《器件与模型》课件.ppt

* 期末复习 第一章 绪论 什么是微电子学，什么是集成电路？集成电路的分类 集成电路的战略地位 集成电路的发展历史 集成电路的发展规律(摩尔定律） 集成电路未来发展和挑战 第2章 制作工艺 图形转换：将设计在掩膜版(类似于照相底片)上的图形转移到半导体单晶片上 掺杂：根据设计的需要，将各种杂质掺杂在需要的位置上，形成晶体管、接触等 制膜：制作各种材料的薄膜 集成电路工艺 图形转换： 光刻：接触光刻、接近光刻、投影光刻、电子束光刻 刻蚀：干法刻蚀、湿法刻蚀 掺杂： 离子注入 退火 扩散 制膜： 氧化：干氧氧化、湿氧氧化等 CVD：APCVD、LPCVD、PECVD PVD：蒸发、溅射 硅锭 晶圆 带芯硅片 芯片 集成电路 成品 切成硅片 通过硅片测试切成芯片 经过20~30道工艺 封装 成品测试 集成电路的制作流程 提供给客户 第3章 器件与模型 一、MOS晶体管 MOS晶体管结构和基本原理 MOS中二级效应 MOS晶体管的模型参数 MOS晶体管的电阻和电容—— MOS管的动态特性 二、集成电阻器 三、集成电容器 四、集成电感器 五、集成电路中的互连线 * 电阻工作区 在点x处所感应出的每单位面积的沟道电荷 Cox：栅氧的单位面积电容 tox：氧化层厚度 Vn(x):载流子的漂移速度 Ｗ：沟道宽度 Ｕn:迁移率的参数 在沟道全长Ｌ上积分得到电压—电流关系 增益因子 当VDS的值较小时，VDS和ID成线性关系，称电阻区或线性区 电流为载流子的漂移速度和所存在电荷的乘积 工艺跨导 饱和区 夹断 ID与VGS间存在平方关系，相当于一个理想电流源，与VDS无关 MOSFET的电流与电压的关系（长沟道） 线性区： 工艺跨导参数 饱和区 沟长调制 第3章 器件与模型 一、MOS晶体管 MOS晶体管结构和基本原理 MOS中二级效应 MOS晶体管的模型参数 MOS晶体管的电阻和电容—— MOS管的动态特性 二、集成电阻器 三、集成电容器 四、集成电感器 五、集成电路中的互连线 第3章 器件与模型 （一）短沟效应 （二）窄沟效应 （三）迁移率变化 （4）速度饱和 短沟道器件经历的饱和区范围更大，更经常工作在饱和状态 （四）沟道长度调制 （1 ）长沟道器件：沟道夹断饱和 （2 ）短沟道器件：载流子速度饱和 （五）、漏感应势垒下降及源漏穿通（DIBL） （六）、器件漏电 （七）、热载流子效应 （八）、体效应：（Body Effect） 第3章 器件与模型 一、MOS晶体管 MOS晶体管结构和基本原理 MOS中二级效应 MOS晶体管的模型参数 MOS晶体管的电阻和电容—— MOS管的动态特性 二、集成电阻器 三、集成电容器 四、集成电感器 五、集成电路中的互连线 MOS器件模型 MOS管的结构尺寸缩小到亚微米范围后，多维的物理效应和寄生效应使得对MOS管的模型描述带来了困难。模型越复杂，模型参数越多，其模拟的精度越高。但高精度与模拟的效率相矛盾。依据不同需要，常将MOS模型分成不同级别。SPICE2中提供了几种MOS场效应管模型，并用变量LEVEL来指定所用的模型。 LEVEL＝1 MOS1模型 ? Shichman-Hodges模型 LEVEL＝2 MOS2模型 ? 二维解析模型 LEVEL＝3 MOS3模型 ? 半经验短沟道模型 LEVEL＝4 MOS4模型 ? BSIM（Berkeley short-channel IGFET model）模型 第3章 器件与模型 一、MOS晶体管 MOS晶体管结构和基本原理 MOS中二级效应 MOS晶体管的模型参数 MOS晶体管的电阻和电容—— MOS管的动态特性 二、集成电阻器 三、集成电容器 四、集成电感器 五、集成电路中的互连线 * MOS管的动态特性 MOSFET管的动态响应只取决于：充（放）电这个器件的本征寄生电容和由互连线及负载引起的额外电容所需要的时间 本征寄生电容有三个来源 : 基本的MOS结构： 结构电容 沟道电荷：沟道电容 源和漏反向偏置的pn结耗尽区 :结电容 除结构电容外，其他两个电容是非线性且随所加的电压而变化 * MOS管结构电容 t ox n + n + 截面图 L 栅氧 x d x d L d 多晶硅栅 顶视图 栅-体 覆盖 Source n + Drain n + W 由于横向扩散，源和漏都会在氧化层下延长一个数量xd,因此晶体管的有效沟长L比画出的沟长短2xd.这引