模拟集成电子学 第一节 集成电路中的电容、电阻和电感 运放实现的有源等效电感 = (1) 第25页，共56页。 模拟集成电子学 第一节 集成电路中的电容、电阻和电感 运放为理想，增益A无穷大，输入电流为0 = = 可得 因为 所以 因为 可得等效电感 第26页，共56页。 模拟集成电子学 (2) 运放实现的有源等效电感 第一节 集成电路中的电容、电阻和电感 = 第27页，共56页。 模拟集成电子学 运放为理想，增益A无穷大，输入电流为0 ｛｝ (1) (2) 由（2） 代入（1） 可得 所以 电感的Q值： 第一节 集成电路中的电容、电阻和电感 第28页，共56页。 模拟集成电子学 第二节 集成电路中的二极管、 双极型晶体管、MOSFET 第29页，共56页。 模拟集成电子学 第二节 集成电路中的二极管、双极型晶体管、MOSFET 一.双极型晶体管 NPN PNP P衬底 N 外延双极工艺 第30页，共56页。 在n阱CMOS工艺中的pnp 第31页，共56页。 模拟集成电子学 第二节 集成电路中的二极管、双极型晶体管、MOSFET 二.MOSFET MOSFET N沟 P沟 N型增强 N型耗尽 P型增强 P型耗尽 第32页，共56页。 模拟集成电子学 第二节 集成电路中的二极管、双极型晶体管、MOSFET N沟 P沟 N型增强 N型耗尽 P型增强 P型耗尽 表示方法 以上是三端器件；集成电路中用通常是四端器件！ 第33页，共56页。 NMOS结构 的立体结构 第34页，共56页。 PMOS管结构 第35页，共56页。 目前，SMIC（中芯国际）的40nm工艺，包括三种阈电压的MOS管（即1.1V、1.8V和2.5V），1P10M，采用Low-k (2.7)的铜互连。 第36页，共56页。 模拟集成电子学 第三章 集成电路中的器件模型 第37页，共56页。 模拟集成电子学 建立方法： 1.以器件的结构和工作原理为依据。 2.把器件当成“黑盒子”而从其端口出发建立模型特性。 第38页，共56页。 模拟集成电子学 集成电路中的器件模型 1.直流模型——大信号范围内适合，也叫大 信号模型。 2.低频小信号模型——小信号时适合。 3.高频模型——加上各种寄生元件而生成。 4.噪声模型。 分类： 第39页，共56页。 模拟集成电子学 集成电路中的器件模型 一.二极管模型 饱和电流 ——面积因子 第40页，共56页。 Institute of Robotics and Automatic Information System 第二三章集成电路中的元器件 第1页，共56页。 模拟集成电子学 目录 第二节 集成电路中的二极管、 双极型晶体管、MOSFET 第一节 集成电路中的电容、 电阻和电感 第2页，共56页。 模拟集成电子学 第一节 集成电路中的电容、电阻和电感 一.电容（Capacitor） 参数： a.电容密度 b.温度系数 c.电压系数 d.绝对精度 e.相对精度 第3页，共56页。 模拟集成电子学 第一节 集成电路中的电容、电阻和电感 几种常见电容： 1.PN结电容——正偏(扩散电容,势垒电容)，反偏势垒电容。 2.MOS电容——通常几fF/um2 3.PIP电容——Poly Insulator Poly。 4.MIM电容——Metal Insulator Metal。 5. 寄生电容 （MIM电容优于PIP电容） 第4页，共56页。 MOS工艺中的PN结电容 第5页，共56页。 第6页，共56页。 第7页，共56页。 不同类型的MOS电容 第8页，共56页。 第9页，共56页。 第10页，共56页。 从65纳米到45纳米 必须找到新的high-K材料 ○ 在45纳米以前,使用的二氧化硅做为制造晶体管栅介质的材料, 通过压缩其厚度以维持栅级的电容进而持续改善晶体管效能。 ○在65纳米制程工艺下，Intel公司已经将晶体管二氧化硅栅介质的厚度压缩至与五层原子的厚度相当。 65纳米已经达到了这种传统材料的极限。 第11页，共56页。 寄生电容  寄生电容是在集成电路内部，由于ILD(Inter Layer Dielectrics，层间电介质)的存在，导线之间就不可避免地存在电容，称之为寄生电容（分布电容）。 随着工艺制程的提高，单位面积里的导线越来越多，连线间的间距变小，连线间的耦合电容变得显著，寄生电容产生的串绕和延时增加等一系列问题更加突出。 寄生电容不仅影响芯片的PG电子新手教程速度，也对工作可靠性构成严重威胁。 第12页，共56页。 第13页，共56页。 模拟集成电子学 第一节 集成电路中的电容、电阻和电感 二.电阻（Resistor） 参数： a.方块电阻R口 b.温度系数 d.绝对精度 e.相对精度 R口 ：方块电阻，取决于工艺参数 。 c.电压系数 第14页，共56页。 模拟集成电子学 阱电阻 ：方块电阻R口 ：可控参数 第15页，共56页。 模拟集成电子学 （一）几种常见电阻 1.阱电阻 2.Poly电阻 4.寄生电阻 5.开关电容模拟电阻 6.MOS有源电阻 3.N+ 、P+ 扩散电阻 第16页，共56页。 第17页，共56页。 不同材料的方块电阻 (针对0.25umCMOS工艺) 材料 方块电阻(Ω/□) n+、 p+扩散层 50~150 n+、 p+扩散层 （有硅化物 ） 3~5 N阱 1000 ~1500 多晶硅（Poly电阻） 150~200 多晶硅（有硅化物 ） 4~5 金属 0.05~0.1 第18页，共56页。 寄生电阻  由于集成电路的尺寸愈来愈小、电路愈来愈密，同时工作频率愈来愈快，芯片内电路的寄生电阻效应和寄生电容效应也就愈来愈严重，进而使频率无法再提升，这种情况称之为阻容延迟（又叫阻容迟滞，RC延时,RC Delay），RC延时不仅阻碍频率成长，同时也会增加电路的无用功的功耗。 第19页，共56页。 寄生电阻的问题来自于线路本身的电阻性，如果可以用电阻值更低的材质，寄生电阻的问题就可以缓解。 目前集成电路业界已经采用铜互联技术来代替铝互连技术，由于铜比铝有更好的导电率，电阻较低，单纯采用铜来代替铝作为互联材料可以降低RC 大约40%。 第20页，共56页。 模拟集成电子学 第一节 集成电路中的电容、电阻和电感 5.开关电容模拟电阻 一个周期内传递的电荷： 所以： 等效电阻： 时间常数： 第21页，共56页。 模拟集成电子学 第一节 集成电路中的电容、电阻和电感 例： 特点： 1.电阻可以做的很大。 2.RC时间常数很精确。 f=100KHz，C=1pf，Req=? Req = 第22页，共56页。 6.MOS有源电阻 用MOS管做电阻 第23页，共56页。 模拟集成电子学 三.电感（Inductance） 第一节 集成电路中的电容、电阻和电感 (一)无源电感(RF CMOS ) 特点： （1）电感量小，nH量级。 （2）Q值有限，通常10左右。 (PG电子新手教程二) 有源等效电感 第24页，共56页。 Institute of Robotics and Automatic Information System

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