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1、微电子学概论第三章庄庆德 2019.8第三章第三章 VLSI VLSI根底根底3.1 IC (Integrated Circuit)概述3.2 双极型集成电路根底3.3 MOS集成电路根底第三章第三章 VLSI VLSI根底根底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造含有多个器件的电路系统。构造，废品率IC历史1947 晶体管发明 1952 IC想象1958 IC诞生1962 DTL,TTL,MOS1968 MOS存储器 1971 微处置器1978 64kRAM 10万T
2、r VLSI 1985 1M DRAM 225万Tr VLSI 目前 0.18微米，CMOS技术，1G(109 Tr)3.2 双极集成根底3.2.1双极型集成电路中的晶体管Aln-Si ipEBCn+p p+p+n+n+隐埋层隔离区平面图ECBBp型衬底隐埋层(n+)外延，生长n层隔离(P+)硼分散基区磷分散e,c)引线孔Al引线双极型晶体管特性VceIce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 PmaxRTL电路AB
3、VoutVH=1V, VL=0.2V VH=1V, VL=0.2V 速度慢，逻辑摆幅小，抗干扰差速度慢，逻辑摆幅小，抗干扰差VccTTL电路多发射极输入VoutVH=1.4V, VL=0.2V, T1VH=1.4V, VL=0.2V, T1的抽取作用使截止速度提高的抽取作用使截止速度提高 在在T3T3并联达林顿，提高输出才干，成为并联达林顿，提高输出才干，成为5 5管构造管构造 T1 T2 T3 T4Vcc=5V典型双极型门电路的特性比较门电路结构延时 (ns)功耗 (mW)逻辑摆幅(V)评价TTL普通10103一般STTL肖特基钳位抗饱和3203高速LSTTL肖特基、低功耗9.523低功耗E
4、CL2250.8高速金属栅，n沟道p-SiSGDn+n+3.3 MOS集成根底3.3.1 MOS集成电路中的晶体管MOS晶体管SGDp-Sip型衬底源漏分散栅氧化引线孔Al引线MOS晶体管特性VdsIds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根本MOS电路倒相器VoutVccVinVoutVccVin2.5.2 MIS | 2.5.2 MISCMOS: 互补MOS发射 | Shoot基区渡越 | The 基 area 渡 is more3.3.3 CMOS集成电路NMOS与PMOSPMOSNMOSVS=VS=Vds
5、=5Vds=VGVGVT=-VVT=+1VVTV导通条件2.5.2 MIS | 2.5.2 MIS发射 | Shoot基区渡越 | The 基 area 渡 is more3.3.3 CMOS集成电路CMOS开关传输门PMOSNMOSVS=Vcc=+5VinVGONON任务条件Vin 高OFFOFFVin 低2.5.2 MIS | 2.5.2 MIS3.3.3 CMOS集成电路CMOS反向器PMOSNMOSVinVo+PMOSNMOS任务条件Vin高 OFF ON 低VoVin低 ON OFF 高Vin=2.5V ON ON 不确定2.5.2 MIS | 2.5.2 MIS3.3.3 CMOS
6、集成电路CMOS与非门PMOSNMOSA+B2.5.2 MIS | 2.5.2 MIS3.3.3 CMOS集成电路CMOS或非门PMOSNMOSA+VccB2.5.2 MIS | 2.5.2 MIS3.3.3 CMOS集成电路CMOS IC特点：特点：大噪声容限大噪声容限: 输出高电平输出高电平=正电源正电源 输出低电平输出低电平=负电源负电源极低的静态功耗极低的静态功耗CMOS集成电路构成p阱n_衬底底p+n+p+SSD G G n型衬底p阱分散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倒相器幅员图例：铝栅倒相器幅员图例：铝栅P+N+小结1双极型门电路：双极型门电路：TTL,ECL,STTL2双极型晶体管纵向构造，平面构造双极型晶体管纵向构造，平面构造3CMOS倒向器，传输门，与非门，或非门的倒向器，传输门，与非门，或非门的构造。构造。4CMOS集成电路的优点。集成电路的优点。习题1什么叫集成电路什么叫集成电路2什么叫双极型集成电路？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。举出几种双极型数字电路，模拟电路的例子。4双极型集成电路与双极型集成电路与MOS型集成电路比较，有型集成电路比较，有什么特点？速度、功耗、制造工艺、驱动才干什么特点？速度、功耗、制造工艺、驱动才干
