集成电路元器件及其模型.ppt

电容高频等效模型对于MIM电容，它的下极板寄生电容值为主电容值的1/10；而对于多晶硅-扩散电容，其下极板寄生电容和主电容为同一数量级。任何电容仅在低于f0的频率上才会起电容作用。经验准则是让电容工作在f0/3以下。第30页，共86页，星期日，2025年，2月5日金属叉指结构电容优点：不需要额外的工艺。特征尺寸急剧降低，金属线条的宽度和厚度之比大大减小，叉指的侧面电容占主导地位。第31页，共86页，星期日，2025年，2月5日PN结电容利用PN结电容的优点也是不需要额外的工艺，但所实现的电容有一个极性问题。所有的PN结电容都是非线性的，电容值是两端电压的函数。在大信号线性放大器中，PN结电容的非线性会引起电路的非线性失真。任何PN结都有漏电流和从结面到金属连线的体电阻，因而，结电容的品质因数通常比较低。结电容的参数可以采用二极管和晶体管结电容同样的方法进行计算，其SPICE模型直接运用相关二极管或三极管器件的模型。第32页，共86页，星期日，2025年，2月5日MOS结构电容MOS结构电容的SPICE模型就直接运用MOS器件的模型。与平板电容和PN结电容都不相同的是，MOS核心部分，即金属-氧化物-半导体层结构的电容具有独特的性质，其栅极与衬底之间的电容Cgb与栅极电压Vgb之间的关系取决于半导体表面的状态。随着栅极电压的变化，表面可处于积累区耗尽区反型区第33页，共86页，星期日，2025年，2月5日（a）物理结构（b）电容与Vgs的函数关系第34页，共86页，星期日，2025年，2月5日三、集成电感在集成电路开始出现以后很长一段时间内，人们一直认为电感是不能集成在芯片上的。因为那时集成电路工作的最高频率在兆赫量级，芯片上金属线的电感效应非常小。现在的情况就不同了，首先，近二十年来集成电路的速度越来越高，射频集成电路（RFIC）已经有了很大的发展，芯片上金属结构的电感效应变得越来越明显。芯片电感的实现成为可能。第35页，共86页，星期日，2025年，2月5日单匝线圈电感版图a，w取微米单位集总电感第36页，共86页，星期日，2025年，2月5日多匝线圈的实物照片GaAs和InP等半绝缘体上的电感的高频模型与集成电阻的模型类似。第37页，共86页，星期日，2025年，2月5日传输线电感获得单端口电感的另一种方法是使用长度ll/4λ波长的短电传输线(微带或共面波导)或使用长度在l/4λll/2λ范围内的开路传输线。双端口电感与键合线电感短路负载：开路负载：Z0——特征阻抗c0——光速?——传播相位?——工作频率当ll/4λ时，l’=l当l/4λll/2λ时，l’=l-l/4λ第38页，共86页，星期日，2025年，2月5日四、分布参数元件集总元件和分布元件随着工作频率的增加，一些诸如互连线的IC元件的尺寸变得很大，以致它们可以与传输信号的波长相比。这时，集总元件模型就不能有效地描述那些大尺寸元件的性能，应该定义为分布元件。第39页，共86页，星期日，2025年，2月5日微带线覆盖钝化膜的微带线微带线的剖面传输TEM波第40页，共86页，星期日，2025年，2月5日微带线设计*微带线设计需要的主要电参数

阻抗、衰减、无载Q、波长、迟延常数。微带线阻抗计算微带线衰减α：导线损耗和介质损耗形成微带线的基本条件：介质衬底的背面完全被低欧姆金属覆盖并接地，使行波的电场主要集中在微带线下面的介质中。第41页，共86页，星期日，2025年，2月5日共面波导(CPWCPW的阻抗)CPW传输TEM波的条件CPW的阻抗第42页，共86页，星期日，2025年，2月5日CPW的优缺点CPW的优点1）工艺简单，费用低，因为所有接地线均在上表面而不需接触孔。2）在相邻的CPW之间有更好的屏蔽，因此有更高的集成度和更小的芯片尺寸。3）比金属孔有更低的接地电感。4）低的阻抗和速度色散。CPW的缺点1）衰减相对高一些，在50GHz时，CPW的衰减是0.5dB/mm;2）由于厚的介质层，导热能力差，不利于大功率放大器的实现。第43页，共86页，星期日，2025年，2月5日5.3二极管及其SPICE模型PN结是微电子器件的基本结构之一，集成电路和半导体器件的大多数特性都是PN结相互作用的结果。如果通过某种方法使半导体中一部分区域为P型，另一部分区域为N型，则在其交界面就形成了PN结。一般的二极管就是由一个PN结构成的，以PN结构成的二极管的最基本的电学行为是具有单向导电性，这在实际中有非常大