集成电路中的晶体管和其寄生效应ppt课件.ppt

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1、第二章集成电路中的晶体管及其寄生效应1、理想本征晶体管的E-M模型2、集成双极晶体管的设计和有源寄生效应3、集成双极晶体管的无源寄生效应2.1NPN管工作于正向工作区和截止区的情况2.2NPN管工作于反向工作区的情况3.1集成NPN管中的寄生电阻2.3NPN管工作于饱和区的情况3.2集成NPN管中的寄生电容指对其特性进行分析时，不考虑寄生效应的晶体管2.0集成电路中NPN管的设计4、集成电路中的PNP管4.1横向PNP管4.2衬底PNP管4.3自由集电极纵向PNP管5、集成二极管5.1一般集成二极管5.2集成齐纳二极管和次表面齐纳管关于集成PNP

2、管的简介1、单集电极横向PNP管2、多集电极横向PNP管3、大电流增益的复合PNP管6、肖特基势垒二极管和肖特基箝位晶体管7、MOS集成电路中的有源寄生效应6.1肖特基势垒二极管（SBD）6.2肖特基箝位晶体管（SCT）6.3SBD、SCT的设计（了解）7.1场区寄生MOSFET7.2寄生双极型晶体管7.3寄生PNPN效应8、集成电路中的MOS晶体管模型8.1MOS1模型8.2MOS2模型8.3MOS3模型back铝和N型硅接触形成的肖特基势垒具有类似PN结的整流特性1、理想本征晶体管的E-M模型寄生晶体管何时起作用？NPN饱和或反向工作区寄生晶体

3、管对模拟电路和数字电路的影响有何不同点？下面利用EM模型分析这个四层三结结构的晶体管的电流电压关系p17讨论方法：先分析纵向NPN再分析寄生PNP然后得到等效电路图讨论的主题：back接下来我们利用这个模型讨论在各种工作情况下，寄生晶体管对集成NPN管直流特性的影响。p182.0集成电路中NPN管的设计在数字电路中,主要元件有晶体管，二级管和电阻、电容不常用，先介绍晶体管。一、晶体管版图设计（即确定其横向尺寸）纵向NPN管在TTL电路是主要的有源器件。一般门电路中往往包含多个NPN管，它们在电路中起的作用不同。因此，对它们的设计也不同。1、最小面积

4、晶体管由图形最小尺寸和最小间距构成的晶体管发射极接触孔最小，一般用图形最小尺寸。然后在它周围考虑最小间距逐步套合。注意要考虑金属膜的影响。(如DE-B)下页放大图62100101610588555555811101616隔离槽的宽度Mmin6点划线与实线重合集电极n+接触孔,即扩散n+,又当接触孔,合二为一DC-I=16DC-B=10DE-B6DE-EDB-BDB-I=1662100101610588555555811101616隔离槽的宽度Mmin6点划线与实线重合集电极n+接触孔,即扩散n+,又当接触孔,合二为一DC-I=16DC-B=10DE

5、-B6DE-EDB-BDB-I=16基区-隔离槽最小面积晶体管图例下面看由电流容量确定的晶体管图形2、电流容量由于发射极电流的“电流集边”效应，晶体管最大工作电流：IEmax＝αLE-eff。与发射区面积几乎无关LE-eff为有效发射极周长。α为单位有效周长的最大工作电流n+n+P+P+P+P-Sin+n-epiCBEPN结正向偏压逐渐减小IE-eff＝L＋2Seff（有效条宽）≈L在逻辑电路中α＝0.16-0.40mA/µm如电流较大，IE-eff↑。增大电流容量的途径：①L↑②双基极(LE-eff×2)③双发射极(LE-eff×2)下面看由晶体

6、管的常用图形3、晶体管常用图形⑴单基极管：适用于电流较小，fT较高的场合⑵双基极管：LE-eff↑fT↓⑶双基极双集电极：集电极串联电阻rCS↓，Vces↓，Imax↑⑷双射极双集电极：rCS↓⑵⑶⑷LE-eff相同下面看由晶体管的集电极串联电阻4、集电极串联电阻rcs估算方法：以双基双集为例（除2）R1R5R3R2R4Pn+n+n+WdR5n+R4R3R2R1WCdeledclcdce采用：de＝30μ、le＝10μ、dc＝20μ、lc＝120μ、dce＝46μWc＝5.5μ、Wb＝4.5μ、ρc＝0.5Ωcm、R□－BL＝20Ω/□可得：rcs

7、≌15.3Ω如考虑工艺上的横向扩散、埋层反扩散、外延层因氧化而减薄等因素，rcs还要小一些减小rcs的途径：埋层，集电极接触孔N+深扩散（增加工序），版图设计上，电极按BEC排列，采用双集电极或马蹄形集电极图形（会增加芯片面积和寄生电容）下面看由集成电路中晶体管图形实例由图可见，此时PNP管的发射结、集电极都反偏，PNP管截止，PNP管的存在对NPN管基本上没有影响，可以忽略。2.1NPN管工作于正向工作区和截止区的情况back图2.1减小PNP管的影响的办法：掺金、埋层。2.2NPN管工作于反向工作区的情况back图2.1由图可见，此时PNP管的

8、发射结正偏、集电极反偏，PNP管工在在正向工作区。此时PNP管对NPN管的影响：P19掺金可以降低PNP基区的少子寿命2.