器件与模型PPT文件格式下载.ppt

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接触光刻、接近光刻、投影光刻、电子束光刻刻蚀：

干法刻蚀、湿法刻蚀掺杂：

离子注入退火扩散制膜：

氧化：

干氧氧化、湿氧氧化等CVD：

APCVD、LPCVD、PECVDPVD：

蒸发、溅射硅锭硅锭晶圆晶圆带芯硅片带芯硅片芯片芯片集成电路集成电路成品成品切成硅片切成硅片通过硅片测试通过硅片测试切成芯片切成芯片经过经过2030道工艺道工艺封装封装成品测试成品测试集成电路的制作流程集成电路的制作流程提供给提供给客户客户第3章器件与模型一、MOS晶体管MOS晶体管结构和基本原理MOS中二级效应MOS晶体管的模型参数MOS晶体管的电阻和电容MOS管的动态特性二、集成电阻器三、集成电容器四、集成电感器五、集成电路中的互连线8电阻工作区在点在点xx处所感应出的每单位面积的沟道电荷处所感应出的每单位面积的沟道电荷CCoxox：

栅氧的单位面积电容：

栅氧的单位面积电容ttoxox：

氧化层厚度：

氧化层厚度Vn（xVn（x）:

）:

载流子的漂移速度载流子的漂移速度：

沟道宽度：

沟道宽度n:

n:

迁移率的参数迁移率的参数在沟道全长上积分得到电在沟道全长上积分得到电压压电流关系电流关系增益因子增益因子当当VVDSDS的值较小时，的值较小时，VVDSDS和和IIDD成线性关系，称电阻区或线性区成线性关系，称电阻区或线性区电流为载流子的漂移速度和所存在电荷的乘积电流为载流子的漂移速度和所存在电荷的乘积工艺跨导工艺跨导饱和区夹断夹断IIDD与与VVGSGS间存在平方关系，相当于一个理想电流源，与间存在平方关系，相当于一个理想电流源，与VVDSDS无关无关MOSFET的电流与电压的关系（长沟道）线性区：

线性区：

工艺跨导参数工艺跨导参数饱和区饱和区沟长调制沟长调制第3章器件与模型一、MOS晶体管MOS晶体管结构和基本原理MOS中二级效应MOS晶体管的模型参数MOS晶体管的电阻和电容MOS管的动态特性二、集成电阻器三、集成电容器四、集成电感器五、集成电路中的互连线第3章器件与模型

（一）短沟效应

（二）窄沟效应（三）迁移率变化（4）速度饱和短沟道器件经历的饱和区范围更大，更经常工作在饱和状态（四）沟道长度调制

（1）长沟道器件：

沟道夹断饱和

（2）短沟道器件：

载流子速度饱和（五）、漏感应势垒下降及源漏穿通（DIBL）（六）、器件漏电（七）、热载流子效应（八）、体效应：

（BodyEffect）第3章器件与模型一、MOS晶体管MOS晶体管结构和基本原理MOS中二级效应MOS晶体管的模型参数MOS晶体管的电阻和电容MOS管的动态特性二、集成电阻器三、集成电容器四、集成电感器五、集成电路中的互连线MOS器件模型MOS管的结构尺寸缩小到亚微米范围后，多维的物理效应和寄生效应使得对MOS管的模型描述带来了困难。

模型越复杂，模型参数越多，其模拟的精度越高。

但高精度与模拟的效率相矛盾。

依据不同需要，常将MOS模型分成不同级别。

SPICE2中提供了几种MOS场效应管模型，并用变量LEVEL来指定所用的模型。

LEVEL1MOS1模型Shichman-Hodges模型LEVEL2MOS2模型二维解析模型LEVEL3MOS3模型半经验短沟道模型LEVEL4MOS4模型BSIM（Berkeleyshort-channelIGFETmodel）模型第3章器件与模型一、MOS晶体管MOS晶体管结构和基本原理MOS中二级效应MOS晶体管的模型参数MOS晶体管的电阻和电容MOS管的动态特性二、集成电阻器三、集成电容器四、集成电感器五、集成电路中的互连线17MOS管的动态特性MOSFET管的动态响应只取决于：

充（放）电这个器件的本征寄生电容和由互连线及负载引起的额外电容所需要的时间本征寄生电容有三个来源:

基本的MOS结构：

结构电容沟道电荷：

沟道电容源和漏反向偏置的pn结耗尽区:

结电容除结构电容外，其他两个电容是非线性且随所加的电压而变化18MOS管结构电容toxn+n+截面图截面图L栅氧栅氧xdxdLd多晶硅栅多晶硅栅顶视图顶视图栅栅-体体覆盖覆盖Sourcen+Drainn+W由于横向扩散，源和漏都由于横向扩散，源和漏都会在氧化层下延长一个数量会在氧化层下延长一个数量xdxd,因此晶体管的有效沟长因此晶体管的有效沟长LL比画出的沟长短比画出的沟长短2x2xdd.这引起这引起了栅和源（漏）之间的寄生了栅和源（漏）之间的寄生电容，称为覆盖电容电容，称为覆盖电容这个电容是线性的并这个电容是线性的并具有固定的值具有固定的值XXdd是由工艺决定的是由工艺决定的C0C0：

每单位晶体管宽度的覆盖电容：

每单位晶体管宽度的覆盖电容栅氧每单位面积结电容：

栅氧每单位面积结电容：

沟道电容（栅至沟道电容CGC）CgbCgb:

栅到体栅到体CgsCgs:

栅至源栅至源CgdCgd:

栅至漏栅至漏在数字设计中最重要的区域是：

在数字设计中最重要的区域是：

饱和和截止饱和和截止截止：

无导电沟道存在截止：

无导电沟道存在CGCCGC出现在栅和体之间出现在栅和体之间电阻区：

栅与体被沟道屏蔽电阻区：

栅与体被沟道屏蔽对称性使这一电容在源与漏之对称性使这一电容在源与漏之间平均分布间平均分布饱和：

栅至漏和体的饱和：

栅至漏和体的电容为电容为00，所有电容在，所有电容在栅与源之间栅与源之间栅至沟道总电容栅至沟道总电容栅至沟道总电容栅至沟道总电容CCCCGCGCGCGC，由三个部分组成，这三个部分之间的划分取决于，由三个部分组成，这三个部分之间的划分取决于，由三个部分组成，这三个部分之间的划分取决于，由三个部分组成，这三个部分之间的划分取决于工作区域和端口电压工作区域和端口电压工作区域和端口电压工作区域和端口电压21结电容（耗尽层电容）底板底板侧壁侧壁侧壁侧壁沟道沟道源源ND沟道阻挡注入沟道阻挡注入NA+衬底衬底NAWxjLS:

单位面积的结电容单位面积的结电容底板底板PNPN结：

由源区和衬底形成的结：

由源区和衬底形成的由由反向偏置的源反向偏置的源-体和漏体和漏-体之间体之间的的PNPN结引起的，耗尽层电容是非线结引起的，耗尽层电容是非线性，当反向偏置拉高会减少性，当反向偏置拉高会减少总的结电容：

总的结电容：

XjXj：

结深：

结深CjswCjsw:

每单位周长的电容每单位周长的电容侧壁侧壁PNPN结：

由源区及掺杂浓度为结：

由源区及掺杂浓度为NA+NA+的的P+P+沟道阻挡层注入形成的沟道阻挡层注入形成的22计算MOS管电容一个具有以下参数的NMOS管:

tox=6nm,L=0.24um,W=0.36um,LD=LS=0.625,C0=3*10-10F/m,Cj0=2*10-3F/m2,Cjsw0=3*10-10F/m.确定零偏置时所有相关电容.解:

栅至沟道电容栅至沟道电容栅至沟道电容栅至沟道电容:

覆盖电容覆盖电容底板底板PNPN结：

结：

侧壁侧壁PNPN结：

总的栅电容总的栅电容总的栅电容总的栅电容WWLLDD漏区漏区漏区接触漏区接触多晶硅栅多晶硅栅一、MOS晶体管二、集成电阻器三、集成电容器四、集成电感器五、集成电路中的互连线24电阻LWtAB电阻器的几种图形胖形电阻胖形电阻瘦形电阻瘦形电阻折叠电阻折叠电阻小阻值电阻可采用胖短图形小阻值电阻可采用胖短图形一般阻值电阻可采用瘦长图形一般阻值电阻可采用瘦长图形对大阻值电阻可采用折叠图形对大阻值电阻可采用折叠图形电阻图形宽度的选择：

1）版图设计规则的最小宽度2）功耗限制的最小宽度（流经电阻的最大电流）3）电阻允许误差的限制（工艺水平和精度）:

电阻器版图尺寸的确定电阻器版图尺寸的确定取三者中的最大者取三者中的最大者一、MOS晶体管二、集成电阻器三、集成电容器四、集成电感器五、集成电路中的互连线28互连电容与设计规则的关系在多层互连结构中，在多层互连结构中，导线间导线间的电容已成为主要因素的电容已成为主要因素，这，这一效应在高层互连中的导线一效应在高层互连中的导线更是如此。

更是如此。

当当WW变成小于变成小于1.75H1.75H时时,导线间导线间的电容开始占主导地位的电容开始占主导地位29集总电容模型只要只要导线电阻很小导线电阻很小并且开关频率并且开关频率ffswitchswitch在在低至中低至中范围内，那范围内，那么就可以很合理地么就可以很合理地只只考虑该导线的电容部考虑该导线的电容部分分，并把分布的电容，并把分布的电容集总为单个电容集总为单个电容一条导线的电路寄生参数是沿它长度分布，因此不能集一条导线的电路寄生参数是沿它长度分布，因此不能集总在一点上。

然而当总在一点上。

然而当只有一个寄生元件占支配地位只有一个寄生元件占支配地位，当在这，当在这些寄生元件之间相互作用很小或考虑电路特性的一个方面时些寄生元件之间相互作用很小或考虑电路特性的一个方面时30集总RC模型长度超过几个毫米的片上金属线具有明显的电阻，则在集总电容模型中的等势假设不再适合，因而必须采用电阻电容模型把每段导线的总导线电阻集总在一个电阻R，并且同样把总的电容合成一个电容C，称集总RC模型