CH06_集成电路器件及SPICE模型ppt课件.ppt

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1、第6章集成电路器件及SPICE模型16.1无源器件结构及模型6.2二极管电流方程及SPICE模型6.3双极晶体管电流方程及SPICE模型6.4结型场效应管JFET模型6.5MESFET模型6.6MOS管电流方程及SPICE模型6.7SPICE数模混合仿真程序的设计流程及方法26.1无源器件结构及模型集成电路中的无源元件包括:互连线、电阻、电容、电感、传输线等36.1.1互连线互连线设计应该注意以下方面：大多数连线应该尽量短最小宽度保留足够的电流裕量多层金属趋肤效应和寄生参数（微波和毫米波）寄生效应46.1.2电阻实现电阻有三种方式：1.晶体管结构中不同材料层的

2、片式电阻（不准确）2.专门加工制造的高质量高精度电阻3.互连线的传导电阻5图(a)单线和U-型电阻结构(b)它们的等效电路阻值计算最小宽度6图6.2栅漏短接的MOS有源电阻及其I-V曲线Ron直流电阻Ron>交流电阻rds1.栅、漏短接并工作在饱和区的MOS有源电阻7图6.3饱和区的NMOS有源电阻示意图直流电阻Ron<交流电阻rds条件：VGS保持不变2.VGS保持不变的饱和区有源电阻8对于理想情况，Oˊ点的交流电阻应为无穷大，实际上因为沟道长度调制效应，交流电阻为一个有限值，但远大于在该工作点上的直流电阻。在这个工作区域，当漏源电压变化时，只要器件仍工作在

3、饱和区，它所表现出来的交流电阻几乎不变，直流电阻则将随着漏源电压变大而变大。9总结：有源电阻的几种形式(a)(d)和(c)直流电阻Ron<交流电阻rds(b)和(e)直流电阻Ron>交流电阻rds106.1.3电容在高速集成电路中，有多种实现电容的方法：1）利用二极管和三极管的结电容；2）利用图6.5(a)所示的叉指金属结构；3）利用图6.5(b)所示的金属-绝缘体-金属(MIM)结构；4）利用类似于图6.5(b)的多晶硅/金属-绝缘体-多晶硅结构；11图6.5(a)叉指结构电容和(b)MIM结构电容12电容平板电容公式高频等效模型自谐振频率f0品质因数Qf<

4、f0/3136.1.4电感引言集总电感单匝线圈版图a，w取微米单位14式中：ri=螺旋的内半径，微米，r0=螺旋的外半径，微米，N=匝数。多匝螺旋形线圈电感值计算公式为：15电感电感精度：电感模型16传输线电感获得单端口电感的另一种方法是使用长度l

5、尺寸元件的性能，应该定义为分布元件。18微带线(a)(b)图典型微带线的剖面图(a)和覆盖钝化膜的微带线(b)19TEM波传输线的条件GaAs衬底的厚度<200um20微带线设计需要的电参数主要是阻抗、衰减、无载Q、波长、迟延常数。阻抗计算微带线的衰减α由两部分组成：导线损耗和介质损耗形成微带线的基本条件是，介质衬底的背面应该完全被低欧姆金属覆盖并接地，从而使行波的电场主要集中在微带线下面的介质中。w/h<1w/h>121共面波导(CPW)(a)(b)图常规共面波导(a)与双线共面波导(b)22CPW传输TEM波的条件CPW的阻抗计算由ZL计算CPW的宽度W:

6、对应于厚衬底/薄衬底有效介电常数有变化CPW的衰减计算23相对于微带线，CPW的优点是：1）工艺简单，费用低，因为所有接地线均在上表面而不需接触孔。2）在相邻的CPW之间有更好的屏蔽，因此有更高的集成度和更小的芯片尺寸。3）比金属孔有更低的接地电感。4）低的阻抗和速度色散。CPW的缺点是：1）衰减相对高一些，在50GHz时，CPW的衰减是0.5dB/mm;2）由于厚的介质层，导热能力差，不利于大功率放大器的实现。246.1无源器件结构及模型6.2二极管电流方程及SPICE模型6.3双极晶体管电流方程及SPICE模型6.4结型场效应管JFET模型6.5MESFE

7、T模型6.6MOS管电流方程及SPICE模型6.7SPICE数模混合仿真程序的设计流程及方法（见CH06-2课件）256.2二极管电流方程及SPICE模型集成电路和半导体器件的各类特性都是PN结相互作用的结果，它是微电子器件的基础。如果通过某种方法使半导体中一部分区域为P型，另一部分区域为N型，则在其交界面就形成了PN结。以PN结构成的二极管的最基本的电学行为是具有单向导电性。26图6.9二极管等效电路模型Cj和Cd分别代表PN结的势垒电容和扩散电容。RS代表从外电极到结的路径上通常是半导体材料的电阻，称之为体电阻。27表6.1二极管模型参数对照表286.2.

8、2二极管的噪声模型热噪声在寄生电阻RS