《集成电路中的元器》.ppt

模拟集成电子学
模拟集成电子学
第二章
集成电路中的元器件
模拟集成电子学
目录
第二节 集成电路中的二极管、
双极型晶体管、MOSFET
第一节 集成电路中的电容、
电子学
第一节 集成电路中的电容、电阻和电感
运放实现的有源等效电感
=>
(1)
模拟集成电子学
第一节 集成电路中的电容、电阻和电感
运放为理想，增益A无穷大，输入电流为0
=>
=>
可得
因为
所以
因为
可得等效电感
模拟集成电子学
(2)
运放实现的有源等效电感
第一节 集成电路中的电容、电阻和电感
=>
模拟集成电子学
运放为理想，增益A无穷大，输入电流为0
｛｝
(1)
(2)
由（2）
代入（1）
可得
所以
电感的Q值：
第一节 集成电路中的电容、电阻和电感
模拟集成电子学
第二节 集成电路中的二极管、
双极型晶体管、MOSFET
模拟集成电子学
第二节 集成电路中的二极管、双极型晶体管、MOSFET

NPN
PNP
P衬底 N 外延双极工艺
在n阱CMOS工艺中的pnp
模拟集成电子学
第二节 集成电路中的二极管、双极型晶体管、MOSFET

MOSFET
N沟
P沟
N型增强
N型耗尽
P型增强
P型耗尽
模拟集成电子学
第二节 集成电路中的二极管、双极型晶体管、MOSFET
N沟
P沟
N型增强
N型耗尽
P型增强
P型耗尽
表示方法
以上是三端器件；集成电路中用通常是四端器件！
NMOS结构 的立体结构
PMOS管结构
目前，SMIC（中芯国际）的40nm工艺，包括三种阈电压的MOS管（、），1P10M，采用Low-k ()的铜互连。
模拟集成电子学
第三章 集成电路中的器件模型
模拟集成电子学
建立方法：
。
“黑盒子”而从其端口出发建立模型特性。
模拟集成电子学
集成电路中的器件模型
——大信号范围内适合，也叫大 信号模型。
——小信号时适合。
——加上各种寄生元件而生成。
。
分类：
模拟集成电子学
集成电路中的器件模型

饱和电流
——面积因子
模拟集成电子学
集成电路中的器件模型

直流模型
晶体管传输饱和电流
交流小信号模型
（考虑各种电容的影响）
集成电路中的器件模型

SPICE Model
LEVEL=1 Shichman-Hodges(SH方程) model
LEVEL=2 考虑了二阶效应
LEVEL=3 半经验模型
LEVEL=4 短沟道模型（BSIM3)
模拟集成电子学
集成电路中的器件模型
LEVEL1(以NMOS为例)
（ 开启电压）
（ ， ）
（ ， ）
（ ）
其中
模拟集成电子学
集成电路中的器件模型

L为沟道长度
L’为有效长度
L0栅对源、漏
覆盖长度
模拟集成电子学
集成电路中的器件模型
欧姆区：
沟道中的n型反型层与衬底之间的电容
模拟集成电子学
集成电路中的器件模型
饱和区：
模拟集成电子学
集成电路中的器件模型
(低频、高频)
截止区：
欧姆区： 小信号时通常不工作在欧姆区。
饱和区：
强反型所需的栅压
体阈值参数
MOS和双极型器件性能比较
跨导
对MOS器件,
若Ic=1mA, 室温下kT/q=,
则
对双极器件,
可以画出低频小信号等效电路
加上电容可以得到高频小信号等效电路
模拟集成电子学
集成电路中的器件模型
4. MOS管的亚阈值区特性
应用：（1）低功耗时
（2）利用指数关系
（3）低速电路
模拟集成电子学

a）ESD（Electro-Static-Discharge）
b）Latch-up effect
集成电路中的器件模型
模拟集成电子学
a）集成电路中管脚的静电保护电路
集成电路中的器件模型
模拟集成电子学
b）闩锁效应
闩锁效应是由NMOS的有源区、P衬底、N阱、PMOS的