集成电路中元器件及其寄生效应

集成电路中元器件及其寄生效应2005年7月 来逢昌 22-1 集成电路中的NPN晶体管第1页/共80页2005年7月 来逢昌 3 思考题1.集成NPN管与分立NPN管有什么不同？2.有源寄生效应有何影响？如何减小或消除？3.无源寄生有何影响？4.NPN管常用图形各自的特点是什么？第2页/共80页2005年7月 来逢昌 42.1.1 集成NPNNPN晶体管的结构E(N+)B(P)C(N)NPNS(P)PNP平面图P-SubN-epiP+P+PN+N+CEB剖面图EBCSN+PNP等效结构图等效电路图第3页/共80页2005年7月 来逢昌 52.1.2 集成NPNNPN晶体管与分立NPNNPN晶体管的差别P-SubN-epiP+P+PN+N+CEBE(N+)B(P)C(N)NPNS(P)PNP（1）四层三结结构，构四层三结结构，构成了一个寄生的成了一个寄生的PNP晶体管（有源寄生）晶体管（有源寄生）（2）电极都从上表面引电极都从上表面引出，造成电极的串联出，造成电极的串联电阻和电容增大（无电阻和电容增大（无源寄生）源寄生）第4页/共80页2005年7月 来逢昌 62.1.3 集成NPNNPN晶体管的有源寄生效应（1）NPN晶体管正向有源时P-SubN-epiP+P+PN+N+CEBE(N+)B(P)C(N)NPNS(P)PNPVBC0 VSC0 VSC 13.IPowerIH寄生可控硅一旦被触发，电流巨增，将烧毁芯片。第62页/共80页2005年7月 来逢昌 642.7.4 寄生可控硅闩锁效应2.消除闩锁效应措施版图设计RSRWIRSIRWVDDGNDVON-P-VO（1）减小RS和RW：均匀且充分设计阱和衬底的电源和地的欧姆接触，并用金属线连接，必要时采用环结构。VDDGNDVoViP-SubN-阱p+p+p+n+n+n+RWRS第63页/共80页2005年7月 来逢昌 652.7.4 寄生可控硅闩锁效应2.消除闩锁效应措施版图设计RSRWIRSIRWVDDGNDVON-P-VO（2）减小npnnpn和pnppnp：加大MOS管源漏区距阱边界的距离，必要时采用伪收集极结构。VDDGNDVoViRSViP-SubN-阱p+p+p+n+n+n+RWn+p+n+N-阱第64页/共80页2005年7月 来逢昌 662.7.4 寄生可控硅闩锁效应2.消除闩锁效应措施工艺、测试、应用（1）增加阱的结深 （2）采用外延衬底（3）采用外延衬底时，同时可采用埋层方法，增加阱的结深，型层减速场。（4）电源退耦，稳定电源（5）输入信号不能过高（6）负载电容不易过大（7）电源限流VDDGNDVoViRSViP-SubN-阱p+p+p+n+n+n+RWn+p+n+N-阱第65页/共80页2005年7月 来逢昌 672.7.5 习题1.说明CMOS集成电路中的闩锁效应和抗闩锁措施。2.说明消除寄生MOS管影响的措施。第66页/共80页2005年7月 来逢昌 682-8 电容器第67页/共80页2005年7月 来逢昌 69 思考题1.形成电容的方式有哪些？各自的特点是什么？2.各种结构电容的电容值如何计算？3.设计电容时应该考虑哪些因素？第68页/共80页2005年7月 来逢昌 702.8.1 PN结电容N-epiP+P+PN+BAP-SubN+CjCjsBAGNDRbRcsP+P+P+N+BAP-SubN+Cj1CjsBAGNDRbRcsCj2Re应考虑：1.单位面积电容容量2.电极的串联电阻3.工作电压及电压极性第69页/共80页2005年7月 来逢昌 712.8.2 MOS电容N-epiP+P+N+P-SubBABACMOSCJSDSCBACMOSCDP-SubBAn+反型层或埋n+NMOS,PMOSCMOS=sio2 otoxA第70页/共80页2005年7月 来逢昌 722-9 电阻器第71页/共80页2005年7月 来逢昌 73 思考题1.形成电阻的方式有哪些？各自的特点是什么？2.各种结构电阻的电阻值如何计算？3.设计电阻时应该考虑哪些因素？第72页/共80页2005年7月 来逢昌 742.9.1 基区硼扩散电阻LLLL1L2L5L7L4L3L6WWWWN-epiP+P+PN+P-SubN+BAVDDABVDDCJCCJSR=RWeffi=1Lin+2k1+(n-1)k2Weff =W+2mXj第73页/共80页2005年7月 来逢昌 752.9.2基区沟道电阻N+N-epiP+P+PN+P-SubN+BAVDDP+P+PN+N+P-SubN-epi阻值大面积小精度低第74页/共80页2005年7月 来逢昌 762.9.3 外延层电阻N-epiP+P-SubN-epiP+P+PN+BAN+N+BAN+第75页/共80页2005年7月 来逢昌 772.9.4 离子注入电阻N-epiP+P+PN+P-SubN+BAVDDP一般用来制作精度高的大阻值电阻第76页/共80页2005年7月 来逢昌 782.9.5 发射区磷扩散电阻一般用来制作磷桥或小电阻N+N+N-epiP+P-SubN-epiP+P+PBABAN+第77页/共80页2005年7月 来逢昌 792.9.6 薄膜电阻一般用来制作精确电阻（激光调阻）第78页/共80页2005年7月 来逢昌 802.9.7 MOS电路中常用的其它电阻常规多晶电阻，高阻多晶电阻，N+（或P+）有源区电阻，N阱（或P阱）电阻，导通MOS管电阻栅极应接相应电位，使MOS管导通第79页/共80页