第二章集成电路中元器件与其寄生效应课件

微电子中心微电子中心HMECHMEC集成电路设计原理集成电路设计原理第二章第二章 集成电路中的元器件集成电路中的元器件及其寄生效应及其寄生效应 元器件是组成集成电路的基本元元器件是组成集成电路的基本元素，其结构和性能直接决定着集成电素，其结构和性能直接决定着集成电路的性能。路的性能。2005年年7月月 来逢昌来逢昌 3/17/20203/18/20203/18/20202005年年7月月 来逢昌来逢昌 3/17/20203/18/20203/18/20203/19/20201HIT Micro-Electronics Center微电子中心微电子中心HMECHMEC集成电路设计原理集成电路设计原理2-1 集成电路中的集成电路中的NPN晶体管晶体管2005年年7月月 来逢昌来逢昌 3/17/20203/18/20203/18/20202005年年7月月 来逢昌来逢昌 3/17/20203/18/20203/18/20203/19/20202HIT Micro-Electronics Center微电子中心微电子中心HMECHMEC集成电路设计原理集成电路设计原理 思考题思考题1.集成集成NPN管与分立管与分立NPN管有什么不同管有什么不同？2.有源寄生效应有何影响？如何减小或有源寄生效应有何影响？如何减小或消除？消除？3.无源寄生有何影响？无源寄生有何影响？4.NPN管常用图形各自的特点是什么？管常用图形各自的特点是什么？2005年年7月月 来逢昌来逢昌 3/17/20203/18/20203/18/20202005年年7月月 来逢昌来逢昌 3/17/20203/18/20203/18/20203/19/20203HIT Micro-Electronics Center微电子中心微电子中心HMECHMEC集成电路设计原理集成电路设计原理2.1.1 集成集成NPNNPN晶体管的结构晶体管的结构E(N+)B(P)C(N)NPNS(P)PNP平平面面图图P-SubN-epiP+P+PN+N+CEB剖剖面面图图EBCSN+PNP等等效效结结构构图图等等效效电电路路图图2005年年7月月 来逢昌来逢昌 3/17/20203/18/20203/18/20202005年年7月月 来逢昌来逢昌 3/17/20203/18/20203/18/20203/19/20204HIT Micro-Electronics Center微电子中心微电子中心HMECHMEC集成电路设计原理集成电路设计原理2.1.2 集成集成NPNNPN晶体管与分立晶体管与分立NPNNPN晶体管的差别晶体管的差别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）2005年年7月月 来逢昌来逢昌 3/17/20203/18/20203/18/20202005年年7月月 来逢昌来逢昌 3/17/20203/18/20203/18/20203/19/20205HIT Micro-Electronics Center微电子中心微电子中心HMECHMEC集成电路设计原理集成电路设计原理2.1.3 集成集成NPNNPN晶体管的有源寄生效应晶体管的有源寄生效应（1）NPN晶体管正向有源时晶体管正向有源时P-SubN-epiP+P+PN+N+CEBE(N+)B(P)C(N)NPNS(P)PNPVBC0 VSC0 VSC 13.IPowerIH寄生可控硅一旦寄生可控硅一旦被触发，电流巨被触发，电流巨增，将烧毁芯片。增，将烧毁芯片。2005年年7月月 来逢昌来逢昌 3/17/20203/18/20203/18/20202005年年7月月 来逢昌来逢昌 3/17/20203/18/20203/18/20203/19/202063HIT Micro-Electronics Center微电子中心微电子中心HMECHMEC集成电路设计原理集成电路设计原理2.7.4 寄生可控硅寄生可控硅闩闩锁效应锁效应2.消除闩锁效应措施消除闩锁效应措施版图设计版图设计RSRWIRSIRWVDDGNDVON-P-VO（1）减小减小RS和和RW：均匀且均匀且充分设计阱和衬底的电源和充分设计阱和衬底的电源和地的欧姆接触，并用金属线地的欧姆接触，并用金属线连接，必要时采用环结构。连接，必要时采用环结构。VDDGNDVoViP-SubN-阱阱p+p+p+n+n+n+RWRS2005年年7月月 来逢昌来逢昌 3/17/20203/18/20203/18/20202005年年7月月 来逢昌来逢昌 3/17/20203/18/20203/18/20203/19/202064HIT Micro-Electronics Center微电子中心微电子中心HMECHMEC集成电路设计原理集成电路设计原理2.7.4 寄生可控硅寄生可控硅闩闩锁效应锁效应2.消除闩锁效应措施消除闩锁效应措施版图设计版图设计RSRWIRSIRWVDDGNDVON-P-VO（2）减小减小npnnpn和和pnppnp：加大加大MOS管源漏区距阱边界的距离，管源漏区距阱边界的距离，必要时采用伪收集极结构。必要时采用伪收集极结构。VDDGNDVoViRSViP-SubN-阱阱p+p+p+n+n+n+RWn+p+n+N-阱阱2005年年7月月 来逢昌来逢昌 3/17/20203/18/20203/18/20202005年年7月月 来逢昌来逢昌 3/17/20203/18/20203/18/20203/19/202065HIT Micro-Electronics Center微电子中心微电子中心HMECHMEC集成电路设计原理集成电路设计原理2.7.4 寄生可控硅寄生可控硅闩闩锁效应锁效应2.消除闩锁效应措施消除闩锁效应措施工艺、测试、应用工艺、测试、应用（1）增加阱的结深增加阱的结深 （2）采用外延衬底采用外延衬底（3）采用外延衬底时，采用外延衬底时，同时可采用埋层方法，增同时可采用埋层方法，增加阱的结深，型层减速场。加阱的结深，型层减速场。（4）电源退耦，稳定电源电源退耦，稳定电源（5）输入信号不能过高输入信号不能过高（6）负载电容不易过大负载电容不易过大（7）电源限流电源限流VDDGNDVoViRSViP-SubN-阱阱p+p+p+n+n+n+RWn+p+n+N-阱阱2005年年7月月 来逢昌来逢昌 3/17/20203/18/20203/18/20202005年年7月月 来逢昌来逢昌 3/17/20203/18/20203/18/20203/19/202066HIT Micro-Electronics Center微电子中心微电子中心HMECHMEC集成电路设计原理集成电路设计原理2.7.5 习题习题1.说明说明CMOS集成电路中的闩锁效集成电路中的闩锁效应和抗闩锁措施。应和抗闩锁措施。2.说明消除寄生说明消除寄生MOS管影响的措施。管影响的措施。2005年年7月月 来逢昌来逢昌 3/17/20203/18/20203/18/20202005年年7月月 来逢昌来逢昌 3/17/20203/18/20203/18/20203/19/202067HIT Micro-Electronics Center微电子中心微电子中心HMECHMEC集成电路设计原理集成电路设计原理2-8 电容器电容器2005年年7月月 来逢昌来逢昌 3/17/20203/18/20203/18/20202005年年7月月 来逢昌来逢昌 3/17/20203/18/20203/18/20203/19/202068HIT Micro-Electronics Center微电子中心微电子中心HMECHMEC集成电路设计原理集成电路设计原理 思考题思考题1.形成电容的方式有哪些？各自的特点是形成电容的方式有哪些？各自的特点是什么？什么？2.各种结构电容的电容值如何计算？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？设计电容时应该考虑哪些因素？2005年年7月月 来逢昌来逢昌 3/17/20203/18/20203/18/20202005年年7月月 来逢昌来逢昌 3/17/20203/18/20203/18/20203/19/202069HIT Micro-Electronics Center微电子中心微电子中心HMECHMEC集成电路设计原理集成电路设计原理2.8.1 PN结电容结电容N-epiP+P+PN+BAP-SubN+CjCjsBAGNDRbRcsP+P+P+N+BAP-SubN+Cj1CjsBAGNDRbRcsCj2Re应考虑：应考虑：1.单位面积单位面积电容容量电容容量2.电极的串电极的串联电阻联电阻3.工作电压工作电压及电压极性及电压极性2005年年7月月 来逢昌来逢昌 3/17/20203/18/20203/18/20202005年年7月月 来逢昌来逢昌 3/17/20203/18/20203/18/20203/19/202070HIT Micro-Electronics Center微电子中心微电子中心HMECHMEC集成电路设计原理集成电路设计原理2.8.2 MOS电容电容N-epiP+P+N+P-SubBABACMOSCJSDSCBACMOSCDP-SubBAn+反型层或埋反型层或埋n+NMOS,PMOSCMOS=sio2 otoxA2005年年7月月 来逢昌来逢昌 3/17/20203/18/20203/18/20202005年年7月月 来逢昌来逢昌 3/17/20203/18/20203/18/20203/19/202071HIT Micro-Electronics Center微电子中心微电子中心HMECHMEC集成电路设计原理集成电路设计原理2-9 电阻器电阻器2005年年7月月 来逢昌来逢昌 3/17/20203/18/20203/18/20202005年年7月月 来逢昌来逢昌 3/17/20203/18/20203/18/20203/19/202072HIT Micro-Electronics Center微电子中心微电子中心HMECHMEC集成电路设计原理集成电路设计原理 思考题思考题1.形成电阻的方式有哪些？各自的特点形成电阻的方式有哪些？各自的特点是什么？是什么？2.各种结构电阻的电阻值如何计算？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？设计电阻时应该考虑哪些因素？2005年年7月月 来逢昌来逢昌 3/17/20203/18/20203/18/20202005年年7月月 来逢昌来逢昌 3/17/20203/18/20203/18/20203/19/202073HIT Micro-Electronics Center微电子中心微电子中心HMECHMEC集成电路设计原理集成电路设计原理2.9.1 基区硼扩散电阻基区硼扩散电阻LLLL1L2L5L7L4L3L6WWWWN-epiP+P+PN+P-SubN+BAVDDABVDDCJCCJSR=RWeffi=1Lin+2k1+(n-1)k2Weff =W+2mXj2005年年7月月 来逢昌来逢昌 3/17/20203/18/20203/18/20202005年年7月月 来逢昌来逢昌 3/17/20203/18/20203/18/20203/19/202074HIT Micro-Electronics Center微电子中心微电子中心HMECHMEC集成电路设计原理集成电路设计原理2.9.2基区沟道电阻基区沟道电阻N+N-epiP+P+PN+P-SubN+BAVDDP+P+PN+N+P-SubN-epi阻值大阻值大面积小面积小精度低精度低2005年年7月月 来逢昌来逢昌 3/17/20203/18/20203/18/20202005年年7月月 来逢昌来逢昌 3/17/20203/18/20203/18/20203/19/202075HIT Micro-Electronics Center微电子中心微电子中心HMECHMEC集成电路设计原理集成电路设计原理2.9.3 外延层电阻外延层电阻N-epiP+P-SubN-epiP+P+PN+BAN+N+BAN+2005年年7月月 来逢昌来逢昌 3/17/20203/18/20203/18/20202005年年7月月 来逢昌来逢昌 3/17/20203/18/20203/18/20203/19/202076HIT Micro-Electronics Center微电子中心微电子中心HMECHMEC集成电路设计原理集成电路设计原理2.9.4 离子注入电阻离子注入电阻N-epiP+P+PN+P-SubN+BAVDDP一般用一般用来制作来制作精度高精度高的大阻的大阻值电阻值电阻2005年年7月月 来逢昌来逢昌 3/17/20203/18/20203/18/20202005年年7月月 来逢昌来逢昌 3/17/20203/18/20203/18/20203/19/202077HIT Micro-Electronics Center微电子中心微电子中心HMECHMEC集成电路设计原理集成电路设计原理2.9.5 发射区磷扩散电阻发射区磷扩散电阻一般用来制作磷桥或小电阻一般用来制作磷桥或小电阻N+N+N-epiP+P-SubN-epiP+P+PBABAN+2005年年7月月 来逢昌来逢昌 3/17/20203/18/20203/18/20202005年年7月月 来逢昌来逢昌 3/17/20203/18/20203/18/20203/19/202078HIT Micro-Electronics Center微电子中心微电子中心HMECHMEC集成电路设计原理集成电路设计原理2.9.6 薄膜电阻薄膜电阻一般用来制作精确电阻（激光调阻）一般用来制作精确电阻（激光调阻）2005年年7月月 来逢昌来逢昌 3/17/20203/18/20203/18/20202005年年7月月 来逢昌来逢昌 3/17/20203/18/20203/18/20203/19/202079HIT Micro-Electronics Center微电子中心微电子中心HMECHMEC集成电路设计原理集成电路设计原理2.9.7 MOS电路中常用的其它电阻电路中常用的其它电阻常规多晶电阻，高阻多晶电阻，常规多晶电阻，高阻多晶电阻，N+（或（或P+）有源区电阻，）有源区电阻，N阱（或阱（或P阱）电阻，阱）电阻，导通导通MOS管电阻管电阻栅极应接相应电位，栅极应接相应电位，使使MOS管导通管导通2005年年7月月 来逢昌来逢昌 3/17/20203/18/20203/18/20202005年年7月月 来逢昌来逢昌 3/17/20203/18/20203/18/20203/19/202080HIT Micro-Electronics Center