6.1 無源器件結(jié)構(gòu)及模型

第6章集成電路器件及SPICE模型26.1無源器件結(jié)構(gòu)及模型6.2二極管電流方程及SPICE模型6.3雙極型晶體管電流方程及SPICE模型6.4結(jié)型場效應(yīng)管JFET模型6.5MESFET模型6.6MOS管電流方程及SPICE模型6.1無源器件結(jié)構(gòu)及模型3集成電路中的無源元件包括:互連線、電阻、電容、電感、傳輸線等6.1.1互連線互連線設(shè)計(jì)應(yīng)該注意以下方面：大多數(shù)連線應(yīng)該盡量短最小寬度保留足夠的電流裕量多層金屬趨膚效應(yīng)（微波和毫米波）寄生效應(yīng)45圖6.1簡單長導(dǎo)線的寄生模型

6圖6.3復(fù)雜互連線的寄生電容6.1.2電阻實(shí)現(xiàn)電阻有三種方式：1.晶體管結(jié)構(gòu)中不同材料層的片式電阻（不準(zhǔn)確）2.專門加工制造的高質(zhì)量高精度電阻3.互連線的傳導(dǎo)電阻7圖6.4(a)單線和U-型電阻結(jié)構(gòu)

(b)它們的等效電路8阻值計(jì)算最小寬度6.1.3電容在高速集成電路中，有多種實(shí)現(xiàn)電容的方法：1）利用二極管和三極管的結(jié)電容；2）利用圖6.8所示的叉指金屬結(jié)構(gòu)；9圖6.8叉指結(jié)構(gòu)電容圖6.9

MIM結(jié)構(gòu)電容

103）利用圖6.9所示的金屬-絕緣體-金屬(MIM)結(jié)構(gòu)；4）利用類似于圖6.9的多晶硅/金屬-絕緣體-多晶硅(PIP)結(jié)構(gòu)；6.1.4電感集總電感11

圖6.10單匝線圈版圖

a，w取微米單位

式中：ri=螺旋的內(nèi)半徑，微米，r0=螺旋的外半徑，微米，N=匝數(shù)。12多匝螺旋形線圈電感值計(jì)算公式為：

電感等效電路13電感精度：電感模型傳輸線電感獲得單端口電感的另一種方法是使用長度l<1/4λ波長的短電傳輸線(微帶或共面波導(dǎo))或使用長度在l/4λ<l<l/2λ范圍內(nèi)的開路傳輸線。短路負(fù)載：開路負(fù)載：6.1.5分布參數(shù)元件集總元件和分布元件隨著工作頻率的增加，一些諸如互連線的IC元件的尺寸變得很大，以致它們可以與傳輸信號的波長相比。這時(shí)，集總元件模型就不能有效地描述那些大尺寸元件的性能，應(yīng)該定義為分布元件。

15微帶線16圖6.11典型微帶線的剖面圖和覆蓋鈍化膜的微帶線微帶線設(shè)計(jì)需要的電參數(shù)主要是阻抗、衰減、無載Q、波長、遲延常數(shù)。阻抗計(jì)算

微帶線的衰減α由兩部分組成：導(dǎo)線損耗和介質(zhì)損耗形成微帶線的基本條件是，介質(zhì)襯底的背面應(yīng)該完全被低歐姆金屬覆蓋并接地，從而使行波的電場主要集中在微帶線下面的介質(zhì)中。17w/h<1w/h>1共面波導(dǎo)(CPW)18圖6.12常規(guī)共面波導(dǎo)與雙線共面波導(dǎo)CPW的阻抗計(jì)算由ZL計(jì)算CPW的