第二_三_章_集成电路中的元器件课件.ppt

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1、模拟集成电子学模拟集成电子学第二章集成电路中的元器件模拟集成电子学目录第二节集成电路中的二极管、双极型晶体管、MOSFET第一节集成电路中的电容、电阻和电感模拟集成电子学第一节集成电路中的电容、电阻和电感一.电容（Capacitor）参数：a.电容密度b.温度系数c.电压系数d.绝对精度e.相对精度模拟集成电子学第一节集成电路中的电容、电阻和电感几种常见电容：1.PN结电容——正偏(扩散电容,势垒电容)，反偏势垒电容。2.MOS电容——通常几fF/um23.PIP电容——PolyInsulatorPoly。4.MIM电容——MetalInsulatorMeta

2、l。5.寄生电容（MIM电容优于PIP电容）MOS工艺中的PN结电容不同类型的MOS电容从65纳米到45纳米必须找到新的high-K材料○在45纳米以前,使用的二氧化硅做为制造晶体管栅介质的材料,通过压缩其厚度以维持栅级的电容进而持续改善晶体管效能。○在65纳米制程工艺下，Intel公司已经将晶体管二氧化硅栅介质的厚度压缩至与五层原子的厚度相当。65纳米已经达到了这种传统材料的极限。寄生电容寄生电容是在集成电路内部，由于ILD(InterLayerDielectrics，层间电介质)的存在，导线之间就不可避免地存在电容，称之为寄生电容（分布电容）。随着工艺制

3、程的提高，单位面积里的导线越来越多，连线间的间距变小，连线间的耦合电容变得显著，寄生电容产生的串绕和延时增加等一系列问题更加突出。寄生电容不仅影响芯片的速度，也对工作可靠性构成严重威胁。模拟集成电子学第一节集成电路中的电容、电阻和电感二.电阻（Resistor）参数：a.方块电阻R口b.温度系数d.绝对精度e.相对精度R口：方块电阻，取决于工艺参数。c.电压系数模拟集成电子学阱电阻：方块电阻R口：可控参数模拟集成电子学（一）几种常见电阻1.阱电阻2.Poly电阻4.寄生电阻5.开关电容模拟电阻6.MOS有源电阻3.N+、P+扩散电阻不同材料的方块电阻(针对0

4、.25umCMOS工艺)材料方块电阻(Ω/□)n+、p+扩散层50~150n+、p+扩散层（有硅化物）3~5N阱1000~1500多晶硅（Poly电阻）150~200多晶硅（有硅化物）4~5金属0.05~0.1寄生电阻由于集成电路的尺寸愈来愈小、电路愈来愈密，同时工作频率愈来愈快，芯片内电路的寄生电阻效应和寄生电容效应也就愈来愈严重，进而使频率无法再提升，这种情况称之为阻容延迟（又叫阻容迟滞，RC延时,RCDelay），RC延时不仅阻碍频率成长，同时也会增加电路的无用功的功耗。寄生电阻的问题来自于线路本身的电阻性，如果可以用电阻值更低的材质，寄生电阻的问题就可

5、以缓解。目前集成电路业界已经采用铜互联技术来代替铝互连技术，由于铜比铝有更好的导电率，电阻较低，单纯采用铜来代替铝作为互联材料可以降低RC大约40%。模拟集成电子学第一节集成电路中的电容、电阻和电感5.开关电容模拟电阻一个周期内传递的电荷：所以：等效电阻：时间常数：模拟集成电子学第一节集成电路中的电容、电阻和电感例：特点：1.电阻可以做的很大。2.RC时间常数很精确。f=100KHz，C=1pf，Req=?Req=6.MOS有源电阻用MOS管做电阻模拟集成电子学三.电感（Inductance）第一节集成电路中的电容、电阻和电感(一)无源电感(RFCMOS)特点

6、：（1）电感量小，nH量级。（2）Q值有限，通常10左右。(二)有源等效电感模拟集成电子学第一节集成电路中的电容、电阻和电感运放实现的有源等效电感=>(1)模拟集成电子学第一节集成电路中的电容、电阻和电感运放为理想，增益A无穷大，输入电流为0=>=>可得因为所以因为可得等效电感模拟集成电子学(2)运放实现的有源等效电感第一节集成电路中的电容、电阻和电感=>模拟集成电子学运放为理想，增益A无穷大，输入电流为0｛｝(1)(2)由（2）代入（1）可得所以电感的Q值：第一节集成电路中的电容、电阻和电感模拟集成电子学第二节集成电路中的二极管、双极型晶体管、MOSFET模

7、拟集成电子学第二节集成电路中的二极管、双极型晶体管、MOSFET一.双极型晶体管NPNPNPP衬底N外延双极工艺在n阱CMOS工艺中的pnp模拟集成电子学第二节集成电路中的二极管、双极型晶体管、MOSFET二.MOSFETMOSFETN沟P沟N型增强N型耗尽P型增强P型耗尽模拟集成电子学第二节集成电路中的二极管、双极型晶体管、MOSFETN沟P沟N型增强N型耗尽P型增强P型耗尽表示方法以上是三端器件；集成电路中用通常是四端器件！NMOS结构的立体结构PMOS管结构目前，SMIC（中芯国际）的40nm工艺，包括三种阈电压的MOS管（即1.1V、1.8V和2.5V

8、），1P10M，采用Low-k(2.7