CMOS集成電路設(shè)計基礎(chǔ)資料.ppt

1、互補金屬氧化物半導(dǎo)體集成電路的設(shè)計是基于金屬氧化物半導(dǎo)體器件、金屬氧化物半導(dǎo)體器件和NMOS管的簡化結(jié)構(gòu)，它制作在P型襯底上(P型襯底，也稱為體或體，為了區(qū)別于源極，襯底用b表示)，兩個重摻雜n區(qū)形成源區(qū)和漏區(qū)，重摻雜多晶硅區(qū)(多晶硅)作為柵極，用一層薄的二氧化硅絕緣層將柵極與襯底隔離。NMOS管的有效作用發(fā)生在柵氧化層下襯底表面的導(dǎo)電溝道上。由于源-漏結(jié)的橫向擴散，柵-源和柵-漏具有重疊長度LD，因此導(dǎo)電溝道的有效長度(Leff)將小于布局中繪制的導(dǎo)電溝道的總長度。我們將使用l表示導(dǎo)電溝道的有效總長度Leff，w表示溝道寬度。寬長比和氧化層厚度對金屬氧化物半導(dǎo)體管的性能非常重要。金屬氧化物半

2、導(dǎo)體技術(shù)發(fā)展的主要驅(qū)動力是在保證電性能參數(shù)不降低的前提下，逐代減小溝道長度和氧化層厚度。為了使金屬氧化物半導(dǎo)體管的電流只沿導(dǎo)電溝道的表面流動，而不產(chǎn)生垂直于襯底的附加電流，必須在源區(qū)、漏區(qū)、溝道和襯底之間形成反向偏置的PN結(jié)隔離。因此，NMOS管的襯底B必須連接到系統(tǒng)的最低電位點(例如，“地”)，而PMOS管的襯底B必須連接到系統(tǒng)的最高電位點(例如，正功率UDD)?；宓倪B接如圖(a)和(b)所示。襯底連接、N阱和PMOS。在互補金屬氧化物半導(dǎo)體管中，NMOS管和PMOS管是在同一襯底上制作的，因此必須為PMOS管制作一個稱為“阱”的“局部襯底”。金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管的通用符號，金屬氧化物半

3、導(dǎo)體晶體管的電流-電壓特性，工作在恒定電流區(qū)的NMOS晶體管和PMOS晶體管的傳輸特性，其中UTHN(UTHP)是導(dǎo)通電壓或閾值電壓。在半導(dǎo)體物理學(xué)中，當界面反型層的電子濃度等于P型襯底的多重濃度時，NMOS的UTHN被定義為柵極電壓。這與許多因素有關(guān)，如材料、摻雜濃度、柵氧化層電容等。在器件制造過程中，也可以通過將雜質(zhì)注入溝道區(qū)來控制閾值電壓，以改變氧化物層表面附近的襯底的摻雜濃度。工作在恒流區(qū)的金屬氧化物半導(dǎo)體管的漏極電流和柵極電壓之間的關(guān)系為平方律。當柵極電壓超過閾值電壓UTHN后，電流開始出現(xiàn)，柵極電壓uGS越大，漏極電流越大，表明柵極電壓對漏極電流有明顯的控制作用。漏極電壓UDS對漏極電流ID的控制效果基本上分為兩個部分，即線性區(qū)域和飽和區(qū)域。為了不與雙極晶體管的飽和區(qū)相混淆，我們把金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管的飽和區(qū)稱為恒流區(qū)，以表示偏微分方程增加和電流基本恒定的特性。線性區(qū)域和恒流區(qū)域由預(yù)箝位斷點的連接線(圖中虛線所示)界定。當柵極電壓UGS不變時，溝道將如圖所示隨著偏微分方程由小變大而