[工学]CHAP02 CMOS技术、CMOS器件模型.ppt

⑵MOS电容 ⑶多晶与体硅之间的电容（PIS） ⑷双多晶电容（PIP） ⑸MOS器件作电容 由于MOS管中存在着明显的电容结构，因此可以用MOS器件制作成一个电容使用。 ⑹金属与多晶电容（MIP） ②电阻 电阻是模拟电路的最基 本的元件，电阻的大小 一般以方块数来表示。 式中R□为单位方块电阻 值，L和W分别是指电阻 的长度与宽度。Ｌ／Ｗ 为方块数。 练习题： 电阻的计算： 假设多晶硅电阻的ρ=9*10-4Ωcm，厚度为3000?，Ｗ＝0.8μm，Ｌ＝20μm．求方块电阻，方块数和电阻值． ⑴源/漏扩散电阻 ⑵P阱（N阱）扩散电阻 ⑶注入电阻 ⑷多晶电阻 ⑸薄膜电阻 NMOS和CMOS的金属栅与硅栅工艺，需要额外的工艺步骤，通过溅射方法把Ni-Cr、Cr-Si或钼按一定比例成分淀积在硅片的绝缘层上实现。 CHAP02-2 CMOS器件模型 ⒈简单的MOS管大信号模型 大信号模型：在直流偏置下的模型。 * * CHAP02-1 CMOS技术 ⒈基于MOS半导体制造工艺 ①生产所需类型衬底的硅圆片工艺。 ②确定半导体部件区域的光刻工艺。 ③向芯片中增加材料的氧化、淀积、扩散和离子注入工艺。 ④去除芯片上的材料的刻蚀工艺。 Si晶圆片（wafer） 氧化工艺 基本工艺的第一步。 是在硅晶圆的表面形成二氧化硅（SiO2）的工艺。 有干氧和湿氧两种方法。 扩散工艺 第二个基本工艺。 是一种杂质原子由材料表面向材料内部运动的过程。 分为无穷杂质源和有限杂质源。 离子注入工艺 第三个基本工艺步骤。广泛应用于MOS元件的制造。 是特殊掺杂杂质的离子由电场加速至很高的速度并注入半导体材料中的工艺。 可以用离子注入代替扩散。 优点：①掺杂精确控制；②室温工艺；③可薄层注入。 沉积工艺 第四个基本工艺。 是把多种不同材料的薄膜层沉积到硅晶圆上。 包括蒸发沉积、溅射沉积、化学气相沉积。 刻蚀工艺 半导体制造的最后一个工艺步骤。 是去除被暴露材料（未保护）的工艺。 光刻工艺 完成加工区域选择的工艺。 CMOS反相器的电路和版图 ⒉MOS管 ①MOS管符号 ②MOS管工作原理 ③有关公式 ④阈值电压VT ⑴克服接触电势 ⑵克服衬底表面电荷 ⑶克服SiO2介质上的压降 ⑷形成反型层 ⑴器件的阈值电压主要通过改变衬底掺杂浓度、衬底表面浓度或改变氧化层中的电荷密度来调整。 ⑵在实际设计过程中，常通过改变多晶与硅之间的接触电势即：在沟道中注入杂质，或通过对多晶硅掺杂金属的方法来调整阈值电压。 ⑤I/V特性 忽略二次效应，NMOS管导通时的萨氏方程为： ⑥NMOS管的电流方程 NMOS管在截止区、线性区、恒流区的电流方程： ⒊二级效应 MOS管分析中不可缺少的二级效应有： ①衬底偏置效应 ②沟道长度调制效应 ③亚阈值导通效应 ①衬底偏置效应 前面讨论的都是假设衬底和源都是接地的。 以NMOS为例，假设VS=VD=0，而且VG略小于VTH以使栅下形成耗尽层但没有反型层存在。当VB变得更负时，将有更多的空穴被吸引到衬底电极。而同时留下大量的负电荷，耗尽层变得更宽了。 阈值电压是耗尽层电荷总数的函数，因为在反型层形成之前，栅极电荷必定镜像Qd。因此，随着VB的下降， Qd增加， VTH也增加。这就称为“体效应”或“背栅效应”。 ②沟道长度调制效应 在饱和时沟道会发生夹断，且夹断点的位置随栅漏之间的电压差的增加而往源极移动，即有效沟道长度L’实际上是VDS的函数。这种由于栅源电压变化引起沟道有效长度改变的效应称为“沟道调制效应”。 练习题： 求解阈值电压： 已知n+硅栅n沟道管参数：tox=200 ，NA=3×1016cm－3，栅掺杂ND=4×1019cm－3，设在氧化硅接触面上单位面积正电荷离子数为1010cm－2，求阈值电压和体效应因子。 ⒋无源元件 在模拟集成电路中的无源器件主要是指电阻、电容。 ①电容 在MOS模拟集成电路中，电容也是一个不可或缺的元件，由于其易于与MOS器件相匹配，且制造较易，匹配精度比电阻好，所以得到了较广泛的应用。 ⑴PN结电容 *