《IC單元版圖設(shè)計(jì)》PPT課件.ppt

1、1,第三章基本IC單元的版圖設(shè)計(jì),2,3.1基本IC單元版圖 電阻 電容 電感 二極管 雙極晶體管,3,電阻材料： 常用的電阻材料是多晶硅。 較厚的多晶硅薄層有較低的電阻值（有較多的空間讓電流流過，傳導(dǎo)電流的能力較強(qiáng)），較薄的多晶硅薄層有較大的電阻值。 其他因素，如材料的類型、長度、寬度等也將改變電阻值。 對于一個(gè)給定的集成電路工藝，可以認(rèn)為薄膜厚度是常數(shù)，它是我們不能改變的參數(shù)之一。對于一個(gè)給定的材料，我們能夠改變的只有長度和寬度,3.2 基本IC單元版圖設(shè)計(jì) 電阻,W,L,H(厚度,I=電流,4,5,方塊/薄層電阻： 每方歐姆是IC中電阻的基本單位。 每方歐姆數(shù)值也被稱為材料的薄層電阻。材

2、料可以是poly，也可以是金屬，或者任何其他采用的材料。 可以根據(jù)任意矩形計(jì)算方數(shù)。 “方數(shù)=L/W”方數(shù)并不一定是整數(shù)，可以含有小數(shù)，如4.28方。 例如，設(shè)材料是“80 x10”大小（任何可能單位），則80/10=8方,基本IC單元版圖設(shè)計(jì) 電阻,1 2 3 4 5 6 7 8,80,10,電流,6,方塊/薄層電阻： - 設(shè)計(jì)/工藝/規(guī)則手冊： 薄層電阻（率） - 對于薄層電阻，同一種材料層，不同制造商的數(shù)值會(huì)有所不同，其中一個(gè)可能的原因是厚度的不同。 - 用“四探針測試”法探測每方歐姆數(shù)值（R=V/I）。 - ic中典型的電阻值： poly柵： 23歐姆/方 metal層： 20100毫

3、歐姆/方（小電阻；良導(dǎo)體） diffusion： 2200歐姆/方 - 工藝中的任何材料都可以做電阻。 常用的材料有poly和diffusion。 常用電阻器阻值范圍： 1050 歐姆 1002k 歐姆 2k100k 歐姆 - 電阻值計(jì)算公式： R = （L/W）*,基本IC單元版圖設(shè)計(jì) 電阻,7,四探針測試法：對芯片上一個(gè)很大的正方形電阻器通以給定的電流并且測試兩端電壓差得方法。根據(jù)已知的電流值 ，由公式V=IR，計(jì)算得到電阻值,如何確定每方歐姆數(shù)值,8,多晶硅電阻公式：基本電阻器版圖 - 以硅片作為襯底材料，在襯底上淀積一層多晶硅，再在多晶硅層上覆蓋一層氧化層，形成隔離的絕緣層，然后在氧化

4、層上刻蝕出用于連接的接觸孔。 一般接觸孔位于多晶硅的兩頭。 體區(qū)電阻公式： rb = （Lb/Wb）* b,基本IC單元版圖設(shè)計(jì) 電阻,L,W,top view,cross sectional view,substrate,poly,oxide,metal contact,9,多晶硅電阻公式：考慮接觸電阻rc - 由于有接觸電阻的存在，所以 R = rb + 2rc （rc為兩個(gè)接觸端的接觸電阻） - 接觸區(qū)被認(rèn)為是有固定長度的。如果接觸區(qū)的寬度增大，接觸電阻將 變??；如果接觸區(qū)的寬度減小，接觸電阻將變大。 - 總接觸電阻 Rcontact = rc = Rc/Wc = *um/um （Rc是

5、由接觸所決定的電阻因子，單位“*um”；Wc為接觸區(qū)寬度） - 接觸區(qū)的寬度可能并不一定和電阻器的寬度相同，它取決于工藝的設(shè) 計(jì)規(guī)則，可能會(huì)要求接觸區(qū)寬度必須小于電阻器寬度,基本IC單元版圖設(shè)計(jì) 電阻,100,200,300,10,20,30,40,50,W/um,R,100,200,300,10,20,30,40,50,W/um,R,ideally, R/=constant,actually, R/ increases as “W” decreases,10,多晶硅電阻公式：改變體材料 - 原因：poly柵電阻大約只有23歐姆/方，有時(shí)我們要求電阻的范圍 更大一些。改變體材料能夠有效提高電阻

6、率，有助于得到較高的、更 有用的電阻率。 - 改變電阻率的方法： 可以淀積另一層具有不同電阻特性的多晶硅。 可以通過改變已淀積在芯片上的多晶硅材料層的結(jié)構(gòu)來改變電阻率。 - 具體制作方法： 在所用的多晶硅材料的中部開一個(gè)窗口，并注入另外的雜質(zhì)材料，阻 礙電子的流動(dòng)，來提高電阻率。另一種方法是將中間的多晶硅刻蝕掉 一部分使其變薄。 這些被改變的材料塊為電阻的“體”。通常會(huì)有一個(gè)設(shè)計(jì)規(guī)則用以說明 體區(qū)邊界與接觸區(qū)的最小距離，這個(gè)間隔上原始的多晶硅被稱為電阻 器的“頭”?？傠娮瑁?R = rb + 2rh + 2rc = (Lb/Wb)*b + 2 (Lh/Wh)*h +2 Rc/Wc,基本IC單元

7、版圖設(shè)計(jì) 電阻,11,多晶硅電阻公式：改變體材料,基本IC單元版圖設(shè)計(jì) 電阻,12,實(shí)際電阻分析： - 在CAD畫圖中做出來的電阻器經(jīng)常是明顯地小于或者大于你所畫的， 被稱為項(xiàng)，需要在公式里對該項(xiàng)進(jìn)行補(bǔ)償。 - 接觸區(qū)誤差： 接觸孔刻蝕的時(shí)候，得到的實(shí)際接觸孔尺寸和寬度產(chǎn)生了誤差，我們 稱之為寬度的（也稱為公差、誤差、變化量、尺寸變化、溢出或者 變化）?？烧韶?fù)，即過加工或者欠加工。寬度、長度變化分別用 W和L表示。如假設(shè)W是4um，而W是0.06um，這表明實(shí)際的寬度最大是4.06um ，最小是3.94um ，大小取決于表示的是過加工還是欠加工。 - “體區(qū)誤差” 和“頭區(qū)誤差”同樣也需考慮

8、。電阻公式改寫為： R = (Lb + Lb )/(Wb + Wb ) b + 2(Lh + Lh )/(Wh + Wh ) h + 2 Rc/(Wc+Wc,基本IC單元版圖設(shè)計(jì) 電阻,13,練習(xí)題,某電阻器的圖形尺寸為：長度=95um，寬度=12um，材料的電阻率為每方65歐姆。在制造時(shí)，測量得到的電阻器的寬度減小了0.2um，實(shí)際電阻值是多少呢,14,實(shí)際電阻分析：擴(kuò)展電阻,基本IC單元版圖設(shè)計(jì) 電阻,small spread region,big spread region,uncertain region,uncertain region,15,實(shí)際電阻分析：擴(kuò)展電阻 - 當(dāng)電子離開接

9、觸區(qū)后，電子傳播的實(shí)際路徑是逐漸展開的，直到它們 最終達(dá)到整個(gè)多晶硅寬度。所表現(xiàn)出的電阻稱之為“擴(kuò)展電阻”。 - 擴(kuò)展電阻和許多因素有關(guān)。如果采用的是寬接觸區(qū)和寬電阻條結(jié)構(gòu)， 這種影響可以忽略。但如果一個(gè)電阻的接觸區(qū)設(shè)計(jì)的較小且非?？?近，以至于電子沒有足夠的時(shí)間展開到多晶硅全部寬度方向，電流分 布的寬度小于多晶硅的設(shè)計(jì)寬度，此時(shí)需考慮因擴(kuò)展而帶來的誤差。 - 有些制造商允許金屬與接觸延伸到多晶硅之外，這消除了展開區(qū)的問 題。能否這樣設(shè)計(jì)取決于工藝技術(shù)。 - 對于接觸電阻和擴(kuò)展電阻項(xiàng)精確而詳細(xì)的計(jì)算隨制造商的不同而變， 并且這屬于商業(yè)秘密。有多種技術(shù)和公式用于ic制造去確定擴(kuò)展電阻 項(xiàng)，這些技

10、術(shù)和公式的大部分是不公開的。 - 總電阻方程： R = rb + 2rh + 2rc + 2rs （“rs”是來自于擴(kuò)展區(qū)的電阻，擴(kuò)展因子，見工藝手冊。） （也有將接觸電阻和擴(kuò)散電阻組合在一起以一個(gè)單獨(dú)項(xiàng)表示的,基本IC單元版圖設(shè)計(jì) 電阻,16,實(shí)際的最小電阻尺寸： - 制造商可以很好地控制中部區(qū)域（體區(qū)）的材料，但對外部的區(qū)域，如頭區(qū)或接觸區(qū)的控制不太理想。 - 因?yàn)槟承╉?xiàng)可能會(huì)比較大，如0.1um，因此應(yīng)保持最小體區(qū)長度為10um，這將使你的誤差下降到百分之一。如果需要一個(gè)相當(dāng)精確的電阻，則要確保體區(qū)長度為10um或更長，以使的影響最小化。 - “確保體區(qū)長度至少達(dá)到10um，寬度5um。

11、” 則電阻器的最小寬度也應(yīng)為5um。 經(jīng)驗(yàn)法則：對高精度要求，將電阻做寬，做長，或即寬又長。 （經(jīng)驗(yàn)是給出至少是10微米長，5微米寬,基本IC單元版圖設(shè)計(jì) 電阻,17,思考題,某電阻需要通過100微安電流，該電阻寬3微米，如果它的電流密度值為0.2毫安/微米，該電阻能可靠工作嗎？ 假設(shè)需要一個(gè)能承受12毫安電流的電阻。其大小為50歐姆，并且要求其對工藝變化不敏感。有三個(gè)選擇： 多晶硅：電流密度為0.27mA/um,薄層電阻率為225； N阱：電流密度為0.72mA/um,薄層電阻率為870； 擴(kuò)散電阻：電流密度為0.93mA/um,薄層電阻率為1290； 那個(gè)能滿足設(shè)計(jì)要求呢,18,2,19,

12、特殊要求的電阻: - 通常情況下，在CMOS工藝中只有一些低電阻率的材料。 - 通常，體區(qū)材料的最小寬度比接觸區(qū)材料的最小寬度小。 = “狗骨” - 采用折彎結(jié)構(gòu)的“折彎型電阻器”可以減小占用空間大小。 - 計(jì)算方塊數(shù)的經(jīng)驗(yàn)法則： 直線區(qū)按方塊數(shù)計(jì)算，而每個(gè)拐角僅按半方計(jì)算。 - 一般來說，2k歐姆的電阻比較容易設(shè)計(jì)。 - 小電阻-高精度：可以利用大塊的金屬。金屬將滿足低電阻的要求，大尺寸則將使項(xiàng)的影響最小化，有助于提高精度,基本IC單元版圖設(shè)計(jì) 電阻,高阻值電阻的狗骨結(jié)構(gòu),1 2,5 4,3,方塊數(shù)=5+2個(gè)拐角=6方,20,21,設(shè)計(jì)的重要依據(jù): 電流密度 - 對于選擇電阻的寬度，電流密度

13、是重要的。 如果需要通過電阻大量的電流，你會(huì)使用一個(gè)大的、粗的線。 - 電流密度是材料中能夠可靠流過的電流量。 工藝手冊中有關(guān)于某些特定材料電流密度的介紹，工藝中任何能夠被 用于傳導(dǎo)電流的材料都有一個(gè)對應(yīng)的電流密度，制造商的這些數(shù)據(jù)是 根據(jù)薄層厚度來確定的。 典型的電流密度大約是“每微米寬度0.5mA”。和寬度有關(guān)是因?yàn)樵O(shè)計(jì)得越寬，能夠通過的電流越多。 - 有時(shí)，在工藝手冊中會(huì)告知“熔斷電流”大小，就是在一定的時(shí)間內(nèi)毀 壞電阻所需的電流大小。 Imax = D * W Imax：最大允許可靠流過的電流mA D： 材料的電流密度 mA/um W： 材料的寬度 um,基本IC單元版圖設(shè)計(jì) 電阻,2

14、2,基本材料的復(fù)用: - pmos/nmos晶體管去掉柵，就可以得到一些我們想要的電阻，這些電阻被稱為“擴(kuò)散電阻”。對于擴(kuò)散電阻器版圖設(shè)計(jì)特別需要注意的是作為偏置連接的第 三個(gè)電極（襯底連接到最正/負(fù)的電源）。 - 擴(kuò)散電阻和多晶硅電阻比較： 擴(kuò)散電阻： 在襯底上進(jìn)行擴(kuò)散制得。邊界不清晰，在加工中擴(kuò)散區(qū)的擴(kuò)散使 它們不太容易控制。 多晶硅電阻：柵也是由多晶硅制造的，所以多晶硅是存在的材料，多晶硅層沉 積在表面，可以精確地控制厚/長/寬度。 - “雙層多晶硅工藝”：一層多晶硅作柵，一層作電阻,基本IC單元版圖設(shè)計(jì) 電阻,23,24,阱是低摻雜的，方塊電阻較大，因此大阻值的電阻亦可以用阱來做,25

15、,26,各種能用于制作電阻的材料有： 去掉柵的P型器件； 去掉柵并且橫著全部做成P+，得到P+電阻； 如果需要，可以去掉柵，再去掉P和P+，只在N阱中制作N+構(gòu)成N阱電阻。 利用已有的可用材料構(gòu)造電阻可以節(jié)省費(fèi)用，減少問題和試驗(yàn),27,電容概述： - 電容器是一種能夠儲(chǔ)存一定量電荷，即一定數(shù)目電子的器件。電容器 存儲(chǔ)電荷的能力稱為電容。 - 隨著電壓頻率的增加，通過電容器的電流AC電流會(huì)不斷增加,3.3 基本IC單元版圖設(shè)計(jì) 電容,28,電容器的DC特性 電容器的AC特性 - 可以將電容器認(rèn)為是一個(gè)對頻率敏感的電阻。如果電容足夠大，當(dāng)某個(gè)頻率的電壓通過時(shí)，電路中仿佛根本不存在這個(gè)電容器，此時(shí)它

16、更像一個(gè)阻值很小的電阻。 “電容器是對頻率敏感的電阻。” - 電容器的兩種阻斷情況：完全阻斷dc和僅允許通過某種頻率的AC信號(hào)。被稱為“隔直電容器”或“耦合電容器,29,DC電源可能被許多噪聲所干擾 ，噪聲往往是高頻的AC信號(hào)。因此，如果在電源上跨接一個(gè)電容器，高頻噪聲將會(huì)被短路到地。而DC電壓被隔離，不會(huì)與地短接。 -電容器有助于減少噪聲，旁路的電容器會(huì)將所有的高頻噪聲分流。這種電容器稱之為“去耦電容器,30,電容值： - 在集成電路中，電介質(zhì)的厚度由所采用的制備工藝所限定。因此，單位面積的電容值是一個(gè)常數(shù)C1，C1由電介質(zhì)的厚度和介電常數(shù)決定。 - 與電阻一樣，制備得到的實(shí)際電容器尺寸可能

17、會(huì)比設(shè)計(jì)值偏大或者偏小，稱之為，計(jì)算長度，寬度以及面積時(shí)應(yīng)該考慮,基本IC單元版圖設(shè)計(jì) 電容,表面/平面電容Carea ：即為平行板電容,31,邊緣電容：當(dāng)電容非常小時(shí)，電容并不能完全根據(jù)單位電容按比例變化。通過測試大量不同尺寸的電容器，研究人員發(fā)現(xiàn)對于小的電容器，電容值比預(yù)想的要大。 - 研究發(fā)現(xiàn)沿著極板的邊緣隱藏著電容，稱為邊緣電容。在遠(yuǎn)離電容器邊緣的區(qū)域，邊緣電容可以忽略。 - 邊緣電容Cperiphery ： 單位邊緣電容常數(shù)乘以電容器的總周長 - 總電容： Ctotal = Carea + Cperiphery= L*W*C1 + (2(L+ )+2(W+ )C2,32,基本IC單元

18、版圖設(shè)計(jì) 電容,練習(xí)題,33,N阱電容器： - N阱與多晶硅覆蓋部分的面積即為電容器的面積。 由于N阱存在電阻，因此N阱電容器的下極板明顯存在著串聯(lián)電阻?？赏ㄟ^在上極板的兩邊或四邊都放置接觸孔的方法來降低串聯(lián)電阻。 擴(kuò)散電容器： - 上極板使用一大塊多晶硅柵，下極板使用N阱，柵下面的二氧化硅作為電介質(zhì)，用n+作為下極板N阱的接觸區(qū)，因?yàn)樯蠘O板是一大塊柵，所以采用馬蹄形的多個(gè)金屬接觸孔。稱之為“擴(kuò)散電容器,基本IC單元版圖設(shè)計(jì) 電容,N well,N,gate,N well capacitor,gate,M1,diffusion capacitor,34,基本IC單元版圖設(shè)計(jì) 電容,寄生電容,3

19、5,金屬電容器： - 大多數(shù)用于信號(hào)傳輸?shù)碾娙萜鞫加山饘僦苽涠?。這樣就消除了寄生pn結(jié)，從而消除了寄生二極管的固有電容，同樣，對電壓的依賴性也消除了。 - 由于上下層金屬間隔較遠(yuǎn)，所以為了得到與擴(kuò)散電容器相同的電容值，需要制備的金屬極板面積將大大增加。所以相同容值的金屬-金屬電容器比擴(kuò)散電容器占用的面積多得多。然而，為了得到一個(gè)性能優(yōu)越的信號(hào)傳輸電容，必須承受這種犧牲,基本IC單元版圖設(shè)計(jì) 電容,36,基本IC單元版圖設(shè)計(jì) 電容,M1,M2,M3,M4,疊層金屬電容器,為了減少所占面積，可以采用“疊層金屬電容器”： 多層金屬平板垂直地堆疊在一起，將奇數(shù)層和偶數(shù)層的金屬分別連在一起，形成兩個(gè)梳

20、狀結(jié)構(gòu)的交叉，通過正確交叉連接金屬，可以在單位芯片面積上獲得更大電容,37,當(dāng)金屬用作芯片互聯(lián)線時(shí)，要做的是減小金屬之間的電容，而不是產(chǎn)生電容。所以，通常金屬與金屬之間的絕緣層非常厚，以減小寄生電容。但厚的絕緣層使金屬電容器變得非常龐大，所以，用這種方法制備電容并不是非常有用。 - 氮化硅具有較高的介電常數(shù)，可以作為非常薄的介質(zhì)層。 - 可以采用具有較高介電常數(shù)且易于用CVD（化學(xué)氣相沉積）方法制備的材料“氮化硅”來用作金屬-金屬之間的電介質(zhì)。不過需要額外的掩模板和工藝步驟,M1,M2,氮化物介質(zhì)電容器,介質(zhì)(氮化物,39,基本電感： - “右手定則”，又稱“Hitchhiker定律”。 -

21、如果導(dǎo)線上有電流，那么它產(chǎn)生的磁場會(huì)使附近導(dǎo)線產(chǎn)生電流，即第二根導(dǎo)線會(huì)感應(yīng)出電流，這稱為“電感”。 - 磁場不僅會(huì)與周圍的ic器件相互作用，而且對導(dǎo)線本身的電流產(chǎn)生影響，這種現(xiàn)象稱為“自感”。 - 穩(wěn)定的直流電流會(huì)產(chǎn)生靜止的磁場。靜止的磁場對其他導(dǎo)體雖然有影響，但不會(huì)在這些導(dǎo)體中產(chǎn)生電流,基本IC單元版圖設(shè)計(jì) 電感,40,基本IC單元版圖設(shè)計(jì) 電感,電容上電壓頻率增加時(shí)，其傳導(dǎo)電流的能力加強(qiáng)，電感的特性與之不同。電感上電壓頻率增加時(shí)，變化的磁場會(huì)感應(yīng)出電壓與電流，并與原來的電壓電流方向相反，這樣原來的電壓電流就會(huì)被抵消掉一部分。頻率越高，此效應(yīng)越嚴(yán)重，流過電感的電流就越小。 “電容對高頻來說是

22、通路，電感阻礙高頻信號(hào)通過。” - 電感主要用于高頻電路中，或作為匹配電路，或作為射頻扼流圈。也可用電感制作片上變壓器,41,拐角特征化,42,螺旋電感： - 螺旋電感，字面上是將導(dǎo)線繞成螺旋形狀。 - 螺旋電感不僅節(jié)省空間，還有另一好處，就是螺旋線每一圈形成的磁場會(huì)與其他圈產(chǎn)生的磁場相互作用，使總的電感比相同長度的導(dǎo)線產(chǎn)生的電感量大，稱為互感。 - 螺旋電感金屬層性質(zhì)對器件性能有嚴(yán)重影響。電感的金屬層很薄，就會(huì)有寄生電阻，金屬的電阻特性會(huì)影響電感的Q值,基本IC單元版圖設(shè)計(jì) 電感,43,基本IC單元版圖設(shè)計(jì) 電感,電感品質(zhì)因子： - 寄生電阻、電容會(huì)對電感性能有不利的影響。低頻和高頻時(shí)，串聯(lián)

23、電阻和電容分別會(huì)使電感偏離理想的頻率響應(yīng)。 Q值為40的電感性能較優(yōu) - 寄生效應(yīng)很小； Q值為5的電感性能較劣 - 寄生效應(yīng)很大。 - 提高Q值： 1）減少螺旋線的串聯(lián)電阻。厚的、電阻率低的金屬制作螺旋電感。 2）寬的金屬線也可以提高Q值，但寄生電容增加。 3）在螺旋線圈下面加入一些結(jié)構(gòu)減少電容。,44,基本IC單元版圖設(shè)計(jì) 電感,螺旋電感,M1,M2,45,疊層電感： 從一層金屬電感的中心連到另一層金屬電感上。 最好使用螺旋電感，而非疊層電感。建模困難 臨近效應(yīng)： - 要保證所有的導(dǎo)線都遠(yuǎn)離電感。因?yàn)榭拷姼械膶?dǎo)線會(huì)影響電感量。 “導(dǎo)線距離電感的最小距離是5倍的電感線寬?！?- 電感存在于

24、ic的任何地方，每根導(dǎo)線自身都存在著電感，但最重要的 是要考慮電源線。 - 高頻版圖要平滑,基本IC單元版圖設(shè)計(jì) 電感,56,二極管： - 在cmos工藝中，二極管對提供參考電壓、溫度補(bǔ)償以及溫度測量等都非常有用。如放大器和反饋回路中的二極管可以構(gòu)成對數(shù)放大器。 - 由雙極型晶體管構(gòu)造二極管時(shí)，可以將基極和集電極短路。作為一種選擇可以將bipolar的埋層、集電極及其接觸層省略掉。但是為了確保更好的匹配性，一般會(huì)將集電極保留下來，并與基極短接,基本IC單元版圖設(shè)計(jì) 二極管,57,基本IC單元版圖設(shè)計(jì) 二極管,變?nèi)荻O管具有一個(gè)可高度變化的結(jié)電容。所有的二極管都具有變?nèi)萏匦裕窃谧內(nèi)荻O管中，

25、我們采用了特殊的摻雜來進(jìn)一步增強(qiáng)這種可變電容的特性。 - 變?nèi)荻O管的應(yīng)用： 變?nèi)荻O管在構(gòu)造壓控振蕩器時(shí)非常有用。利用其電容可變的特性，可以和芯片上的電感一起共同形成串聯(lián)或并聯(lián)的諧振電路。這樣，如果用一個(gè)外部的調(diào)諧電壓來改變二極管的電容，就可以改變電路的諧振頻率,58,ESD保護(hù)： - ESD保護(hù)，即“ElectroStatic Discharge”靜電釋放保護(hù)，是利用二極管的反向擊穿特性（因?yàn)殪o電都是很高的，如上千伏特電壓）。 - diode的反向擊穿電壓大約12伏左右。所以當(dāng)使用靜電保護(hù)的diode時(shí)，下一級(jí)的最大電壓也被鉗位在12v。 - 優(yōu)秀的ESD二極管版圖都和能量流有關(guān)。 - 為

26、了盡可能多地泄放流入或流出diode的能量，將其畫成環(huán)形結(jié)構(gòu),基本IC單元版圖設(shè)計(jì) 二極管,P,N,環(huán)形結(jié)構(gòu)PN結(jié)二極管,59,ESD保護(hù)： 襯底ESD二極管：在p襯底上做n參雜形成“襯底二極管”的結(jié)構(gòu) 被普遍用于ESD保護(hù)。 當(dāng)環(huán)形二極管遭到高電壓沖擊時(shí)，能量從N接觸處注入，因?yàn)橛蠵 環(huán)包圍N輸入，這樣高壓靜電的能量就有很多方向可以傳輸。這就是 環(huán)形結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)可以有許多通路讓能量離開芯片。 在CMOS工藝中，襯底二極管是免費(fèi)制作的，不需要附加的工藝成本,基本IC單元版圖設(shè)計(jì) 二極管,60,在n阱中制作的diode被稱為“阱二極管”。 -在芯片上會(huì)會(huì)存在N阱，利用N阱，可以在中央注入P，周圍采

27、用N型包圍 -電流方向和襯底ESD二極管相反； -每個(gè)輸入和輸出引腳都需要ESD保護(hù),61,基本IC單元版圖設(shè)計(jì) 二極管,阱二極管的典型應(yīng)用是形成從輸入到正電源的保護(hù)電路。 襯底二極管的典型應(yīng)用是形成從輸入到負(fù)電源的保護(hù)電路。 某些bipolar的研究者，對于到正負(fù)電源的通路都使用阱二極管。 襯底二極管的版圖是p圍繞著n，而阱二極管的版圖是n圍繞著p,62,ESD保護(hù)： - 每個(gè)輸入和輸出的引腳都需要ESD保護(hù)。每個(gè)引腳都放置ESD二極管也有一個(gè)缺陷，ESD二極管可能毀掉一塊芯片的優(yōu)良性能。假如一個(gè)很敏感的輸入引腳和一些噪聲很大的輸出引腳，ESD二極管將通過襯底和ESD二極管的電容將輸出連接到

28、輸入。因此，在高頻電路中，任何應(yīng)用ESD二極管將是一個(gè)很大的問題。 - 隨著電路頻率的增加，從阱到襯底的電容幾乎將所有的輸入輸出相互連接起來，這樣，在一些高頻電路中，人們可能故意不放ESD二極管，但在大規(guī)模的cmos微處理器中，ESD保護(hù)是一個(gè)需要重點(diǎn)關(guān)注的問題,基本IC單元版圖設(shè)計(jì) 二極管,63,特殊版圖結(jié)構(gòu) 圓形版圖： 因高壓集中到一點(diǎn)時(shí)會(huì)像突然爆發(fā)的尖峰，若使用正方形版圖設(shè)計(jì)ESD二極管，那些電荷集中的拐角就存在電壓劇增的危險(xiǎn)?？墒褂脠A形的版圖防止高電壓和電流破壞二極管。 梳狀版圖： 在ESD二極管和變?nèi)荻O管中，還常看到使用梳狀結(jié)構(gòu)的版圖,基本IC單元版圖設(shè)計(jì) 二極管,N,P,圓形ES

29、D二極管版圖,P,P,P,P,N,N,N,梳狀ESD二極管版圖,64,工作原理： - cmos晶體管中的固有柵電容降低了器件的工作速度，然而，在bipolar中，開關(guān)區(qū)域可以做得很小，從而降低電容。 - bipolar用小尺寸解決了電容問題，具有更小的RC時(shí)間常數(shù)，因此，它們比CMOS晶體管的工作速度快很多。 - 雙極：晶體管工作時(shí)，同時(shí)利用電子和空穴兩種載流子，好像存在兩個(gè)電極，一個(gè)吸引電子，一個(gè)吸引空穴。 CMOS器件僅僅利用一種載流子工作，所以被稱為單極型器件,基本IC單元版圖設(shè)計(jì) 雙極性晶體管,65,基于簡單的CMOS工藝并不能制造出高性能的bipolar。 npn晶體管基極所加的0.8v左右電壓的作用對應(yīng)于FET中柵極的作用，作為一個(gè)開關(guān)的控制。 一個(gè)理想的bipolar的基極電流應(yīng)該為零。 - 用bipolar搭建的邏輯門，任何時(shí)候都存在一個(gè)固定的靜態(tài)電流（基極電