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 проек-
тирование наносистем» содержат конспект лекций, нормативную базу дис-
циплины, рекомендации по организации и проведению лекций, практиче-
ских занятий, перечень типовых слайдов, типовых плакатов и другие ди-
дактические материалы для работы профессорско-преподавательского 
состава по данной дисциплине. 
Для студентов, аспирантов и преподавателей высших технических учеб-
ных заведений по направлению подготовки «Нанотехнология» с профилем 
подготовки «Наноинженерия». Будут полезны всем, занимающимся вопро-
сами 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 учебно-
методического 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 наномате-
риалов, 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 
учебно-
методического комплекса дисциплин по тематическому направле-
нию 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 тема-
тическому направлению деятельности ННС «Наноинженерия», 
обеспечивающая подготовку квалифицированных специалистов 
с соответствующими профилями. Разработаны электронные вер-
сии учебно-методических комплексов дисциплин на основе Web-
версии, соответствующей стандарту SCORM 2004, 3rd edition 
(http://nanolab.iu4.bmstu.ru). 
Глубокую благодарность авторы выражают рецензентам: А. С. Бу-
гаеву – академику РАН, заведующему кафедрой Московского физи-
ко-технического института, и С. Б. Беневоленскому – профессору, 
заведующему кафедрой Российского государственного технологи-
ческого университета им. К. Э. Циолковского, чьи замечания спо-
собствовали улучшению содержания УМК. 
Разработанные УМК обеспечат учебно-методическую под-
держку подготовки бакалавров и магистров по основным образо-
вательным программам высшего профессионального образования 
по направлению подготовки «Нанотехнология» с профилем подго-
товки «Наноинженерия» образовательными учреждениями высше-
го профессионального образования на территории Российской Фе-
дерации. 
Авторы будут признательны читателям за все замечания по со-
держанию 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 мик-
росхема, специализированная для конкретного приме-
нения 
ATPG 
– Automatic Test Pattern Generator – автоматический гене-
ратор тестовых испытаний 
BIST 
– Built–In Self–Test – встроенное самотестирование 
BDE 
– Block Diagram Editor – редактор блок-диаграмм 
CAD 
– Computer-Aided Design – система автоматизированно-
го проектирования 
DFM 
– Design for Manufacturing – проектирование с учетом 
технологических ограничений 

Автоматизированное проектирование наносистем 

DFT 
– Discrete Fourier Transformation – дискретное преобра-
зование Фурье 
DFY 
– Design for Yield – проектирование для повышения вы-
хода годных 
DRC 
– Design Rule Control – проверка правил проектирования 
CPLD 
– Complex Programmable Logic Device – сложное про-
граммируемое логическое устройство 
EDA 
– Electronic Design Automation – автоматизация проекти-
рования в электронике 
FPGA 
– Field-Programmable Gate Array – программируемая 
вентильная матрица 
HDL 
– Hardware Description Language – язык описания аппа-
ратных 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 парамет-
ров СБИС, подключаемая к компьютеру 
PLD 
– Programmable Logic Devices – программируемые логи-
ческие приборы 
RTL 
– Register Translated Level – уровень регистровых передач 
RCX 
– RC-eXtraction – экстракция паразитных параметров) 
VLSI 
– Very Large-Scale Integration – интеграция сверхвысоко-
го уровня 
 

Конспект лекций 
9 

ВВЕДЕНИЕ 

Дисциплина «Автоматизированное проектирование наносистем» 
охватывает основные вопросы автоматизации проектирования со-
временных наноразмерных интегрированных систем. 
Методы проектирования наносистем существенно отличаются 
от ранее применявшихся методов проектирования электронных 
систем. Количество компонентов в современных системах превы-
шает сотни миллионов, а типовые размеры приближаются к десят-
кам нанометров. В связи с этим проектирование наносистем не-
возможно без использования мощных вычислительных комплек-
сов 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 наноинже-
нерии, 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 проектиро-
вание наносистем», в состав курса включены практические заня-

Автоматизированное проектирование наносистем 

тия, направленные на приобретение студентами практических 
навыков решения типовых задач проектирования наносистем, вы-
бор адекватных физическим процессам моделей, методов, алго-
ритмов, 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 использова-
нием 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 други-
ми предприятиями ННС.