第二章集成電路中的元器件及其寄生效應

1、微電子中心微電子中心HMECHMEC集成電路設計原理集成電路設計原理2005年年7月月 來逢昌來逢昌 2022-5-27HIT Micro-Electronics Center1第二章第二章 集成電路中的元器件集成電路中的元器件及其寄生效應及其寄生效應 元器件是組成集成電路的基本元元器件是組成集成電路的基本元素，其結(jié)構(gòu)和性能直接決定著集成電素，其結(jié)構(gòu)和性能直接決定著集成電路的性能。路的性能。微電子中心微電子中心HMECHMEC集成電路設計原理集成電路設計原理2005年年7月月 來逢昌來逢昌 2022-5-27HIT Micro-Electronics Center22-1 集成電路中的集成電路

2、中的NPN晶體管晶體管微電子中心微電子中心HMECHMEC集成電路設計原理集成電路設計原理2005年年7月月 來逢昌來逢昌 2022-5-27HIT Micro-Electronics Center3 思考題思考題1.集成集成NPN管與分立管與分立NPN管有什么不同？管有什么不同？2.有源寄生效應有何影響？如何減小或有源寄生效應有何影響？如何減小或消除？消除？3.無源寄生有何影響？無源寄生有何影響？4.NPN管常用圖形各自的特點是什么？管常用圖形各自的特點是什么？微電子中心微電子中心HMECHMEC集成電路設計原理集成電路設計原理2005年年7月月 來逢昌來逢昌 2022-5-27HIT Mi

3、cro-Electronics Center42.1.1 集成集成NPNNPN晶體管的結(jié)構(gòu)晶體管的結(jié)構(gòu)E(N+)B(P)C(N)NPNS(P)PNP平面圖平面圖P-SubN-epiP+P+PN+N+CEB剖面圖剖面圖EBCSN+PNP等效結(jié)構(gòu)圖等效結(jié)構(gòu)圖等效電路圖等效電路圖微電子中心微電子中心HMECHMEC集成電路設計原理集成電路設計原理2005年年7月月 來逢昌來逢昌 2022-5-27HIT Micro-Electronics Center52.1.2 集成集成NPNNPN晶體管與分立晶體管與分立NPNNPN晶體管的差別晶體管的差別P-SubN-epiP+P+PN+N+CEBE(N+)B

4、(P)C(N)NPNS(P)PNP（1）四層三結(jié)結(jié)構(gòu)，構(gòu)四層三結(jié)結(jié)構(gòu)，構(gòu)成了一個寄生的成了一個寄生的PNP晶體管（有源寄生）晶體管（有源寄生）（2）電極都從上表面引電極都從上表面引出，造成電極的串聯(lián)出，造成電極的串聯(lián)電阻和電容增大（無電阻和電容增大（無源寄生）源寄生）微電子中心微電子中心HMECHMEC集成電路設計原理集成電路設計原理2005年年7月月 來逢昌來逢昌 2022-5-27HIT Micro-Electronics Center62.1.3 集成集成NPNNPN晶體管的有源寄生效應晶體管的有源寄生效應 （1）NPN晶體管正向有源時晶體管正向有源時P-SubN-epiP+P+PN+N

5、+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觸發(fā)，電流巨被觸發(fā)，電流巨增，將燒毀芯片。增，將燒毀芯片。微電子中心微電子中心HMECHMEC集成電路設計原理集成電路設計原理2005年年7月月 來逢昌來逢昌 2022-5-27HIT Micro-Electronics Center642.7.4 寄生可控硅寄生可控硅閂鎖效應閂鎖效應2. 消除閂鎖效應措施消除閂鎖效應措施版圖設計版圖設計RSRWIRSIRWVDDGNDVON-P-VO（1）減小減小RS和和RW ：均勻且均勻且充分設計阱和襯底的電源和充分設計阱和

6、襯底的電源和地的歐姆接觸，并用金屬線地的歐姆接觸，并用金屬線連接，必要時采用環(huán)結(jié)構(gòu)。連接，必要時采用環(huán)結(jié)構(gòu)。VDDGNDVoViP-SubN-阱阱p+p+p+n+n+n+RWRS微電子中心微電子中心HMECHMEC集成電路設計原理集成電路設計原理2005年年7月月 來逢昌來逢昌 2022-5-27HIT Micro-Electronics Center652.7.4 寄生可控硅寄生可控硅閂鎖效應閂鎖效應2. 消除閂鎖效應措施消除閂鎖效應措施版圖設計版圖設計RSRWIRSIRWVDDGNDVON-P-VO（2）減小減小npnnpn和和pnppnp ：加大加大MOS管源漏區(qū)距阱邊界的距離，管源漏區(qū)

7、距阱邊界的距離，必要時采用偽收集極結(jié)構(gòu)。必要時采用偽收集極結(jié)構(gòu)。VDDGNDVoViRSViP-SubN-阱阱p+p+p+n+n+n+RWn+p+n+N-阱阱微電子中心微電子中心HMECHMEC集成電路設計原理集成電路設計原理2005年年7月月 來逢昌來逢昌 2022-5-27HIT Micro-Electronics Center662.7.4 寄生可控硅寄生可控硅閂鎖效應閂鎖效應2. 消除閂鎖效應措施消除閂鎖效應措施工藝、測試、應用工藝、測試、應用（1）增加阱的結(jié)深增加阱的結(jié)深 （2）采用外延襯底采用外延襯底（3）采用外延襯底時，采用外延襯底時，同時可采用埋層方法，增同時可采用埋層方法，增

8、加阱的結(jié)深，型層減速場。加阱的結(jié)深，型層減速場。（4）電源退耦，穩(wěn)定電源電源退耦，穩(wěn)定電源（5）輸入信號不能過高輸入信號不能過高（6）負載電容不易過大負載電容不易過大（7）電源限流電源限流VDDGNDVoViRSViP-SubN-阱阱p+p+p+n+n+n+RWn+p+n+N-阱阱微電子中心微電子中心HMECHMEC集成電路設計原理集成電路設計原理2005年年7月月 來逢昌來逢昌 2022-5-27HIT Micro-Electronics Center672.7.5 習題習題1.說明說明CMOS集成電路中的閂鎖效集成電路中的閂鎖效應和抗閂鎖措施。應和抗閂鎖措施。2.說明消除寄生說明消除寄生M

9、OS管影響的措施。管影響的措施。微電子中心微電子中心HMECHMEC集成電路設計原理集成電路設計原理2005年年7月月 來逢昌來逢昌 2022-5-27HIT Micro-Electronics Center682-8 電容器電容器微電子中心微電子中心HMECHMEC集成電路設計原理集成電路設計原理2005年年7月月 來逢昌來逢昌 2022-5-27HIT Micro-Electronics Center69 思考題思考題1.形成電容的方式有哪些？各自的特點是形成電容的方式有哪些？各自的特點是什么？什么？2.各種結(jié)構(gòu)電容的電容值如何計算？各種結(jié)構(gòu)電容的電容值如何計算？3.設計電容時應該考慮哪些

10、因素？設計電容時應該考慮哪些因素？微電子中心微電子中心HMECHMEC集成電路設計原理集成電路設計原理2005年年7月月 來逢昌來逢昌 2022-5-27HIT Micro-Electronics Center702.8.1 PN結(jié)電容結(jié)電容N-epiP+P+PN+BAP-SubN+CjCjsBAGNDRbRcsP+P+P+N+BAP-SubN+Cj1CjsBAGNDRbRcsCj2Re應考慮：應考慮：1.單位面積單位面積電容容量電容容量2.電極的串電極的串聯(lián)電阻聯(lián)電阻3.工作電壓工作電壓及電壓極性及電壓極性微電子中心微電子中心HMECHMEC集成電路設計原理集成電路設計原理2005年年7月月

11、 來逢昌來逢昌 2022-5-27HIT Micro-Electronics Center712.8.2 MOS電容電容N-epiP+P+N+P-SubBABACMOSCJSDSCBACMOSCDP-SubBAn+反型層或埋反型層或埋n+NMOS,PMOSCMOS= sio2 otoxA微電子中心微電子中心HMECHMEC集成電路設計原理集成電路設計原理2005年年7月月 來逢昌來逢昌 2022-5-27HIT Micro-Electronics Center722-9 電阻器電阻器微電子中心微電子中心HMECHMEC集成電路設計原理集成電路設計原理2005年年7月月 來逢昌來逢昌 2022-

12、5-27HIT Micro-Electronics Center73 思考題思考題1.形成電阻的方式有哪些？各自的特點形成電阻的方式有哪些？各自的特點是什么？是什么？ 2.各種結(jié)構(gòu)電阻的電阻值如何計算？各種結(jié)構(gòu)電阻的電阻值如何計算？3.設計電阻時應該考慮哪些因素？設計電阻時應該考慮哪些因素？微電子中心微電子中心HMECHMEC集成電路設計原理集成電路設計原理2005年年7月月 來逢昌來逢昌 2022-5-27HIT Micro-Electronics Center742.9.1 基區(qū)硼擴散電阻基區(qū)硼擴散電阻LLLL1L2L5L7L4L3L6WWWWN-epiP+P+PN+P-SubN+BAVD

13、DABVDDCJCCJSR = RWeffi=1Lin+ 2k1 + ( n - 1 ) k2Weff = W +2mXj微電子中心微電子中心HMECHMEC集成電路設計原理集成電路設計原理2005年年7月月 來逢昌來逢昌 2022-5-27HIT Micro-Electronics Center752.9.2基區(qū)溝道電阻基區(qū)溝道電阻N+N-epiP+P+PN+P-SubN+BAVDDP+P+PN+N+P-SubN-epi阻值大阻值大面積小面積小精度低精度低微電子中心微電子中心HMECHMEC集成電路設計原理集成電路設計原理2005年年7月月 來逢昌來逢昌 2022-5-27HIT Micro

14、-Electronics Center762.9.3 外延層電阻外延層電阻N-epiP+P-SubN-epiP+P+PN+BAN+N+BAN+微電子中心微電子中心HMECHMEC集成電路設計原理集成電路設計原理2005年年7月月 來逢昌來逢昌 2022-5-27HIT Micro-Electronics Center772.9.4 離子注入電阻離子注入電阻N-epiP+P+PN+P-SubN+BAVDDP一般用一般用來制作來制作精度高精度高的大阻的大阻值電阻值電阻微電子中心微電子中心HMECHMEC集成電路設計原理集成電路設計原理2005年年7月月 來逢昌來逢昌 2022-5-27HIT Micro-Electronics Center782.9.5 發(fā)射區(qū)磷擴散電阻發(fā)射區(qū)磷擴散電阻一般用來制作磷橋或小電阻一般用來制作磷橋或小電阻N+N+N-epiP+P-SubN-epiP+P+PBABAN+微電子中心微電子中心HMECHMEC集成電路設計原理集成電路設計原理2005年年7月月 來逢昌來逢昌 2022-5-27HIT Micro-Electronics Center792.9.6 薄膜電阻薄膜電阻一般用來制作精確電阻（激光調(diào)阻）一般用來制作精確電阻（激光調(diào)