雙極集成器件和電路設(shè)計(jì).ppt

1、4.2 雙極集成器件和電路設(shè)計(jì),4.2.1雙極晶體管的寄生參數(shù),雙極型晶體管等效電路模型,1.集電區(qū)電阻 在飽和狀態(tài)下，集電區(qū)電阻的壓降可能大于本征器件的飽和壓降 降低集電區(qū)電阻的措施 2.基區(qū)電阻 由基區(qū)的擴(kuò)散薄層形成 3.電容 發(fā)射結(jié)電容，集電極電容，襯底結(jié)電容,4.2.2 縱向結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 1.集電區(qū)材料的選擇 兩個(gè)參數(shù)：外延層摻雜濃度和外延層的厚度 外延層摻雜濃度對(duì)數(shù)字電路主要考慮對(duì)Rc的影響，對(duì)模擬電路主要考慮擊穿電壓的影響。 外延層的厚度由集電極結(jié)深xjs、集電結(jié)最大耗盡層寬度xmc、襯底結(jié)雜質(zhì)反擴(kuò)散深度決定。,2.基區(qū)寬度Wb的選擇 晶體管的基區(qū)寬度Wb是縱向結(jié)構(gòu)中最重要的參數(shù)之一。

2、基區(qū)的下限由集電極擊穿電壓伸入基區(qū)側(cè)的集電結(jié)耗盡層寬度決定。XmbWb。 （1）大功率管，采用寬基區(qū)結(jié)構(gòu)。 （2）超晶體管用窄基區(qū)結(jié)構(gòu)，可以用基區(qū)輸運(yùn)系數(shù)*確定最大Wb值。,3.發(fā)射結(jié)結(jié)深和集電極結(jié)深 對(duì)于一般的雙極集成電路： Xjc:2.53um, xje:12um 4.基區(qū)和發(fā)射區(qū)表面摻雜濃度 為了保證發(fā)射效率，要求發(fā)射區(qū)表面濃度應(yīng)比基區(qū)表面濃度高兩個(gè)數(shù)量級(jí)。 發(fā)射區(qū)表面濃度：51020/cm3 基區(qū)表面濃度：51018/cm3,橫向結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)就是根據(jù)器件參數(shù)指標(biāo)要求，確定管芯的平面幾何圖形及其有關(guān)尺寸，即光刻版的圖形結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。 1.發(fā)射極總周長(zhǎng)的選擇 考慮光刻精度、大電流時(shí)的發(fā)射極集邊效應(yīng)

3、 2.集電結(jié)邊緣到隔離墻間尺寸的選擇 考慮隔離、集電極的雜質(zhì)橫向擴(kuò)散 考慮隔離、集電極反偏時(shí)最大耗盡層寬度,4.2.3 橫向結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu),在制造掩膜版時(shí)，要賦予設(shè)計(jì)規(guī)則。 這些規(guī)則主要考慮了制版設(shè)備可實(shí)現(xiàn)的最細(xì)線條和最小線條的間距；光刻可形成的最細(xì)線條和最小線距等因素。為了使設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)化，C.Mead和L.Conway在80年代初提出了“”設(shè)計(jì)規(guī)則。它將版圖規(guī)定尺寸均取為的整數(shù)倍。 舉例：,3. 版圖設(shè)計(jì)規(guī)則(設(shè)計(jì)規(guī)則),(1)引線孔最小尺寸22 (2)金屬條2，擴(kuò)散條2，隔離槽最小寬度2 (3)基區(qū)各邊覆蓋發(fā)射區(qū)的最小富余量，擴(kuò)散區(qū)對(duì)引線孔各邊留有的富余量不小于。 (4)n+埋層和P+隔離間的最小

4、間距4，其余最小間距為2。,4.2.4 按比例縮小原則,按比例縮小原則指當(dāng)器件版圖設(shè)計(jì)尺寸縮小時(shí)，器件的各種性能和芯片面積也按一定的規(guī)律變化。 目前有三種按比例縮小原則,即：恒定電場(chǎng)按比例縮小原則（簡(jiǎn)稱(chēng)CE原則），恒定電壓按比例縮小原則（簡(jiǎn)稱(chēng)CV原則），準(zhǔn)恒定電壓按比例縮小原則（簡(jiǎn)稱(chēng)QCE原則）。 按按比例縮小原則可正確指導(dǎo)設(shè)計(jì)者正確和合理考慮尺寸和性能的關(guān)系，依據(jù)此關(guān)系可減小版圖再設(shè)計(jì)時(shí)間和費(fèi)用，提高設(shè)計(jì)效率和電路性能。,恒定電場(chǎng)按比例縮小原則CE對(duì)MOS管的影響,幾何尺寸 1/a 功率密度 1 電源及邏輯電壓 1/a 功率-延遲乘積 1/ a3 縱向尺寸 1/a 內(nèi)連線電阻 a,1.縱向p

5、np管 直流和交流特性不如npn管，制造簡(jiǎn)單，集電極必須接電路的最低電位。,4.2.5 雙極pnp晶體管及設(shè)計(jì),2. 橫向pnp管 使用最廣泛，集電極不要求接最低電位，恒流源、有源負(fù)載電路、和npn形成互補(bǔ)結(jié)構(gòu)。,(1)多電極設(shè)計(jì) 大電流應(yīng)用,4.2.6 雙極集成電路版圖設(shè)計(jì),(2)隔離墻可以公用 (3)集電極在一起的晶體管可以共用一個(gè)隔離阱,但必須用大隱埋層使集電區(qū)公用 (4)可以增加集電極和基極間的距離,以便在布線時(shí)允許金屬線穿過(guò)晶體管,不允許金屬線在發(fā)射極和基極間穿過(guò) (5)如果要求兩晶體管參數(shù)一致,應(yīng)采取同一版圖取向. (6)金屬線可以橫跨電阻,(7)如果要求電阻精度高,電阻兩端頭應(yīng)放在非對(duì)稱(chēng)方向 (8)所有電阻可以放在同一阱內(nèi),用同一埋層. (9)如不考慮寄生效應(yīng),電阻與晶體管可放置在同一阱內(nèi),(10)可以用發(fā)射區(qū)n+擴(kuò)散電阻作為連線. (11)電阻若出現(xiàn)拐角設(shè)計(jì),拐角的等方系數(shù)為0.59 (12)金屬覆蓋層應(yīng)大于接觸孔,一般應(yīng)超過(guò)25um (13)壓焊點(diǎn)應(yīng)放置在芯片的四周,每個(gè)壓焊點(diǎn)邊長(zhǎng)應(yīng)為80um,壓焊點(diǎn)之間的間距應(yīng)大于10um,壓焊點(diǎn)至內(nèi)部金屬連線的最短距離應(yīng)大于25um,4.2.7 版圖設(shè)計(jì)實(shí)例,8輸入端6管雙極TTL電路,1 確定工藝條件 P型硅襯底，埋層銻擴(kuò)散，外延層N型，PN結(jié)隔離，基區(qū)硼擴(kuò)散，