Автоматизированное проектирование наносистем. Книга 13

 
 
 
 
 
 
 
 
КОМПЛЕКТ 

учебно-методических комплексов дисциплин 
по тематическому направлению деятельности 
национальной нанотехнологической сети 

«НАНОИНЖЕНЕРИЯ» 

Автоматизированное проектирование наносистем 

БИБЛИОТЕКА «НАНОИНЖЕНЕРИЯ» 

 
В семнадцати книгах 
 
 
 1. МЕТОДЫ МИКРОСКОПИИ 

 2. ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ 
В НАНОИНЖЕНЕРИИ 

 3. ВЫСОКОВАКУУМНЫЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ 
В НАНОИНЖЕНЕРИИ 

 4. МНОГОКОМПОНЕНТНОЕ 3D-ПРОЕКТИРОВАНИЕ 
НАНОСИСТЕМ 

 5. ПРОЕКТИРОВАНИЕ ЭЛЕКТРОННОЙ ЭЛЕМЕНТНОЙ БАЗЫ 
НАНОСИСТЕМ 

 6. ПРОЕКТИРОВАНИЕ НАНОСЕНСОРОВ 

 7. ПРОЕКТИРОВАНИЕ ОПТИЧЕСКОЙ ЭЛЕМЕНТНОЙ БАЗЫ 
НАНОСИСТЕМ 

 8. ФИЗИКО-МЕХАНИЧЕСКИЕ КОМПОНЕНТЫ НАНОСИСТЕМ 

 9. МЕТОДЫ ЛИТОГРАФИИ В НАНОИНЖЕНЕРИИ 

 10. ЭЛИОННЫЕ ПРОЦЕССЫ И НАНОТЕХНОЛОГИИ 

 11. ЭЛЕКТРОННАЯ МИКРОСКОПИЯ 

 12. ОПТИЧЕСКАЯ МИКРОСКОПИЯ 

 13. АВТОМАТИЗИРОВАННОЕ ПРОЕКТИРОВАНИЕ 
НАНОСИСТЕМ 

 14. ОСНОВЫ МОДЕЛИРОВАНИЯ МИКРО- 
И НАНОСИСТЕМ 

 15. БИОНАНОИНЖЕНЕРИЯ 

 16. ФИЗИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ НАНОИНЖЕНЕРИИ 

 17. САПР НАНОСИСТЕМ 

 
 
 
 
Издательство МГТУ им. Н. Э. Баумана 
Москва 2011 

Конспект лекций 
3 

А. И. Власов, Л. А. Зинченко, 
В. В. Макарчук, И. А. Родионов 
 
 
 
 
 
 
АВТОМАТИЗИРОВАННОЕ 
ПРОЕКТИРОВАНИЕ 
НАНОСИСТЕМ 
 
 
Учебно-методический комплекс 
по тематическому направлению деятельности 
ННС «Наноинженерия» 
 
 
Под редакцией заслуженного деятеля науки РФ, 
члена-корреспондента РАН, профессора 
В. А. Шахнова 
 
 
Допущено учебно-методическим объединением вузов 
по университетскому политехническому образованию 
в качестве учебного пособия для студентов 
высших учебных заведений, обучающихся 
по направлению 152200 «Наноинженерия» 
 
 
 

 

Автоматизированное проектирование наносистем 

УДК 621.398 
ББК 32.884 
 
В58 
 
УМК подготовлен в соответствии с заданием государственного контракта 
№ 16.647.12.2008 на выполнение работ в рамках направления 2 федеральной 
целевой программы «Развитие инфраструктуры наноиндустрии 
в Российской Федерации на 2008–2011 годы» 
 
Рецензенты: 

кафедра «Вакуумная электроника» Московского физико-технического 
института (зав. кафедрой, академик РАН  А. С. Бугаев); 
кафедра «Электроника и информатика» Российского государственного 
технологического университета им. К. Э. Циолковского 
(зав. кафедрой, профессор  С. Б. Беневоленский) 
 
 

В58 

Власов А. И.

Автоматизированное проектирование наносистем : учеб. пособие / 

А. И. Власов, Л. А. Зинченко, В. В. Макарчук, И. А. Родионов. – М. : 
Изд-во МГТУ им. Н. Э. Баумана, 2011. – 184 с. : ил. (Библиотека
«Наноинженерия» : в 17 кн. Кн. 13).

 
ISBN 978-5-7038-3504-3 (кн. 13) 
 
ISBN 978-5-7038-3509-8 
Методические материалы по дисциплине «Автоматизированное проектирование наносистем» содержат конспект лекций, нормативную базу дисциплины, рекомендации по организации и проведению лекций, практических занятий, перечень типовых слайдов, типовых плакатов и другие дидактические материалы для работы профессорско-преподавательского 
состава по данной дисциплине. 
Для студентов, аспирантов и преподавателей высших технических учебных заведений по направлению подготовки «Нанотехнология» с профилем 
подготовки «Наноинженерия». Будут полезны всем, занимающимся вопросами нанотехнологий, наноинженерии, проектированием МЭМС и НЭМС, 
созданием электронных систем различного назначения. 
 
 
УДК 621.398 
ББК 32.884 
 
 
 Власов А. И., Зинченко Л. А., 
 Макарчук В. В., Родионов И. А., 2011 
 Министерство образования 
 
и науки РФ, 2011 
ISBN 978-5-7038-3504-3 (кн. 13) 
 Оформление. Издательство МГТУ 
ISBN 978-5-7038-3509-8 
 
им. Н. Э. Баумана, 2011 

Конспект лекций 
5 

ПРЕДИСЛОВИЕ 

Успех в продвижении России по нанотехнологическому пути 
развития во многом будет зависеть от эффективности системы 
подготовки кадров, для создания и развития которой необходимо 
современное и качественное учебно-методическое обеспечение. 
Основная особенность нанотехнологии – ее междисциплинарный характер, который требует особых методических приемов 
и подбора соответствующего научного и учебного материала. 
В настоящее время имеется существенная нехватка учебнометодического обеспечения такого характера. Поэтому адаптация 
учебно-методического обеспечения для подготовки кадров по программам высшего профессионального образования для тематических направлений ННС и его апробация на базе ведущих университетов Российской Федерации направлены на реализацию инновационной модели образования, подразумевающую тесную связь 
учебного и научно-исследовательского процесса на базе проектных методов обучения, современных экспериментальных методик 
и перспективных технологических процессов создания наноматериалов, наноструктур, приборов, устройств и систем на их основе. 
Современные образовательные программы должны обеспечивать 
приобретение студентами профессиональных навыков и компетенций, необходимых для эффективной и самостоятельной работы 
в наноиндустрии. 
В связи с этим актуальной задачей является разработка и издание УМК, которые обеспечат учебно-методическую поддержку 
подготовки бакалавров и магистров по основным образовательным 
программам высшего профессионального образования по тематическому направлению деятельности ННС «Наноинженерия» образовательными учреждениями высшего профессионального образования на территории Российской Федерации. 
Целью создания данного комплекта УМК является повышение 
эффективности междисциплинарной подготовки бакалавров и магистров путем распространения передового опыта в разработке 

Автоматизированное проектирование наносистем 

УМО среди вузов, осуществляющих подготовку по тематическим 
направлениям ННС, и внедрения компонентов вариативного 
маршрутного 
обучения 
на 
базе 
адаптированного 
учебнометодического комплекса дисциплин по тематическому направлению деятельности ННС «Наноинженерия». 
УМК разработаны коллективом авторов в рамках реализации 
федеральной целевой программы «Развитие инфраструктуры 
наноиндустрии в Российской Федерации на 2008–2011 годы». 
На базе представленных УМК создана вариативная система 
маршрутного междисциплинарного обучения студентов по тематическому направлению деятельности ННС «Наноинженерия», 
обеспечивающая подготовку квалифицированных специалистов 
с соответствующими профилями. Разработаны электронные версии учебно-методических комплексов дисциплин на основе Webверсии, соответствующей стандарту SCORM 2004, 3rd edition 
(http://nanolab.iu4.bmstu.ru). 
Глубокую благодарность авторы выражают рецензентам: А. С. Бугаеву – академику РАН, заведующему кафедрой Московского физико-технического института, и С. Б. Беневоленскому – профессору, 
заведующему кафедрой Российского государственного технологического университета им. К. Э. Циолковского, чьи замечания способствовали улучшению содержания УМК. 
Разработанные УМК обеспечат учебно-методическую поддержку подготовки бакалавров и магистров по основным образовательным программам высшего профессионального образования 
по направлению подготовки «Нанотехнология» с профилем подготовки «Наноинженерия» образовательными учреждениями высшего профессионального образования на территории Российской Федерации. 
Авторы будут признательны читателям за все замечания по содержанию УМК, которые следует направлять по адресу: 105005, 
Москва, 2-я Бауманская ул., МГТУ им. Н. Э. Баумана. 
 
В. А. Шахнов 

Конспект лекций 
7 

СПИСОК СОКРАЩЕНИЙ 

БИС 
– большая интегральная схема 
ВТ 
– вычислительная техника 
ДЗ 
– домашнее задание 
ЗУ 
– запоминающее устройство 
ИМС 
– интегральная микросхема 
КД 
– конструкторская документация 
ЛЭ 
– логический элемент 
МЭМС – микроэлектромеханическая система 
ННС 
– национальная нанотехнологическая сеть 
ПЗУ 
– постоянное запоминающее устройство 
ПЛМ 
– программируемая логическая матрица 
ПО 
– программное обеспечение. 
РК 
– рубежный контроль 
САПР 
– система автоматизированного проектирования 
СБИС 
– сверхбольшая интегральная схема 
ТСО 
– технические средства обучения. 
ТП 
– технологический процесс 
ЭА 
– электронная аппаратура 
ЭВМ 
– электронно-вычислительная машина 
ЭВС 
– электронно-вычислительное средство 
ЭС 
– электронное средство 
ASIC 
– Application-Specific Integrated Circuit – интегральная микросхема, специализированная для конкретного применения 
ATPG 
– Automatic Test Pattern Generator – автоматический генератор тестовых испытаний 
BIST 
– Built–In Self–Test – встроенное самотестирование 
BDE 
– Block Diagram Editor – редактор блок-диаграмм 
CAD 
– Computer-Aided Design – система автоматизированного проектирования 
DFM 
– Design for Manufacturing – проектирование с учетом 
технологических ограничений 

Автоматизированное проектирование наносистем 

DFT 
– Discrete Fourier Transformation – дискретное преобразование Фурье 
DFY 
– Design for Yield – проектирование для повышения выхода годных 
DRC 
– Design Rule Control – проверка правил проектирования 
CPLD 
– Complex Programmable Logic Device – сложное программируемое логическое устройство 
EDA 
– Electronic Design Automation – автоматизация проектирования в электронике 
FPGA 
– Field-Programmable Gate Array – программируемая 
вентильная матрица 
HDL 
– Hardware Description Language – язык описания аппаратных средств 
IDDQ 
– Idd Quest – метод проверки КМОП СБИС на наличие 
производственных ошибок и ошибок проектирования 
LVS 
– Layout Versus Schematic – список цепей, отражающий 
принципиальную схему (для верификации) 
PCB 
– PCBoard – плата контроля функциональных параметров СБИС, подключаемая к компьютеру 
PLD 
– Programmable Logic Devices – программируемые логические приборы 
RTL 
– Register Translated Level – уровень регистровых передач 
RCX 
– RC-eXtraction – экстракция паразитных параметров) 
VLSI 
– Very Large-Scale Integration – интеграция сверхвысокого уровня 
 

Конспект лекций 
9 

ВВЕДЕНИЕ 

Дисциплина «Автоматизированное проектирование наносистем» 
охватывает основные вопросы автоматизации проектирования современных наноразмерных интегрированных систем. 
Методы проектирования наносистем существенно отличаются 
от ранее применявшихся методов проектирования электронных 
систем. Количество компонентов в современных системах превышает сотни миллионов, а типовые размеры приближаются к десяткам нанометров. В связи с этим проектирование наносистем невозможно без использования мощных вычислительных комплексов и сложнейших систем автоматизации проектирования (САПР). 
Усложнение разрабатываемых устройств приводит к тому, что 
подготовка бакалавров и магистров по наноинженерии должна 
включать такую важную составляющую формирования базового 
набора компетенций специалиста, предусмотренных программами 
подготовки и переподготовки специалистов для нужд наноинженерии, как широкая теоретическая база и наличие практических 
навыков использования современных САПР наносистем. 
Методологически дисциплина строится на основе наилучшего 
соотношения теоретических и прикладных вопросов с обязательным участием студентов в самостоятельном исследовании оригинальных частных задач проектирования наносистем. 
Важной проблемой в наноинженерии является выбор моделей, 
адекватно отражающих поведение наноразмерных элементов на 
различных уровнях проектирования наносистем. При выборе проектного решения необходимо также учитывать влияние технологического процесса и различных дестабилизирующих факторов. 
В связи с этим для реализации сложных маршрутов проектирования наносистем применяются интегрированные САПР, позволяющие выполнить моделирование и оценку различных проектных 
решений на различных уровнях проектирования. 
Учитывая специфику курса «Автоматизированное проектирование наносистем», в состав курса включены практические заня

Автоматизированное проектирование наносистем 

тия, направленные на приобретение студентами практических 
навыков решения типовых задач проектирования наносистем, выбор адекватных физическим процессам моделей, методов, алгоритмов, прикладных пакетов и технических средств, обладающих 
максимальной эффективностью. Темы практических занятий и их 
содержание связаны с формированием и развитием у будущих 
специалистов практических навыков решения задач с использованием САПР наносистем. 
Дисциплина «Автоматизированное проектирование наносистем» 
разработана на уровне мировых стандартов с учетом аналогичных 
курсов, читаемых в университетах США и Европы. При разработке 
курсов использованы материалы, предоставленные НИИСИ РАН, 
ИРЭ РАН, РНЦ «Курчатовский институт», ФТИАН РАН и другими предприятиями ННС.