Temperature characteristics of a simple current mirror on silicon high-voltage nLDMOS with a large drift area

Cover Page

Cite item

Full Text

Open Access Open Access
Restricted Access Access granted
Restricted Access Subscription Access

Abstract

The results of a study of the temperature characteristics of a simple current mirror on high-voltage SOI nLDMOS transistors with a large drift area with topological norms of 0.5 microns in an extended range of external temperatures are discussed. The characteristics of a simple current mirror at temperatures of –60, 25, 125 °C have been experimentally studied. A mathematical model of a high-voltage nLDMOS transistor with a large DRIFT region has been developed for static operation in the field of high drain voltages and a wide range of ambient temperatures. Based on the results of experimental and numerical studies, a temperature range has been established in which the transfer characteristic of the current mirror retains linearity. It is 300 °C from –110 to 190 °C in the control voltage range from 25 to 55 V. In the same temperature range, the transmission coefficient (specularity) depends linearly on the input current level. Based on the data obtained, the conditions for determining the SOA of a simple current mirror on SOI LDMOS transistors are formulated.

About the authors

A. S. Novoselov

Scientific Research Institute for System Analysis of the National Research Centre “Kurchatov Institute”

Email: volkov@niisi.ras.ru
Moscow, Russia

M. R. Gusev

Scientific Research Institute for System Analysis of the National Research Centre “Kurchatov Institute”

Email: volkov@niisi.ras.ru
Moscow, Russia

N. V. Masal’skii

Scientific Research Institute for System Analysis of the National Research Centre “Kurchatov Institute”

Author for correspondence.
Email: volkov@niisi.ras.ru
Moscow, Russia

References

  1. Razavi B. Design of Analog CMOS Integrated Circuits. McGraw-Hill International Edition, 782, 2001, ISBN: 978-0-07-252493-2.
  2. Gray P.R., Hurst P.J., Lewis S.H., Meyer R.G. Analysis and Design of Analog Integrated Circuits. J. Wiley & Sons, 4th edition, 889, 2001, ISBN: 978-0471321682
  3. Pozar D.M. Microwave Engineering, 3rd ed. New York: Wiley, 728, 2005, ISBN: 9788126510498
  4. Gregorian R. Introduction to CMOS Op-Amps and Comparators. J. Wiley & Sons, 360, 1999, ISBN: 9780471317784
  5. Lan M.F., Tammineedi A., Geiger R. Current mirror layout strategies for enhancing matching performance // Analog Integrated Circuits and Signal Processing. 2001. V. 28. P. 9–26. https://doi.org/10.1023/A:1011237602078
  6. Bushnell M.L, Agrawal V.D. Essentials of electronic testing for digital, memory and mixed-signal VLSI circuits. Springer, 690. 2000. ISBN: 9780792379911
  7. Souliotis G., Haritantis I. Current-mode filters based on current mirror arrays // Int. J. Circuit Theory Appl. 2008. V. 36. P. 173–183. https://doi.org/10.1002/cta.419
  8. Tehranipoor M.M., Guin U., Forte D. Counterfeit Integrated Circuits: Detection and Avoidance. Springer, 289, 2015. ISBN: 978-3319118239
  9. Senani R., Bhaskar D., Singh A.K., Singh V.K. Current Feedback Operational Amplifiers and Their Applications. New York, NY, USA: Springer, 249, 2013. ISBN: 978-1461451877
  10. Theeuwen S.J.C.H., Qureshi J.H. LDMOS technology for RF power amplifiers // IEEE Trans. on Microwave Theory and Techniques (special issue on Power Amplifiers) // 2012. V. 60. Issue 6. Part 2. P. 1755–1763. https://doi.org/10.1109/TMTT.2012.2193141
  11. International Technology Roadmap for Semiconductors (ITRS) Interconnect, 2020 Edition. [Online] Available: https://irds.ieee.org/editions/2020 (data access 22.06.2024)
  12. Rumyantsev S.V., Novoselov A.S., Masalsky N.V. Study of the effect of self-heating in high-voltage SOI transistor with a large drift region // Russian Microelectronics. 2022. V. 51. № 5. P. 325–333. https://doi.org/ 10.1134/S1063739722050080
  13. Aggarwal B., Gupta M., Gupta A.K. A comparative study of various current mirror configurations: Topologies and characteristics // Microelectron. J. 2016. V. 53. P. 134–155. https://doi.org/10.1016/j.mejo.2016.04.015
  14. Guin U, Forte D, Tehranipoor M. Design of accurate low-cost on-chip structures for protecting integrated circuits against recycling // IEEE Trans Very Large Scale Integr (VLSI) Syst. 2016. V. 24. P. 1233–1246. https://doi.org/10.1109/TVLSI.2015.2466551
  15. Baker R.J. CMOS: Circuit Design, Layout, and Simulation. IEEE Press Series on Microelectronic Systems, 1208, 2010. ISBN: 9780470881323
  16. Nanoelectronics: Devices, Circuits and Systems. Editor by Brajesh Kumar Kaushik. Elsevier, 476, 2018. ISBN: 9780128133545
  17. Mukherjee C., Ardouin B., Dupuy J-Y.,Nodjiadjim V., Riet M., Zimmer T. Reliability-aware circuit design methodology for beyond-5G communication systems // IEEE Trans. Dev. Mat. Reliab.2017. V. 17. No. 3. P. 490–506. https://doi.org/10.1109/TDMR.2017.2710303
  18. Jindal C., Pandey R. A high output resistance, wide bandwidth, and low input resistance current mirror using flipped voltage follower cell // Int. J. Circuit Theory Appl. 2021. V. 49. P. 3286–3301. https://doi.org/10.1002/cta.3085
  19. Aggarwal B. Novel current mirrors based on folded flipped voltage follower configuration // Wireless Personal Communications. 2022. V. 123. P. 645–653. https://doi.org/10.1007/s11277-021-09150-3
  20. Huang J., Wang C., Zhou T., Lu W., Zhao Y., Liu Y., Li Y. A shifting current mirror driver circuit for electrical impedance tomography applications // IEEE Trans. Circuits Syst. II Express Briefs. 2023. V. 70. P. 3832–3836. https://doi.org/10.1109/TCSII.2023.3288909
  21. Kumngern M., Khateb F., Kulej T. A Novel multiple-input single-output current-mode shadow filter and shadow oscillator using current-controlled current conveyors // Circuits Syst. Signal Process. 2024. V. 43. P. 5438–5462. https://doi.org/10.1007/s00034-024-02729-8
  22. de Jong M.J., Salm C., Schmitz J. Effect of ambient on the recovery of hot-carrier degraded devices // In Proceedings of the 2020 IEEE International Reliability Physics Symposium (IRPS), Dallas, TX, USA, 28 April–3 May 2020. P. 1–6. https://doi.org/10.1109/IRPS45951.2020.9129540
  23. Novoselov A.S., Masalsky N.V. Influence of hot carrier degradation on the characteristics of a high-voltage SOI transistor with a large drift region // Russian Microelectronics. 2023. V. 52. № 5. P. 411–418. https://doi.org/10.1134/s1063739723700580
  24. Novoselov A.S., Gusev M.R., Masal’skii N.V. Temperature dependencies of the breakdown voltage of a high-voltage SOI LDMOS transistor // Russian Microelectronics. 2024. V. 53. № 5. P. 456–463, https://doi.org/10.1134/s1063739724600547
  25. Fayyaz A., Castellazzi A. High temperature pulsed-gate robustness testing of SiC power MOSFETs // Microelectronics Reliability. 2015. V. 55. Issues 9-10. P. 1724–1728. https://doi.org/10.1016/j.microrel.2015.06.141
  26. Shrivastava A., Pandey R., Jindal C. Low-voltage flipped voltage follower cell based current mirrors for high frequency applications // Wireless Personal Communication. 2020. V. 111. P. 143–161. https://doi.org/10.1007/s11277-019-06849-2

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download

Copyright (c) 2025 Russian Academy of Sciences

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».