数字集成电路课件

1、第二章 器件,2.1 二极管 2.2 MOS晶体管 2.3 MOS晶体管中的二级效应,2.1 二极管,零偏置的突变pn结,正向偏置,扩散漂移,反向偏置,扩散漂移,人工分析二极管模型,二极管的二级效应,二极管的SPICE模型,2.2 MOS晶体管,2.2 MOS晶体管,NMOS晶体管的结构和符号,PMOS晶体管的结构和符号,CMOS晶体管的结构,阈值电压,阈值电压,初始：G、D、S、B接地 VGS = 0：背靠背二极管 VGS增加 耗尽层 耗尽区宽度 单位面积空间电荷 强反型层 费米势 VSB=0时，耗尽区单位面积的固定电荷 VSB不为0时，耗尽区单位面积的电荷,阈值电压,阈值电压,零偏置阈值电

2、压,体效应系数,栅极和沟道间功函数差,氧化物的介电常数,氧化物的厚度,单位面积栅氧化层电容,阈值电压,例：计算一个多晶硅栅NMOS晶体管在零偏置（VSB=0）时的阈值电压VT0，其中，衬底掺杂浓度NA=31017cm-3，多晶硅栅掺杂浓度为ND=1020cm-3，栅氧化物厚度为tox=22，氧化层交界面的单位面积固定电荷为Nox=21010cm-2。,体效应对阈值电压的影响,NMOS器件的电流-电压关系,线性区,线性区,电流-电压关系,饱和区,饱和区,电流-电压关系 电流饱和 沟道调制,长沟道器件的电流电压关系,深亚微米器件的电流电压关系,深亚微米器件的电流电压关系,载流子的速度-电场曲线,4

3、00K时载流子漂移的速度-电场关系,饱和速度,T=400K时，电子和空穴的饱和速度 vsat=8106cm/s 电子的临界电场 Ecn=6104 V/cm 空穴的临界电场 Ecp=24104 V/cm T=300K时，电子和空穴的饱和速度 vsat107cm/s vsat与Ec之间的关系,短沟道器件的电流电压关系,饱和电压 线性区 饱和区,PMOS与NMOS对比,由于速度饱和短沟道器件的饱和区范围更大,0,0.5,1,1.5,2,2.5,0,1,2,3,4,5,6,x 10,-4,V,DS,(V),I,D,(A),VGS= 2.5 V,VGS= 2.0 V,VGS= 1.5 V,VGS= 1.

4、0 V,0.25m CMOS工艺NMOS ID-VDS特性,长沟道（Ld=10m）,短沟道（Ld=0.25m）,0.25m CMOS工艺NMOS ID-VGS特性,平方,平方,线性,长沟道（Ld=10m）,短沟道（Ld=0.25m）,0.25m CMOS工艺PMOS ID-VDS特性,假设所有变量为负！,VGS = -1.0V,VGS = -1.5V,VGS = -2.0V,VGS = -2.5V,亚阈值电流,晶体管工作区域小结,强反型 VGS VT 线性（阻性）VDS 1 电源提供最大电流大于寄生晶体管所需的维持电流,消除自锁现象的措施,减小电阻RS、RW，降低寄生晶体管的电流放大倍数NPN

5、PNP 版图设计方面：隔离环；伪收集；加多电源接触孔；加大地线接触孔；加粗电源线和地线 施以重掺杂可以降低PNP管的PNP 对NPN管，深阱扩散，增加基区宽度,消除自锁现象的措施,倒转阱结构，阱的纵向杂质分布与一般的扩散法相反，高浓度区在阱底 为了降低RS，可采用N+-SI上外延NSI作为衬底 阱下加入P+埋层，阱的横向电阻RW、电流放大倍数NPN大大降低。,马雷凯:专题讨论(2011-9-30),(1)基于逻辑强度的数电高速设计 (2) The Measurement of Series and Shunt Resistances of the Silicon Solar Cell Based on LabVIEW (国际会议介绍),专题讨论课,(3)深亚微米