第二章集成电路中的晶体管及其寄生效应ppt课件.ppt

《第二章集成电路中的晶体管及其寄生效应ppt课件.ppt》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在教育资源-天天文库。

1、第二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EM模型四层三结结构的晶体管模型（四级，三结）npn晶体管的工作状态寄生pnp管发射结正偏根据克希霍夫定律，写出端电流和结电流、结电压的关系：EM模型的理论基础是相邻两个pn结的相互作用各结电流为：其中，为NPN管正、反向运用时的共基极短路电流增益为PNP管正、反向运用时的共基极短路电流增益四层三结结构的NPN管的EM模型令Iss=0,得到三层二结结构的NPN管EM模型等效电路模型等效电路模型2.2集成双极晶体管的有源寄生效应有源寄生：PNP晶体管

2、ALSiO2BPP+P-SUBN+ECN+-BLN-epiP+可采用外延层掺金工艺，引入深能级杂质，降低少子寿命，从而降低。掺金工艺是在NPN管集电区掺金（相当于在PNP管基区掺金）掺金的作用，使PNP管基区中高复合中心数增加，少数载流子在基区复合加剧，由于非平衡少数载流子不可能到达集电区从而使寄生PNP管电流放大系数大大降低NPN管基区侧壁到P+隔离环之间也会形成横向PNP管，必须使NPN管基区外侧和隔离框保持足够距离2.3集成双极晶体管的无源寄生效应考虑无源寄生元件的集成NPN晶体管刨面图无源寄生效应：寄生电

3、阻：发射极串联电阻；集电极串联电阻，基区电阻寄生电容：与PN结有关的耗尽层势垒电容Cj;与可动载流子在中性区的存储电荷有关的扩散电容CD;电极引线的延伸电极电容Cpad;发射极串联电阻rES由发射极金属和硅的接触电阻rE，C与发射区的体电阻rE，b，组成.rES=rE，C+rE,b集电极串联电阻rESrCS=rC1+rC2+rc3（忽略引出端接触区的接触电阻和体电阻）！注意公式适用条件rc3也是一个锥体：注意它的锥体高度，即上下底面积与rc1不同减小集电极串联电阻的措施减小外延层厚度减小rc1和rc3深集电极接触

4、减小rc3n+埋层和采用BEC电极排列结构减小rc2基区电阻rB用平均功率法来估算RB1用计算薄层电阻的公式计算RB2耗尽层势垒电容Cj(1)利用劳伦斯-沃纳曲线（该曲线是在耗尽层近似和恒定衬底浓度的条件下获得的，只能用来计算反偏的pn结）劳伦斯-沃纳曲线(2)查表对于反偏pn结，作为一级近似，利用公式突变结：缓变结：对于正偏pn结扩散电容CD扩散电容反映晶体管内可动少子存储电荷与所加偏压的关系。（考虑pn结正偏情况）为晶体管总的正向渡越时间为晶体管总的反向渡越时间Is传输饱和电流减小集电结扩散电容的措施采用低电

5、阻率的外延层；减小管芯面积；将晶体管控制在浅饱和；采用集电区掺金；采用非饱和电路结构（ECL）…考虑寄生效应的晶体管等效电路双极晶体管的SPICE模型参数2.4集成电路中的PNP管（一）横向PNP管（1）横向PNP管的结构横向PNP管的特点BVEBO高，（结深，电阻率高）放大倍数小（基区宽度大，寄生PNP）频率响应差临界电流小（1）横向PNP管的结构特点存在纵向PNP的影响采取措施：1、图形设计上减少发射区面积与周长比（最合理图形是窄条型）；尽可能使集电区包围发射区2、在工艺上采用增大结深及采用埋层工艺的办法（1

6、.1）横向PNP管的直流电流放大倍数1、横向平均基区宽度不可能做得太小2、发射极的注入效率低3、表面复合影响大比较小（1.2）横向PNP管的特征频率fT横向PNP管的有效基区宽度大埋层的抑制作用，使折回集电极的少子路径增加空穴的扩散系数只有电子扩散系数的1/3左右提高横向PNP管的特征频率fT措施增加结深xjc（是否与工艺兼容）减小发射区尺寸提高工艺精度减小等效基区宽度降低外延层掺杂浓度，提高横向PNP管发射区掺杂浓度（是否与工艺兼容）（1.3）横向PNP管开始发生大注入时的临界电流Icr由晶体管原理：（2）多集

7、电极横向PNP管多个PNP管并联使用（3）横向pnp电流特点横向PNP管结构提供了一个按对应于发射区侧面的有效集电区侧面积来决定集电极电流分配比的方法（4）大电流增益的复合PNP管衬底PNP管衬底PNP管（可在较大的电流下工作）（二）衬底pnp衬底PNP管特点：1、集电区是公共的衬底2、晶体管的作用发生在纵向，各结面平坦，发射区面积可以做得很大，可以承受大电流，可用增大发射区面积的方法增大临界电流3、没有有源寄生的影响4、基区电阻较大（外延层），将BE短接5、集电极串联电阻和集电结电容较大（三）自由集电极纵向PN

8、P管自由集电极纵向PNP管1、基区宽度难控制2、工艺步骤较多3、版图尺寸较大2.5集成二极管（一）二极管的构成晶体管的不同接法得到单独的PN结扩散得到二极管的主要参数：正向压降、动态电阻、电容、存储时间、击穿电压等（二）集成齐纳二极管和次表面齐纳管集成齐纳二极管集成齐纳二极管一般是反向工作的BC短接二极管，Vz=BVEBO缺点：具有较大的正温度系数；内阻较大Vz的离散性大