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1、微电子学概论第三章,庄庆德 2003.8,第三章 VLSI基础,3.1 IC (Integrated Circuit)概述 3.2 双极型集成电路基础 3.3 MOS集成电路基础,第三章 VLSI基础,3.1 IC (Integrated Circuit)概述,集成度，特征尺寸，芯片(Chip)，圆片(wafer),功耗，延迟时间，可靠性,定义:在半导体或其他基板上制作含有多个器件的电路系统。,结构，成品率,3.2 双极集成基础3.2.1双极型集成电路中的晶体管,Al,n-Si i,p,E,B,C,n+,p,p+,p+,n+,n+,隐埋层,隔离区,平面图,E,C,B,B,p型衬底,隐埋层(n+
2、),外延，生长n层,隔离(P+),硼扩散（基区）,磷扩散（e,c),引线孔,Al引线,双极型晶体管特性,Vce,Ice,饱和,线性,截止,双极型晶体管特性,共发射极电流增益 集电极-发射极反向饱和电流 Iceo 基极-发射极反向饱和电流 Ibeo 集电极-基极反饱和电流 Icbo 集电极-发射极击穿电压 BVceo 特征频率 fT 最大耗散功率 Pmax,RTL电路,A,B,Vout,VH=1V, VL=0.2V 速度慢，逻辑摆幅小，抗干扰差,Vcc,TTL电路,多发射极输入,Vout,VH=1.4V, VL=0.2V, T1的抽取作用使截止速度提高 在T3并联达林顿，提高输出能力，成为5管结
3、构,T1,T2,T3,T4,Vcc=5V,典型双极型门电路的特性比较,金属栅，n沟道,p-Si,S,G,D,n+,n+,3.3 MOS集成基础3.3.1 MOS集成电路中的晶体管,MOS晶体管,S,G,D,p-Si,p型衬底,源漏扩散,栅氧化,引线孔,Al引线,MOS晶体管特性,Vds,Ids,饱和,线性,截止,MOS晶体管特性,跨导 gm 阈值电压 VT 源漏击穿电压 BVds 特征频率 fT 最大耗散功率 Pmax,基本MOS电路,倒相器,Vout,Vcc,Vin,Vout,Vcc,Vin,2.5.2 MIS | 2.5.2 MIS,CMOS: 互补MOS,发射 | Shoot,基区渡越
4、| The 基 area 渡 is more,3.3.3 CMOS集成电路,NMOS与PMOS,PMOS,NMOS,VS=,VS=,Vds=5,Vds=,VG,VG,VT=-V,VT=+1V,VT-V,VTV,导通条件,2.5.2 MIS | 2.5.2 MIS,发射 | Shoot,基区渡越 | The 基 area 渡 is more,3.3.3 CMOS集成电路,CMOS开关（传输门）,PMOS,NMOS,VS=,Vcc=+5,Vin,VG,ON,ON,工作条件,Vin 高,OFF,OFF,Vin 低,2.5.2 MIS | 2.5.2 MIS,3.3.3 CMOS集成电路,CMOS反向
5、器,PMOS,NMOS,Vin,Vo,+,PMOS,NMOS,工作条件,Vin高 OFF ON 低,Vo,Vin低 ON OFF 高,Vin=2.5V ON ON 不确定,2.5.2 MIS | 2.5.2 MIS,3.3.3 CMOS集成电路,CMOS与非门,PMOS,NMOS,A,+,B,2.5.2 MIS | 2.5.2 MIS,3.3.3 CMOS集成电路,CMOS或非门,PMOS,NMOS,A,+Vcc,B,2.5.2 MIS | 2.5.2 MIS,3.3.3 CMOS集成电路,CMOS IC,特点： 大噪声容限: 输出高电平=正电源 输出低电平=负电源 极低的静态功耗,CMOS集
6、成电路构成,p阱,n_衬底,p+,n+,p+,S,S,D,G,G,n型衬底,p阱扩散,p-MOS 源漏,n-MOS源漏,引线孔,引线,n-MOS,p-MOS,输出,地,Vcc,基区渡越 | The 基 area 渡 is more,倒相器版图图例：铝栅,P+,N+,小结,（1）双极型门电路：TTL,ECL,STTL （2）双极型晶体管纵向结构，平面结构 （3）CMOS倒向器，传输门，与非门，或非门的构造。 （4）CMOS集成电路的优点。,习题,（1）什么叫集成电路 （2）什么叫双极型集成电路？ （3）举出几种双极型数字电路，模拟电路的例子。 （4）双极型集成电路与MOS型集成电路比较，有什么特点？（速度、功耗、制作工艺、驱动能力）,
