集成電路中元器

1、第三章 集成電路中元器件,主要內(nèi)容, 集成電容 集成電阻 連線,一、集成電容,概 念,集成電容是二端元件，在集成電路中用于相位補(bǔ)償、電源濾波、信號濾波、開關(guān)電容網(wǎng)絡(luò)等，是最基本的無源元件之一； 集成電路中，除了專門制作的電容外，還存在許多極間電容和寄生電容。這些電容將使功耗增大，信號延遲，貸款變窄，運(yùn)算誤差增大，甚至產(chǎn)生自激； 設(shè)計(jì)時(shí)必須充分考慮電容的因素。,1. 多晶硅擴(kuò)散區(qū)電容,該電容制作在擴(kuò)散區(qū)，其上極板是第一層多晶硅，下極板是擴(kuò)散區(qū)，中間層的介質(zhì)是氧化層。 CAB=COX*W*L=CoxAG 式中，Cox是單位氧化層電容，AG是電容面積。,舉例：若要獲得34.6pF的電容，需要多大面積

2、電容。假設(shè)tox=100nm。 Cox=(8.854x10-12x3.9 F/m)/100 x10-3um =(8.854x3.9*10-6 pF/um)/100 x10-3um =3.46 *10-4pF/um2 AG= 34.6/3.46*10-4=105um2 需要硅片面積為105um2，面積很大，在集成電路中要盡量避免制作大電容。 這類電容具有較好的線性特性。,2. 多晶硅多晶硅電容,該電容制作在場區(qū)上，其兩個(gè)電極分別是兩層多晶硅，中間的介質(zhì)為氧化層。此類電容的線性特性較好，該電容的典型值為0.7fF/um2。,3. MOS電容柵極與溝道之間的電容Cch,這種電容結(jié)構(gòu)與MOS管一樣，當(dāng)

3、柵極加上電壓形成溝道時(shí)電容就存在了，其一個(gè)極板是柵極，另一個(gè)極板為溝道，溝道這一極由源極與漏極短接而引出。 這種電容具有單位面積的最大電容，實(shí)際上還存在溝道電阻問題。為減小溝道電阻，當(dāng)L較大時(shí)，可將柵極做成梳狀形式。 MOS電容是非線性電容，主要用于電源濾波電路。,4. “夾心”電容,總電容值C=C1+C2+C3+C4 該電容是一種線性電容，其底板寄生電容約為： Cp（50%60%）C,5. MOS管的極間電容和寄生電容,MOS管的極間電容存在于4個(gè)端子中的任意兩端之間，這些電容的存在影響了器件和電路的高頻交流特性。包括： 1. 柵極和溝道之間的氧化層電容C=CoxA 2. 襯底和溝道之間的耗

4、盡層電容Cgb 3. 多晶硅與源、漏之間交疊而形成的電容Cgd、Cgs 4. 源、漏與襯底之間的結(jié)電容Csb、Cdb,二、集成電阻,概 念,電阻是二端元件，是最基本的無源元件之一； 在數(shù)字集成電路中可作為輸入、輸出靜電保護(hù)電路，在模擬集成電路中則用處更多。,1. 方塊電阻的概念,一塊薄層矩形均勻?qū)щ姴牧系碾娮铻椋?當(dāng)材料和薄層厚度一定，則方塊電阻就確定了，設(shè)計(jì)者只需要根據(jù)方塊電阻值，通過改變長度與寬度之比，控制電阻值的大小。,常用材料的方塊阻值,2. 多晶硅電阻,多晶硅電阻做在電場上，其方塊電阻較大。如果在做電阻的多晶硅處不摻入雜質(zhì)，使其方塊阻值更大，則可制作阻值很大的電阻。,3. N-P阱電

5、阻,阱是低摻雜，方塊阻值較大，因此大阻值的電阻可用阱來做。 阱的方塊阻值典型值是：,4. MOS管電阻,工作在可變電阻區(qū)的MOS管可作為電阻，該電阻與Vgs的關(guān)系如下式：,5. 導(dǎo)線電阻,多晶硅導(dǎo)線和擴(kuò)散區(qū)導(dǎo)線，都可作為導(dǎo)線電阻。,6. 拐彎電阻計(jì)算,三、連線,概 念,元件與元件之間必須通過“連線”才構(gòu)成電路。理想的連線在實(shí)現(xiàn)連線的功能時(shí)，不應(yīng)帶來額外的寄生效應(yīng)； 在集成電路中，用于連線的有：金屬、擴(kuò)散區(qū)、多晶硅等。,上圖為連線的寄生模型，圖中R為串聯(lián)寄生電阻，C為并聯(lián)寄生電容。連線越長，寄生參數(shù)也越大 對于不同材料的連線，其串聯(lián)寄生電阻大小也有所不同。對應(yīng)不同材料連線的方塊電阻分別為：,連線上的寄生參數(shù)將對電路性能產(chǎn)生影響，如： 電源線上的寄生電阻會帶來電源電壓的衰減； 信號線上的寄生電阻和寄生電容將帶來信號延遲； 導(dǎo)線互相平行或不同層導(dǎo)線交叉時(shí)，將帶來相互串?dāng)_。,課后作業(yè),1. 已知某材料的方塊電阻為50/口，電阻尺寸如下圖所示，求該電阻的阻值。,2. 已知多晶硅的方塊阻值為30 /口，金屬的方塊阻值為80 /口，兩種材料電阻的尺寸分別如右圖所示，試求這兩種材料的平均電阻率之比。,3. 已知材料的方塊阻值為30 /口，其寬度W=1um，若要得到R=1k ，試問材料的長度L=？,