CMOS integrated selector with optical receiver and photovoltaic supply

Abstract

Üretilen silikon pullar, ayırma testine girebilecek olanların belirlenmesi için bir parametrikteste tabi tutulurlar. `Çizik testi` olarak da bilinen bu test, silikon pul üzerinde özelbelirlenmiş yerlere yerleştirilmiş monitör yapılarının eşik gerilimi, doymada sürücü akımve/veya kanal kaçak akımı gibi MOSFET parametrelerinin ölçülmesi ile gerçekleşir. Buyapılara elektriksel erişimin öteleme, mikrometrik temas ve hizalama gibi yöntemlergerektirmesi, pahalı bir öteleyici/hizalayıcı ihtiyacının yanı sıra özelleştirilmiş bir prob kartihtiyacı doğurmaktadır. Bu sorunu aşmak için bir mekanik erişimsiz kanal kaçak monitörüTÜBİTAK projesi olarak önerildi ve kabul gördü. Bu tezde, bu kanal kaçak monitörsisteminin bir alt bloğu tasarlanmıştır. Tasarlanan fotovoltaik beslemeye sahip entegreseçici devre, silikon pul ve alıcı anten arasında iletişimin başlamasını ve test yapılacakyapılardan PMOS veya NMOS olanın seçilimini sağlar. Bu amaçla kompakt birtransempedans kuvvetlendiricisi, diyotlu tepe detektörü ve anahtar devresi tasarlanmıştır.Devre herhangi bir harici güç kaynağına ihtiyaç duymaksızın, gücünü fotovoltayikhücrelerden üretir. Ortam aydınlatmasının dışında, kırmık üzerinde belirli bir aydınlanmave frekansa sahip bir çakar ışık kaynağının açık veya kapalı duruma getirilmesiyle,sistemin sonunda bulunan anahtar ikil-1 veya ikil-0 işareti oluşturarak, kanal kaçakmonitörüne iletir. TÜBİTAK desteği ve UMC 0.18 µm tasarım teknolojisi kullanılarak 2test kırmığı üretilmiş ve ölçümleri yapılmıştır. Bu tezde, bahsedilen entegre seçici yapınıntüm tasarım aşamaları ve ölçüm sonuçlarına yer verilmiştir.

Fabricated silicon wafers are subjected to a parametric test for identifying the onesqualified for the subsequent sort test. Also known as `scribe test`, this test is performed bymeasuring a few basic MOSFET parameters such as threshold voltage, saturation drivecurrent and/or channel leakage current on monitor devices placed inside scribe lines ordedicated dies. Electrical access to these devices is established by mechanical meansinvolving stepping, micrometric alignment and contacting, which necessitate not only anexpensive stepper/aligner but also a customized probe card. To overcome this expensiveproblem, a wireless channel-leakage monitor is proposed and got funded by TUBITAK. Inthis thesis, a sub-circuit for this channel-leakage monitor is designed. The integratedselector supplied by photovoltaic cells enables the communication between the silicon andthe antenna and selects either PMOS or NMOS version of the monitor to be used. To thisend, a compact transimpedance amplifier followed by a peak detector and a switch isdesigned. The circuit has no external power supply since it harvests its energy fromphotovoltaic cells. By enabling/disabling the flickering light source with a certainilluminance and frequency besides the ambient room light, the switch creates a 1-bit signalfor the following channel-leakage monitor. With the funding from TUBITAK and usingUMC 0.18 µm design kit, 2 test chips have been taped out and measured. This thesiscovers all the design procedures, simulation and measurement results of this integratedselector.