第2章 集成电路中的晶体管及其寄生效应ppt课件.ppt

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1、第2章集成电路中的晶体管及其寄生效应2.1理想本征集成双极晶体管的埃伯斯－莫尔(EM)模型2.2集成双极晶体管的有源寄生效应2.3集成双极晶体管的无源寄生效应2.4集成电路中的PNP管2.5集成二极管2.6肖特基势垒二极管(SBD)和肖特基箝位晶体管(SCT)2.7MOS集成电路中的有源寄生效应2.8集成电路中的MOS晶体管模型2.1理想本征集成双极晶体管的埃伯斯－莫尔(EM)模型IE＝IB+Ic+Is集成电路中的元器件都做在同一衬底上，因此，其结构与分立器件有很大的不同。所谓理想本征晶体管，是指在对其进

2、行分析时，不考虑寄生效应。实际集成电路中的双极晶体管为四层三结结构，它的各个电极均从上面引出，而且各结的面积不同，所以有一系列的多维效应。但在近似分析双极晶体管的直流特性时，可以简化为一维结构，如图2.1(a)中虚线部分所示。当NPN管工作于饱和区或反向工作区时，其BC结都处于正向偏置，此时寄生PNP管的发射结处于正向偏置，因而PNP管处于正向工作状态，于是有电流流过C-S结，这将严重影响集成电路的正常工作。PNP管为寄生晶体管，这点与分立晶体管有很大的差别，但此寄生PNP管并不是在所有的情况下都起作用的

3、。在实际的集成电路中，衬底始终接最负电位，以保证各隔离岛之间的电绝缘，所以寄生PNP管的集电结总是反偏的，而发射结(即NPN管的集电结)的偏置状态可能正偏，也可能反偏。在数字集成电路中，NPN管经常可能处于饱和或反向工作状态，此时有VBE-PNP＝VBC-NPN>0，寄生PNP管处于正向工作区。故对数字集成电路来说，减小寄生PNP管的影响就显得特别重要。在模拟集成电路中，NPN晶体管一般处于截止区或正向工作区，所以寄生PNP管的发射结是反偏状态，VBC-NPN＝VBE-PNP<0，因而寄生PNP管截止。2

4、.2集成双极晶体管的有源寄生效应2.3集成双极晶体管的无源寄生效应前面介绍的四层三结的晶体管EM模型中，只是描述了器件的主要过程及有源寄生效应，称为EM1模型。实际上集成晶体管中还存在电荷存储效应Cj、CD和从晶体管有效基区到晶体管各引出端间的欧姆体电阻。它们会对晶体管的工作产生影响，称为无源寄生效应，如下图所示。因为衬底结始终反偏，在采取各种措施后，可使αSF<0.0l，此时寄生PNP管的影响退化成一个势垒电容Cjs，所以集成NPN管的等效电路如图2.4，称为EM2模型。一、集成NPN晶体管中的寄生电阻

5、发射极串联电阻rES集电极串联电阻rCS基极串联电阻rB二、集成NPN晶体管中的寄生电容PN结势垒电容Cj扩散电容CD2.4集成电路中的PNP管双极集成电路中的基本器件是NPN管，但在模拟电路中也往往需要PNP管，如运算放大器的输入级、输出级的有源负载等都经常使用PNP管。因为集成电路的工艺主要是针对大量应用的NPN晶体管设计的，因此在一般情况下，PNP管都是在与NPN管制造工艺兼容的情况下制造的，这样制得的PNP管必然β小、fT低。虽然PNP管的单管性能不如NPN管，但在集成电路中由于使用了PNP管，而

6、使电路的性能得到了很大的改善；而且横向PNP管的问世，也促使了I2L电路的实现。在集成电路中常用的PNP管主要有两大类：横向PNP管和衬底PNP管。一、横向PNP管1、横向PNP管的结构、特性及其寄生PNP管2、多集电极横向PNP管3、大电流增益的复合PNP管二、衬底PNP管三、自由集电极纵向PNP管2.5集成二极管在集成电路中的二极管，多数是通过对集成晶体管的不同接法而形成的，所以不增加新的工序，且可灵活地采用不同的接法得到电参数不同的二极管，以满足集成电路的不同要求。在集成电路中也可以利用单独的一个硼

7、扩散结形成的二极管。一、一般集成二极管各种集成二极管的特性比较如表2．2所示。二极管接法的选择由电路对正向压降、动态电阻rd、电容、存储时间tS和击穿电压的不同要求来决定，因为只要工艺掌握得好，六种形式二极管的漏电流相差不多。最常用的有两种：①BC短接二极管，因为没有寄生PNP效应，且存储时间最短，正向压降低，故一般DTL电路的输入端的门二极管都采用这种接法；②单独BC结二极管，因为它不需要发射结，所以面积可以做得很小，正向压降也低，且击穿电压高。二、集成齐纳二极管和次表面齐纳管1、集成齐纳二极管集成电路

8、中的齐纳二极管一般是反向工作的BC短接二极管，因此与制作一般NPN管的工艺兼容。利用一般工艺可获得的VZ＝BVEBO约为6～9V。2、次表面齐纳管一般的齐纳管由于击穿发生在表面，因而输出噪声电压较大，次表面齐纳管是设法把击穿由表面引入体内。可以用扩散法和离子注入法来形成次表面齐纳管。扩散法是在N+发射区内加一道深P+扩散，使击穿发生在N+与P+的接触圈上(称次表面)。离子注入法掺杂可以精确控制掺杂的浓度和深度，利用离子注入法来