集成电路器件及SPICE模型ppt课件.ppt

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1、集成电路设计基础第六章集成电路器件及SPICE模型华南理工大学电子与信息学院广州集成电路设计中心殷瑞祥教授6.1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第六章集成电路器件及SPICE模型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6.1.1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

2、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36.1.2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4单线和U-型电阻5直流电阻Ron>交流电阻rds栅、漏短接并工作在饱和区的MOS有源电阻NMOSPMOS6直流电阻Ron<交流电阻rds条件：VGS保持不变VGS保持不变的饱和区有源电阻7(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rds有源电阻的几种形式86.1.3电容在高速集成电路

3、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；9叉指结构电容和MIM结构电容10MIM电容采用平板电容公式高频等效模型自谐振频率f0品质因数Q工作频率f

4、种方法是使用长度l

5、线微带线的剖面传输TEM波17微带线设计微带线设计需要的主要电参数阻抗、衰减、无载Q、波长、迟延常数。微带线阻抗计算微带线衰减α：导线损耗和介质损耗形成微带线的基本条件：介质衬底的背面完全被低欧姆金属覆盖并接地，使行波的电场主要集中在微带线下面的介质中。18共面波导(CPWCPW的阻抗)CPW传输TEM波的条件CPW的阻抗19CPW的优点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

6、点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。CPW的优缺点206.1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第六章集成电路器件及SPICE模型21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。通过某种方法使半导体中一部分区域为P

7、型，另一部分区域为N型，则在其交界面就形成了PN结。以PN结构成的二极管最基本的电学行为是具有单向导电性。6.2二极管电流方程及SPICE模型22Cj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。二极管等效电路模型23二极管模型参数参数名符号Spice名单位缺省值饱和电流ISISA1.0×10-14发射系数nN-1串联体电阻RSRS0渡越时间TTTs0零偏势垒电容Cj0CJ0F0梯度因子mM-0.5PN结内建势垒V0VJV124二极管的噪声模型热噪声寄生电阻RS上产

8、生的热噪声2.闪烁（1/f）噪声和散粒噪声256.1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6.7SPI