微电子学概论3章课件

1、微电子学概论第三章庄庆德 2019.8第三章 VLSI基础3.1 IC (Integrated Circuit)概述3.2 双极型集成电路基础3.3 MOS集成电路基础第三章 VLSI基础3.1 IC (Integrated Circuit)概述集成度，特征尺寸，芯片(Chip)，圆片(wafer)功耗，延迟时间，可靠性定义:在半导体或其他基板上制作含有多个器件的电路系统。结构，成品率IC历史1947 晶体管发明 1952 IC设想1958 IC诞生1962 DTL,TTL,MOS1968 MOS存储器 1971 微处理器1978 64kRAM 10万Tr VLSI 1985 1M DRAM

2、225万Tr VLSI 目前 0.18微米，CMOS技术，1G(109 Tr)3.2 双极集成基础3.2.1双极型集成电路中的晶体管Aln-Si ipEBCn+p p+p+n+n+隐埋层隔离区平面图ECBBp型衬底隐埋层(n+)外延，生长n层隔离(P+)硼扩散（基区）磷扩散（e,c)引线孔Al引线双极型晶体管特性VceIce饱和线性截止双极型晶体管特性共发射极电流增益 集电极-发射极反向饱和电流 Iceo 基极-发射极反向饱和电流 Ibeo 集电极-基极反饱和电流 Icbo集电极-发射极击穿电压 BVceo 特征频率 fT 最大耗散功率 PmaxRTL电路ABVoutVH=1V, VL=0.2

3、V 速度慢，逻辑摆幅小，抗干扰差VccTTL电路多发射极输入VoutVH=1.4V, VL=0.2V, T1的抽取作用使截止速度提高 在T3并联达林顿，提高输出能力，成为5管结构 T1 T2 T3 T4Vcc=5V典型双极型门电路的特性比较门电路结构延时 (ns)功耗 (mW)逻辑摆幅(V)评价TTL普通10103一般STTL肖特基钳位抗饱和3203高速LSTTL肖特基、低功耗9.523低功耗ECL2250.8高速金属栅，n沟道p-SiSGDn+n+3.3 MOS集成基础3.3.1 MOS集成电路中的晶体管MOS晶体管SGDp-Sip型衬底源漏扩散栅氧化引线孔Al引线MOS晶体管特性VdsId

4、s饱和线性截止MOS晶体管特性跨导 gm 阈值电压 VT 源漏击穿电压 BVds 特征频率 fT 最大耗散功率 Pmax基本MOS电路倒相器VoutVccVinVoutVccVin2.5.2 MIS | 2.5.2 MISCMOS: 互补MOS发射 | Shoot基区渡越 | The 基 area 渡 is more3.3.3 CMOS集成电路NMOS与PMOSPMOSNMOSVS=VS=Vds=5Vds=VGVGVT=-VVT=+1VVTV导通条件2.5.2 MIS | 2.5.2 MIS发射 | Shoot基区渡越 | The 基 area 渡 is more3.3.3 CMOS集成电路C

5、MOS开关（传输门）PMOSNMOSVS=Vcc=+5VinVGONON工作条件Vin 高OFFOFFVin 低2.5.2 MIS | 2.5.2 MIS3.3.3 CMOS集成电路CMOS反向器PMOSNMOSVinVo+PMOSNMOS工作条件Vin高 OFF ON 低VoVin低 ON OFF 高Vin=2.5V ON ON 不确定2.5.2 MIS | 2.5.2 MIS3.3.3 CMOS集成电路CMOS与非门PMOSNMOSA+B2.5.2 MIS | 2.5.2 MIS3.3.3 CMOS集成电路CMOS或非门PMOSNMOSA+VccB2.5.2 MIS | 2.5.2 MIS3.3.3 CMOS集成电路CMOS IC特点：大噪声容限: 输出高电平=正电源 输出低电平=负电源极低的静态功耗CMOS集成电路构成p阱n_衬底p+n+p+SSD G G n型衬底p阱扩散p-MOS 源漏n-MOS源漏引线孔引线n-MOS p-MOS 输出 地Vcc基区渡越 | The 基 area 渡 is more倒相器版图图例：铝栅P+N+小结（1）双极型门电路：TTL,ECL,STTL（2）双极型晶体管纵向结构，平面结构（3）CMOS倒向器，传输门，与非门，或非门的构造。（4）CMOS集成电路的优点。习题