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1、CMOS工艺中的元件邹志革HuazhongUniversityofScienceandTechnology,Wuhan,ChinaEST-ICC感谢李福乐博士为本课件提供的资料！CMOS集成电路中的元件•MOS晶体管–版图和结构–电特性–隔离–串联和并联•连线•集成电阻•集成电容•寄生二极管和三级管邹志革EST-ICC2CMOS集成电路中元件•MOS晶体管•连线–连线寄生模型–寄生影响•集成电阻•集成电容•寄生二极管和三级管邹志革EST-ICC3CMOS集成电路中元件•MOS晶体管•连线•集成电阻–多
2、晶硅电阻–阱电阻–MOS电阻–导线电阻•集成电容•寄生二极管和三级管邹志革EST-ICC4CMOS集成电路中元件•MOS晶体管•连线•集成电阻•集成电容–多晶硅-扩散区电容–双层多晶硅电容–MOS电容–多层“夹心”电容•寄生二极管和三级管邹志革EST-ICC5CMOS集成电路中的元件•MOS晶体管•连线•集成电阻•集成电容•寄生二极管和三级管–衬底PNPBJT–PSD/NWELLDiode–NSD/P-epiDiode邹志革EST-ICC6MOS晶体管•MOS晶体管–最基本的有源元件–在CMOS工艺中
3、，有PMOS和NMOS两种–可用作跨导元件，开关，有源电阻，MOS电容邹志革EST-ICC7MOS晶体管•NMOS晶体管的DGSB版图和结构WDLGBNMOS晶体管版图GSDSBFOXFOXNMOS晶体管符号NN＋＋NN＋＋P＋N管源漏区邹志革EST-ICC8NMOS晶体管剖面图MOS晶体管•PMOS晶体管的BSGD版图和结构WDLGBPMOS晶体管版图SBSGDPMOS晶体管符号FOXFOXNN＋＋P＋P＋NNN---阱阱阱P管源漏区PP--substratesubstrate邹志革EST-ICC9
4、PMOS晶体管剖面图MOS晶体管–在物理版图中,只要一条多晶硅跨过一个有源区就形成了一个MOS晶体管,将其S,G,D,B四端用连线引出即可与电路中其它元件连接.•MOS晶体管的电特性–MOS晶体管是用栅电压控制源漏电流的器件,重要的公式是萨方程(I-V方程):IDS=k′•W/L•[(VG-VT-VS)2-(VG-VT-VD)2]邹志革EST-ICC10MOS晶体管•MOS晶体管的电特性–VG,VS,VD分别是栅,源,漏端的电压,VT是开启电压.–k′是本征导电因子,k′=µ•Cox/2,µ是表面迁移
5、率,属于硅材料参数,Cox是单位面积栅电容,属于工艺参数–W,L分别是MOSFET的沟道宽度和长度,属于物理参数–管子的最小沟道长度Lmin标志着工艺的水平——特征尺寸,如0.35um,0.18um.W表示管子的大小,W越大则管子越大,导电能力越强,等效电阻越小.邹志革EST-ICC11MOS晶体管•MOS晶体管的电特性1.晶体管的三种工作状态截止区：IDS=0条件：VG-VT-VS£0饱和区：I=k′•W/L•[(V-V-V)2-(V-V-V)2]DSGTSGTD条件：V-V-V>0,V-V-V£0
6、GTSGTD线性区：I=k′•W/L•[(V-V-V)2-(V-V-V)2]DSGTSGTD条件：V-V-V>0,V-V-V>0GTSGTD2.晶体管的开启电压公式VT=VT0+g[2FF+VBS-2FF]邹志革EST-ICC12MOS晶体管的隔离VddoutGnd在集成电路中,两个无关的晶in体管都是用场GG氧隔离的BSDDSBFOXFOX剖NN＋＋P＋P＋NN＋＋NNNN＋＋P＋NNN---阱MOS1MOS2面图PP--substratesubstrate将MOS1和MOS2隔离开邹志革EST-I
7、CC13MOS晶体管的并联晶体管的D端相连,S端相连.如果两个晶体管中有一个晶体管导通,从D到S就有电流流过,若两个晶体管都导通,则I=I1+I2.每只晶体管相当于一个电阻,它的并联和电阻并联的规律一样,等效电阻减小,电流增大.DDD1ID2I1I2GBG1B1G2B2M1M2MeffSS1SS2邹志革EST-ICC14MOS晶体管的串联*串联:晶体管的S端和另外一个晶体管的D端相连.晶体管的串联和电阻的串联规律相同,等效D电阻增大,电流不变:I=I1=I2.D2IDI2G2B2M2GBD1MeffS
8、2I1G1B1SM1S1S邹志革EST-ICC15MOS晶体管•MOS晶体管的串联和并联*串联和并联的物理实现P1P2N1N2N2N1P1P2P1和P2并联，N1和N2串联邹志革EST-ICC16连线•连线*电路由元件和元件间的连线构成*理想的连线在实现连接功能的同时，不带来额外的寄生效应*在版图设计中，可用来做连线的层有：金属，扩散区，多晶硅邹志革EST-ICC17连线•连线寄生模型*串联寄生电阻*并联寄生电容RRRRRRRRRRCCCCCCCCC简单
