka lebih efisien dan tepatjikajalur berada dalam ruang hampa
(Er =Eeff
1).
Delay Estimation
Total waktu tunda perambatan untuk lC digital GaAs frekuensi tinggi dibuat cepat
sehingga diperoleh kecepatan yang tinggi. Efek yang perlu dipertimbangkan adalah
kapasitansi jalur interkoneksi, perambatan gelombang elektromagnetik, dan distribusi
waktu tunda kapasitif.
2.2.1. Crossover Capacitance
Total kapasitansi beban interkoneksi meliputi kapasitansi jalur interkoneksi
dan kapasitansi yang muncul akibat crossing over. Crossing over terjadi jika jalur
pada satu lapis berada di bawahjalur pada lapisan lain.
ex
8,854xl0-
18
E,
ｻｾ＠
+ 1,393(Z + W)
(5)
2
dengan Cx adalah total kapasitansi crossover;
Ei
adalah konstanta dielektrik relatif isolator;
h adalah jarak metal 2 dengan permukaan GaAs pada Gam bar 2 [1-1m ] ;
J
68
Z adalah Iebar metal 1 pada Gambar 2
[)Jm );dan
W adalah Iebar metal 2 pada Gambar 2
[ )Jm).
/NTERKONEK/;'1 IC /JIG/TAL BERBAHAN GALLIUM ARSENIDE (GaAs)
Andreas Ardian Febrianto
Persamaan yang digunakan untuk menganalisis kapasitansi crossover
diperoleh dari
Persamaan (5). Suku pertama Persamaan (5) adalah kapasitansi paralel lapisan logam,
sedangkan suku ke dua Persamaan (5) adalah kapasitansi tambahan yang tidak diinginkan,
microstrip.
didekati dengan model
_____2_
w
M
e ta I 2
Gambar 2. Gambar penampang lintang lapisan logam pertama dan lapisan ke dua logam
crossover [3].
Tambahan berupa kapasitansi beban yang tidak diinginkan dihasilkan dari
bidang pengikat dan bidang probe. Bidang pengikat biasanya I 00 x I 00 J.lm 2 berupa
keping JC. Bidang probe
bidang logam pada landasan semi insulating pada tepi
berguna karena dipakai untuk pengujian probe. Bidang berukuran 20 x 20 ｾＭｴｭ
menjadi probe
jika berada di sekitar untai. Pendekatan microstrip
Ｒ＠
dapat
digunakan untuk
menghitung kapasitansi dari bidang dijelaskan dengan persamaan berikut.
Cp
dengan 2n£o
=
2 1t€o
z£_e
1iW)
-----
[ ln(8h IW)
+ ｗ･ｾｴｲＨｺＩｬＭ
ln(8h/ z) J
(£,Wz)
(6)
Eo - -
.
h
17
5559 X 10" ｆＯｾＭｴｭ［＠
Cp adalah kapasitansi diri (model microstrip)
W adalah Iebar dari bidang
[m];
z adalah panjang dari bidang
[m];
dan h adalah teballandasan
[m].
Pada
kondisi
kapasitansi
jalur
microstrip
konduktor pertama dengan Iebar W dan panjang z,
berupa
dua
konduktor
yaitu
paralel dengan konduktor kedua
69
tcchneJurnallilmah hlektrotekr11ka Vol. iU No.1 Apni2Uil Hal 63- 74
dengan Iebar z dan panjang W.
Konstanta dielektrik effektif konduktor pertama dan
konduktor kedua dengan h/W ;::: 1 dan hlz ;::: 1dijelaskan dengan persamaan berikut.
Eetr(W)
dan
E efT
(Z) =
&, + 1
--+
2
+J
Dr
!1 + 12(; !T
··1
2 2
+--
I
(7)
(8)
[1+12mJ'
Jalur transmisi sebaiknya cukup pendek dan Iebar agar propagasi gelombang pada
jalur interkoneksi tidak mengalami rugi- rugi. Konduktor sebaiknya dibuat tipis untuk
interkoneksi sinyal kecepatan tinggi.
J
I
70
INTERKONEKSJ JC DIGITAL BERBAHAN GALLIUM ARSENIDE (GaAs)
Andreas Ardian Febrianto
2.2.2. Waktu Tunda Interkoneksi
Beberapa model interkoneksi yang cocok dipakai.
1
ｯｾＭＲ＠
l
•
Gambar 3. Model C.f3]
•
Gambar 6. Model TRL. f3l
R
R
1
r···-
Oe
T
1 0.
o•
ｬ｣ｾﾷ＠
4
eo
Gambar 4. Model L.[3]
-R3
z.--T
z.4
Gambar 7. Model TRL4.[3]
R
3
-
ｲﾷｾ＠
ｲﾷｾ＠
-R
lc
I6 I3 T3 I6
c
c
eo 2
..0
Gambar 5. Model P3. [3]
Model sederhana celah kapasitor (bersumber dari model C) dan impedansi
karakteristik digunakan untuk menganalisis struktur jalur transmisi. Kapasitansi beban
meliputi jumlah kapasitansi jalur, kapasitansl cross-over dan kapasitansi yang menyebar.
Model C secara akurat dibatasi dua kondisi sebagai berikut.
R
__Q_
z.,
>> 1
dan T