半導(dǎo)體器件期終復(fù)習(xí)

期終復(fù)習(xí)ECL電路中雙極型器件的等比例縮小1)等比例縮小原則:一致地減小主要的電阻與電容部分,以使主要延遲部分隨晶體管的橫向尺寸等比例縮小,保證器件在等比例縮小時(shí)的優(yōu)化設(shè)計(jì)基本不變(rb/RL

和CDE/CdBC的比值保持不變).其它限制:(1)與MOSFET不同,等比例縮小時(shí)開(kāi)啟電壓基本保持不變(2)集電極摻雜濃度應(yīng)隨集電極電流等比例縮小,以控制等比例縮小時(shí)基區(qū)擴(kuò)展效應(yīng).(3)在基區(qū)寬度縮小時(shí),必須增加基區(qū)的摻雜濃度(NB

WB-2),以等比例減小WdBE,避免發(fā)射區(qū)與集電區(qū)的串通.(1)集電極電流密度限制等比例縮小規(guī)則要求集電極電流密度和集電極摻雜濃度增加K2(2)器件擊穿導(dǎo)致的限制較高的速度,但擊穿電壓卻較小,限制了器件的應(yīng)用.(3)功率密度引起的限制等比例縮小過(guò)程中,電流及電壓保持不變,導(dǎo)致功率保持不變或功率密度增加K2.這導(dǎo)致器件等比例縮小時(shí)的芯片功耗增加K2.CMOS器件在備用狀態(tài)功耗極小,而ECL電路在備用狀態(tài)則與處于開(kāi)關(guān)狀態(tài)消耗同樣的功率.極大的平均功耗極大限制了雙極電路的集成度.等比例縮小的限制MOS電容MOSFET器件、設(shè)計(jì)與性能MOSFET基本特性表MOS場(chǎng)效應(yīng)管的特征雙邊對(duì)稱(chēng)：電學(xué)性質(zhì)上源漏可相互交換。單極性：一種載流子參與導(dǎo)電。高輸入阻抗：柵和其他端點(diǎn)之間不存在直流通道。電壓控制：輸入功率很低而有較高的輸出能力。自隔離：不同晶體管之間由于背靠背二極管的作用(1)線性區(qū)的電流電壓特性閾值電壓VtMOSFET的電流-電壓特性(2)飽和區(qū)的電流電壓特性體效應(yīng)系數(shù)：短溝道MOSFETs短溝道效應(yīng)速度飽和效應(yīng)溝道調(diào)制效應(yīng)源漏串聯(lián)電阻MOSFET擊穿溝道長(zhǎng)度減小，導(dǎo)致電流增大，而本征電容變小。短溝道效應(yīng)：速度飽和效應(yīng)閾值電壓調(diào)制短溝道閾值電壓的表達(dá)式（擴(kuò)散電流為主）與長(zhǎng)溝道器件相比：為避免過(guò)量的短溝道效應(yīng)，CMOS器件中襯底或阱里的摻雜必須保證最小的溝道長(zhǎng)度是Wdm的兩到三倍，或大于源與漏端的耗盡層寬度之和。恒場(chǎng)等比例縮小的最重要結(jié)論：當(dāng)器件尺寸和工作電壓等比例縮小時(shí)，電路速度等比例增加，而單個(gè)器件的功耗減小k2倍。閾值電壓：一般認(rèn)為閾值電壓應(yīng)等比例縮?。ㄒ蚬ぷ麟妷航档停┑珜?duì)硅工藝，材料的相關(guān)參數(shù)并不變化，因此Vt一般并不縮小?？赏ㄟ^(guò)襯底正偏或溝道區(qū)非均勻摻雜來(lái)調(diào)制閾值電壓。常用的等比例縮?。?/p>

CMOS器件設(shè)計(jì)

閾值電壓的優(yōu)化閾值電壓和關(guān)斷電流難以取得平衡(Vt/Ids)閾值電壓與電源電壓及器件性能之間的矛盾（Vt/Vdd)閾值電壓與耗盡層厚度及體效應(yīng)系數(shù)之間的矛盾(Vt/Wdm/m)

非均勻摻雜:

如xs趨于表面，同時(shí)NS較大，可以增加Vt而幾乎不改變W0dmCMOS溝道剖面CMOS設(shè)計(jì)工藝限制與系統(tǒng)兼容的要求，需要對(duì)電路參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化對(duì)一給定的技術(shù)水平，并沒(méi)有唯一的設(shè)計(jì)方法，而是給出器件參數(shù)選擇的總體思路。為控制短溝道效應(yīng)，最大耗盡層寬度Wdm： Lmin/mWdm2亞閾值斜率2.3mkT/q及襯底靈敏度dVt/dVbs=m-1隨m增大而變差，并導(dǎo)致低的飽和電流。m<1.5氧化層電場(chǎng)Emax決定最小的氧化層厚度tox電源電壓與閾值電壓的趨勢(shì)閾值電壓低限由關(guān)斷電流決定：Vt

0.4V，高限由電路延遲或性能決定：VtVdd/4如Vdd較大，0.4VVtVdd/4，閾值電壓容易選擇當(dāng)短溝道尺寸變小電源電壓減小時(shí)，就需要在漏電流和器件速度之間選擇。導(dǎo)致Vdd并不隨L成比例縮小，而Vt也不隨Vdd等比例減小。高的Vdd/L使設(shè)計(jì)空間急劇變小。當(dāng)Vdd小于2V時(shí)，漏電流與器件延遲之間的平衡就非常必要。CMOS反相器 在任何一個(gè)狀態(tài),僅有一個(gè)晶體管導(dǎo)通,沒(méi)有靜態(tài)電流與功率消耗.CMOS反相器的傳輸特性 Vout-Vin曲線的高到低轉(zhuǎn)變區(qū)的陡峭度反映了數(shù)字電路的性能.高低轉(zhuǎn)變點(diǎn)發(fā)生在中點(diǎn):Vin=Vdd/2IP=INWp/Wn=In/Ip

A-C,nMOSFET工作在飽和區(qū),pMOSFET工作在線性區(qū)

B-D,pMOSFET工作在飽和區(qū),nMOSFET工作在線性區(qū)延遲對(duì)電源電壓和閾值電壓的影響電源電壓與閾值電壓設(shè)計(jì)平面中的功率與延遲的折衷BJT和MOSFET的比較輸入阻抗跨導(dǎo):輸入電壓變化造成輸出電流的變化量速度功耗:

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