[工学]5-电阻、电容、MOS管.ppt

第5章 电阻、电容、MOS管 主讲教师：任建 5.1电阻 Ppm/℃=10-6/℃ Parts Per million per degree C 一.温度系数 电阻的一阶温度系数 电阻的温度特性： SPICE还采用二阶部分模拟电阻的温度特性： 在手算时，我们假设TCR2为0。 例5-1 利用表4-1中的值，试估算在0℃到100℃的变化范围内长为100、宽为5的N阱电阻的最小值和最大值。用SPICE验证手算的结果。 N阱方块电阻的阻值约为500Ω/方块（27 ℃ 条件下）。本例中电阻（20方块）在27 ℃下的值为10kΩ。温度系数为2400ppm/ （=0.0024）。于是可得： Rmin=10000·〔1+0.0024·（0-27）〕=9.35k Ω Rmax=10000·〔1+0.0024·（100-27）〕=11.75k Ω 二.温度系数的极性 正温度系数：电阻值随着温度的升高而增加(因为迁移率的下降的速度比载流子浓度增加的速度要快) 负温度系数：电阻值随着温度的升高而减小(因为载流子浓度随温度增加的速度更快) 三.电压系数 电阻的电压系数： 电阻和电压之间的函数关系为： R(V0)是指在V0电压下电阻的值。对N阱电阻而言，VCR1的典型值是8000ppm/V 例5-2 试估算所施加的平均电压值为0V、5V和10V情况下N阱电阻的平均电阻值，该电阻在27℃是的典型值为50kΩ。 R(0)=10000·(1+0.008 ·0)=10kΩ R(5)=10000·(1+0.008 ·5)=10.4kΩ R(10)=10000·(1+0.008 ·10)=10.8kΩ 例5-3对图5-3中所示电路的Vout因VCR而发生的变化和因TCR而发生的变化进行比较。 对于温度控制，有： 对电压控制，有： 四.采用单位元件 五.保护环 所有精确电路都会受到衬底噪声的影响。 衬底噪声：是由于临近的电路部分互相之间注入电流引起的。 减少衬底噪声的最简单的方法就是在两部分电路之间放置P+注入。衬底接触将除去注入载流子，并能理想地使衬底电位保持在一个固定的值。由于注入画成了环形，所以通常将它们称作保护环（Guard Ring）。 六.叉指版图 两个不同电阻之间的匹配特性可通过采用下图所示 的版图设计来改善。这类电阻被称之为叉指电阻。 七.共质心版图 共质心（相同的中心）版图有助于改善两个电阻 之间的匹配特性（代价是两个元件之间的寄生情 况不平均）。 4个匹配电阻（或元件的共质心版图） 例5-4假设“叉指版图和共质心版图”左侧的单位电 阻A的归一化阻值为5kΩ。如果方块电阻沿版图 从左至右成现行变化，最终的电阻值是5.07kΩ， 将差值版图与共质心版图进行比较。 由于版图中方块电阻的阻值变化是线性的，那么 第二个电阻阻值为5.01kΩ，第三个电阻为 5.02kΩ，依次类推。 电阻A的阻值为： RA=5.0+5.02+5.04+5.06=20.12kΩ 电阻B的阻值为： RB=5.01+5.03+5.05+5.07=20.16kΩ 而对于共质心版图，电阻A的阻值为： RA=5.0+5.03+5.04+5.07=20.14kΩ 电阻B的阻值为： RB=5.01+5.02+5.05+5.06=20.14kΩ 八.陪元件 在光刻胶下方的边缘处，外侧单位单元和内侧单位单元最终的扩散程度是不一样的。这一差别就导致了单位电阻之间的不匹配。为了弥补这一影响，可以在叉指版图或共质心版图中添加陪元件。 九.多晶硅电阻 1.电阻版图绘制经验 由于多晶硅制作在FOX顶部，相对于其它制作在体区中的电阻具有更好的匹配特性、温度特性、电压系数等 电阻的宽度和长度至少分别为工艺最小特征尺寸的10倍和100倍 电阻的自加热主要是因为电阻中的电流密度不同，因此相同阻值的电阻大面积比小面积更容易散热 大线宽和长度并带有大量金属孔的电阻可以减小金属/阻性材料间接触电阻 2.电导调制效应及其避免措施 阻性材料上布设金属层会引起电导调制效应及当金属电势高于下层电阻电势时，电子被吸引到电阻表面，引起局部电阻率下降。 避免措施：避免在电阻上方布设金属； 增加电阻与金属线间的距离； 插入接地的屏蔽层。 3.电阻匹配 共质心结构增强工艺匹配度 连线电阻阻值相等，避免工艺梯度的影响 5.2电容 在CMOS工艺中，可能会另外再采用一 层多晶硅层，把它称作poly2，利用它形成 电容poly-poly电容、形成MOS管，或是 制作浮栅器件。 一.poly-poly电容版图 两层poly之间的硅氧化物介质层的厚度大致与MOS管中栅氧（GOX）的厚