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1、集成电路设计导论集成电路设计导论云南大学信息学院电子工程系云南大学信息学院电子工程系梁竹关梁竹关第一部分第一部分第一部分第一部分 理论课理论课理论课理论课第一章第一章第一章第一章 绪言绪言绪言绪言 1 11 1 集成电路的发展集成电路的发展集成电路的发展集成电路的发展 1 12 2 集成电路分类集成电路分类集成电路分类集成电路分类 1 13 3 集成电路设计集成电路设计集成电路设计集成电路设计第二章第二章第二章第二章 MOSMOS晶体管晶体管晶体管晶体管 2 21 MOS1 MOS晶体管结构晶体管结构晶体管结构晶体管结构 2 22 MOS2 MOS晶体管工作原理晶体管工作原理晶体管工作原理晶体
2、管工作原理 2 23 MOS3 MOS晶体管的电流电压关系晶体管的电流电压关系晶体管的电流电压关系晶体管的电流电压关系 2 24 MOS4 MOS晶体管主要特性参数晶体管主要特性参数晶体管主要特性参数晶体管主要特性参数 2 25 MOS5 MOS晶体管的晶体管的晶体管的晶体管的SPICESPICE模型模型模型模型第三章第三章第三章第三章 MOSMOS管反相器管反相器管反相器管反相器 3 31 1 引言引言引言引言 3 32 NMOS2 NMOS管反相器管反相器管反相器管反相器 3 33 CMOS3 CMOS反相器反相器反相器反相器 3 34 4 动态反相器动态反相器动态反相器动态反相器 3 3
3、5 5 延迟延迟延迟延迟 3 36 6 功耗功耗功耗功耗第四章第四章第四章第四章 半导体集成电路基本加工工艺与设计规则半导体集成电路基本加工工艺与设计规则半导体集成电路基本加工工艺与设计规则半导体集成电路基本加工工艺与设计规则 4.1 4.1 引言引言引言引言 4.2 4.2 集成电路基本加工工艺集成电路基本加工工艺集成电路基本加工工艺集成电路基本加工工艺 4.3 CMOS4.3 CMOS工艺流程工艺流程工艺流程工艺流程 4.4 4.4 设计规则设计规则设计规则设计规则 4.5 CMOS4.5 CMOS反相器的闩锁效应反相器的闩锁效应反相器的闩锁效应反相器的闩锁效应 4.6 4.6 版图设计版
4、图设计版图设计版图设计第五章第五章第五章第五章 MOSMOS管数字集成电路基本逻辑单元设计管数字集成电路基本逻辑单元设计管数字集成电路基本逻辑单元设计管数字集成电路基本逻辑单元设计 5.1 NMOS5.1 NMOS管逻辑电路管逻辑电路管逻辑电路管逻辑电路 5.2 5.2 静态静态静态静态CMOSCMOS逻辑电路逻辑电路逻辑电路逻辑电路 5.3 MOS5.3 MOS管改进型逻辑电路管改进型逻辑电路管改进型逻辑电路管改进型逻辑电路 5.4 MOS5.4 MOS管传输逻辑电路管传输逻辑电路管传输逻辑电路管传输逻辑电路 5.5 5.5 触发器触发器触发器触发器 5.6 5.6 移位寄存器移位寄存器移位
5、寄存器移位寄存器 5.7 5.7 输入输出（输入输出（输入输出（输入输出（I/OI/O）单元）单元）单元）单元第六章第六章第六章第六章 MOSMOS管数字集成电路子系统设计管数字集成电路子系统设计管数字集成电路子系统设计管数字集成电路子系统设计 6.1 6.1 引言引言引言引言 6.2 6.2 加法器加法器加法器加法器 6.3 6.3 乘法器乘法器乘法器乘法器 6.4 6.4 存储器存储器存储器存储器 6.5 PLA6.5 PLA第七章第七章第七章第七章 MOSMOS管模拟集成电路设计基础管模拟集成电路设计基础管模拟集成电路设计基础管模拟集成电路设计基础 7.1 7.1 引言引言引言引言 7.
6、2 MOS7.2 MOS管模拟集成电路中的基本元器件管模拟集成电路中的基本元器件管模拟集成电路中的基本元器件管模拟集成电路中的基本元器件 7.3 MOS7.3 MOS模拟集成电路基本单元模拟集成电路基本单元模拟集成电路基本单元模拟集成电路基本单元 7.4 MOS7.4 MOS管模拟集成电路版图设计管模拟集成电路版图设计管模拟集成电路版图设计管模拟集成电路版图设计第八章第八章第八章第八章 集成电路的测试与可测性设计集成电路的测试与可测性设计集成电路的测试与可测性设计集成电路的测试与可测性设计 8.1 8.1 引言引言引言引言 8.2 8.2 模拟集成电路测试模拟集成电路测试模拟集成电路测试模拟集
7、成电路测试 8.3 8.3 数字集成电路测试数字集成电路测试数字集成电路测试数字集成电路测试 8.4 8.4 数字集成电路的可测性测试数字集成电路的可测性测试数字集成电路的可测性测试数字集成电路的可测性测试第二部分第二部分第二部分第二部分 实验课实验课实验课实验课 1 1、数字集成电路、数字集成电路、数字集成电路、数字集成电路 （1 1）不同负载反相器的仿真比较；）不同负载反相器的仿真比较；）不同负载反相器的仿真比较；）不同负载反相器的仿真比较；（2 2）静态）静态）静态）静态CMOSCMOS逻辑门电路仿真分析；逻辑门电路仿真分析；逻辑门电路仿真分析；逻辑门电路仿真分析；（3 3）设计）设计）
8、设计）设计CMOSCMOS反相器版图；反相器版图；反相器版图；反相器版图；（4 4）设计）设计）设计）设计D D触发器及其版图；触发器及其版图；触发器及其版图；触发器及其版图；（5 5）设计模）设计模）设计模）设计模1616的计数器及其版图（可选）。的计数器及其版图（可选）。的计数器及其版图（可选）。的计数器及其版图（可选）。2 2、模拟集成电路、模拟集成电路、模拟集成电路、模拟集成电路 设计一个设计一个设计一个设计一个MOSMOS放大电路（可选）放大电路（可选）放大电路（可选）放大电路（可选）。章次章次章次章次题目题目题目题目教学时教学时教学时教学时数数数数第一章第一章第一章第一章绪言绪言绪
9、言绪言2 2学时学时学时学时第二章第二章第二章第二章MOSMOS晶体管晶体管晶体管晶体管4 4学时学时学时学时第三章第三章第三章第三章MOSMOS管反相器管反相器管反相器管反相器 6 6学时学时学时学时第四章第四章第四章第四章半导体集成电路基本加工工艺与设计规则半导体集成电路基本加工工艺与设计规则半导体集成电路基本加工工艺与设计规则半导体集成电路基本加工工艺与设计规则 6 6学时学时学时学时第五章第五章第五章第五章MOSMOS管数字集成电路基本逻辑单元设计管数字集成电路基本逻辑单元设计管数字集成电路基本逻辑单元设计管数字集成电路基本逻辑单元设计 4 4学时学时学时学时第六章第六章第六章第六章M
10、OSMOS管数字集成电路子系统设计管数字集成电路子系统设计管数字集成电路子系统设计管数字集成电路子系统设计 4 4学时学时学时学时第七章第七章第七章第七章MOSMOS管模拟集成电路设计基础管模拟集成电路设计基础管模拟集成电路设计基础管模拟集成电路设计基础6 6学时学时学时学时第八章第八章第八章第八章集成电路的测试与可测性设计集成电路的测试与可测性设计集成电路的测试与可测性设计集成电路的测试与可测性设计 4 4学时学时学时学时总计总计总计总计3636学时学时学时学时教学进度表教学进度表参考文献参考文献参考文献参考文献1 1 王志功，景为平，孙玲王志功，景为平，孙玲王志功，景为平，孙玲王志功，景为
11、平，孙玲.集成电路设计技术与工具集成电路设计技术与工具集成电路设计技术与工具集成电路设计技术与工具.南京：南京：南京：南京：东南大学出版社，东南大学出版社，东南大学出版社，东南大学出版社，20072007年年年年7 7月（国家级规划教材）月（国家级规划教材）月（国家级规划教材）月（国家级规划教材）.22（美）（美）（美）（美）R.JacobR.Jacob Baker,Harry W.Li,David E.Boyce.Baker,Harry W.Li,David E.Boyce.CMOS Circuit Design,Layout and Simulation.CMOS Circuit Desi
12、gn,Layout and Simulation.北京：北京：北京：北京：机械工业出版社，机械工业出版社，机械工业出版社，机械工业出版社，2006.2006.3 3 陈中建主译陈中建主译陈中建主译陈中建主译.CMOS.CMOS电路设计、布局与仿真电路设计、布局与仿真电路设计、布局与仿真电路设计、布局与仿真.北京：机械工北京：机械工北京：机械工北京：机械工 业出版社，业出版社，业出版社，业出版社，2006.2006.44（美）（美）（美）（美）Wayne Wolf.Modern VLSI Design System onWayne Wolf.Modern VLSI Design System o
13、n Silicon.Silicon.北京：科学出版社，北京：科学出版社，北京：科学出版社，北京：科学出版社，2002.2002.5 5 朱正涌朱正涌朱正涌朱正涌.半导体集成电路半导体集成电路半导体集成电路半导体集成电路.北京：清华大学出版社，北京：清华大学出版社，北京：清华大学出版社，北京：清华大学出版社，2001.2001.6 6 王志功，沈永朝王志功，沈永朝王志功，沈永朝王志功，沈永朝.集成电路设计基础集成电路设计基础集成电路设计基础集成电路设计基础电子工业出版电子工业出版电子工业出版电子工业出版 社，社，社，社，20042004年年年年5 5月（月（月（月（2121世纪高等学校电子信息类
14、教材）世纪高等学校电子信息类教材）世纪高等学校电子信息类教材）世纪高等学校电子信息类教材）.第七章第七章 MOS管模拟集成电路设计基础管模拟集成电路设计基础7.1 引言引言1 1、采用数字系统实现模拟信号处理、采用数字系统实现模拟信号处理、采用数字系统实现模拟信号处理、采用数字系统实现模拟信号处理 现现现现实实实实世世世世界界界界中中中中的的的的各各各各种种种种信信信信号号号号量量量量通通通通常常常常都都都都是是是是以以以以模模模模拟拟拟拟信信信信号号号号的的的的形形形形式式式式出出出出现现现现的的的的，设设设设计计计计一一一一个个个个电电电电路路路路系系系系统统统统的的的的基基基基本本本本要
15、要要要求求求求，就就就就是是是是采采采采集集集集与与与与实实实实现现现现系系系系统统统统功功功功能能能能相相相相关关关关的的的的模模模模拟拟拟拟信信信信号号号号，按按按按系系系系统统统统的的的的功功功功能能能能要要要要求求求求对对对对采采采采集集集集的的的的信信信信号号号号进进进进行行行行处处处处理理理理，并输出需要的信号（通常也是模拟量）。并输出需要的信号（通常也是模拟量）。并输出需要的信号（通常也是模拟量）。并输出需要的信号（通常也是模拟量）。信号采集信号采集信号采集信号采集滤波放大滤波放大滤波放大滤波放大A/DA/D数字系统数字系统数字系统数字系统D/AD/A输出驱动输出驱动输出驱动输出
16、驱动模拟量模拟量模拟量模拟量模拟量模拟量模拟量模拟量2 2、集成电路的模块基本上可以分为数字电路和模拟电路两类、集成电路的模块基本上可以分为数字电路和模拟电路两类、集成电路的模块基本上可以分为数字电路和模拟电路两类、集成电路的模块基本上可以分为数字电路和模拟电路两类 模模模模拟拟拟拟信信信信号号号号和和和和数数数数字字字字信信信信号号号号的的的的分分分分析析析析处处处处理理理理方方方方法法法法不不不不同同同同，相相相相应应应应地地地地，模模模模拟拟拟拟集集集集成成成成电电电电路路路路和和和和数数数数字字字字集集集集成成成成电电电电路路路路的的的的设设设设计计计计分分分分析析析析方方方方法法法法
17、也也也也不不不不同同同同。模模模模拟拟拟拟集集集集成成成成电电电电路路路路要要要要求求求求电电电电路路路路的的的的每每每每一一一一个个个个组组组组成成成成单单单单元元元元都都都都必必必必须须须须是是是是精精精精确确确确的的的的，其其其其性性性性能能能能与与与与电电电电路路路路设设设设计计计计和和和和版版版版图图图图设设设设计计计计的的的的相相相相关关关关性性性性比比比比数数数数字字字字集集集集成成成成电电电电路路路路高高高高得得得得多多多多。电电电电路路路路设设设设计计计计要要要要考考考考虑虑虑虑到到到到很很很很多多多多相相相相关关关关因因因因素素素素，例例例例如如如如速速速速度度度度、频频频
18、频率率率率响响响响应应应应、功功功功耗耗耗耗、输输输输入入入入/输输输输出出出出摆摆摆摆幅幅幅幅等等等等；对对对对版版版版图图图图设设设设计计计计从从从从平平平平面面面面布布布布局局局局到到到到各各各各器器器器件件件件几几几几何何何何图图图图形形形形的的的的设设设设计计计计都都都都十十十十分分分分的的的的“讲讲讲讲究究究究”，需需需需要要要要考考考考虑虑虑虑的的的的问问问问题题题题往往往往往往往往比比比比数数数数字字字字集集集集成成成成电电电电路路路路版版版版图图图图设设设设计多得多。计多得多。计多得多。计多得多。3 3、模块设计、模块设计、模块设计、模块设计 随随随随着着着着集集集集成成成成
19、电电电电路路路路规规规规模模模模和和和和设设设设计计计计复复复复杂杂杂杂度度度度的的的的不不不不断断断断提提提提高高高高，采采采采用用用用人人人人工工工工或或或或半半半半自自自自动动动动设设设设计计计计方方方方法法法法必必必必然然然然存存存存在在在在着着着着设设设设计计计计效效效效率率率率低低低低、设设设设计计计计周周周周期期期期长长长长的的的的问问问问题题题题。并并并并且且且且随随随随着着着着集集集集成成成成电电电电路路路路规规规规模模模模的的的的不不不不断断断断扩扩扩扩大大大大，基基基基于于于于晶晶晶晶体体体体管管管管级级级级的的的的电电电电路路路路仿仿仿仿真真真真变变变变得得得得越越越越
20、来来来来越越越越困困困困难难难难，尤尤尤尤其其其其是是是是对对对对于于于于模模模模拟拟拟拟集集集集成成成成电电电电路路路路而而而而言言言言，不不不不仅电路的仿真过程变长而且仿真的收敛性也变差。仅电路的仿真过程变长而且仿真的收敛性也变差。仅电路的仿真过程变长而且仿真的收敛性也变差。仅电路的仿真过程变长而且仿真的收敛性也变差。为为为为了了了了提提提提高高高高设设设设计计计计效效效效率率率率、缩缩缩缩短短短短设设设设计计计计周周周周期期期期，可可可可以以以以首首首首先先先先将将将将复复复复杂杂杂杂的的的的电电电电路路路路划划划划分分分分为为为为若若若若干干干干模模模模块块块块，各各各各个个个个设设设
21、设计计计计小小小小组组组组按按按按照照照照统统统统一一一一的的的的标标标标准准准准并并并并持持持持设设设设计计计计各各各各自自自自的的的的模模模模块块块块，然然然然后后后后分分分分别别别别完完完完成成成成各各各各个个个个模模模模块块块块的的的的晶晶晶晶体体体体管管管管级级级级电电电电路路路路仿仿仿仿真真真真和和和和版版版版图图图图验验验验证证证证，最最最最后后后后在在在在此此此此基基基基础础础础上上上上完完完完成成成成整整整整个个个个系系系系统统统统的的的的集集集集成成成成。-模模模模块块块块设计设计设计设计7.2.1 7.2.1 模拟集成电路中电阻器模拟集成电路中电阻器模拟集成电路中电阻器模
22、拟集成电路中电阻器-无源电阻和有源电阻无源电阻和有源电阻无源电阻和有源电阻无源电阻和有源电阻 1.1.掺杂半导体电阻掺杂半导体电阻掺杂半导体电阻掺杂半导体电阻(1)(1)扩散电阻扩散电阻扩散电阻扩散电阻 所所所所谓谓谓谓扩扩扩扩散散散散电电电电阻阻阻阻是是是是指指指指采采采采用用用用热热热热扩扩扩扩散散散散掺掺掺掺杂杂杂杂的的的的方方方方式式式式构构构构造造造造而而而而成成成成的的的的电电电电阻阻阻阻。这这这这是是是是最最最最常常常常用用用用的的的的电电电电阻阻阻阻之之之之一一一一，工工工工艺艺艺艺简简简简单单单单且且且且兼兼兼兼容容容容性性性性好好好好，缺缺缺缺点点点点是是是是精精精精度度度
23、度稍稍稍稍差。差。差。差。(2)(2)离子注入电阻离子注入电阻离子注入电阻离子注入电阻 同同同同样样样样是是是是掺掺掺掺杂杂杂杂工工工工艺艺艺艺，由由由由于于于于离离离离子子子子注注注注入入入入工工工工艺艺艺艺可可可可以以以以精精精精确确确确地地地地控控控控制制制制掺掺掺掺杂杂杂杂浓浓浓浓度度度度和和和和注注注注入入入入的的的的深深深深度度度度，并并并并且且且且横横横横向向向向扩扩扩扩散散散散小小小小，因因因因此此此此，采采采采用用用用离离离离子子子子注注注注入入入入方方方方式形成的电阻的阻值容易控制，精度较高。式形成的电阻的阻值容易控制，精度较高。式形成的电阻的阻值容易控制，精度较高。式形成
24、的电阻的阻值容易控制，精度较高。7.2 MOS模拟集成电路中的基本元器件模拟集成电路中的基本元器件2.2.薄膜电阻薄膜电阻薄膜电阻薄膜电阻 寄寄寄寄生生生生效效效效应应应应影影影影响响响响了了了了掺掺掺掺杂杂杂杂电电电电阻阻阻阻的的的的应应应应用用用用，所所所所以以以以，除除除除了了了了利利利利用用用用掺掺掺掺杂杂杂杂区区区区构构构构造造造造电电电电阻阻阻阻外外外外，还还还还常常常常常常常常利利利利用用用用薄薄薄薄膜膜膜膜材材材材料料料料制制制制作作作作电电电电阻阻阻阻。主主主主要要要要的的的的薄薄薄薄膜膜膜膜电电电电阻有多晶硅薄膜电阻和合金薄膜电阻。阻有多晶硅薄膜电阻和合金薄膜电阻。阻有多晶
25、硅薄膜电阻和合金薄膜电阻。阻有多晶硅薄膜电阻和合金薄膜电阻。(1)(1)多晶硅薄膜电阻多晶硅薄膜电阻多晶硅薄膜电阻多晶硅薄膜电阻 掺掺掺掺杂杂杂杂多多多多晶晶晶晶硅硅硅硅薄薄薄薄膜膜膜膜也也也也是是是是一一一一个个个个很很很很好好好好的的的的电电电电阻阻阻阻材材材材料料料料，由由由由于于于于它它它它是是是是生生生生长长长长在在在在二二二二氧氧氧氧化化化化硅硅硅硅层层层层之之之之上上上上，因因因因此此此此，不不不不存存存存在在在在对对对对衬衬衬衬底底底底的的的的漏漏漏漏电电电电问问问问题题题题，当当当当然然然然也不必考虑它的端头电位问题，因为它不存在对衬底的导通。也不必考虑它的端头电位问题，因为
26、它不存在对衬底的导通。也不必考虑它的端头电位问题，因为它不存在对衬底的导通。也不必考虑它的端头电位问题，因为它不存在对衬底的导通。多多多多晶晶晶晶硅硅硅硅薄薄薄薄膜膜膜膜电电电电阻阻阻阻仍仍仍仍然然然然存存存存在在在在寄寄寄寄生生生生电电电电容容容容，但但但但其其其其性性性性质质质质与与与与pnpn结结结结电电电电容容容容不不不不同同同同，它它它它的的的的寄寄寄寄生生生生电电电电容容容容是是是是“多多多多晶晶晶晶硅硅硅硅-氧氧氧氧化化化化层层层层-硅硅硅硅”电电电电容容容容，单单单单位位位位面面面面积积积积电电电电容容容容的的的的大大大大小小小小由由由由氧氧氧氧化化化化层层层层厚厚厚厚度度度度
27、决决决决定定定定，如如如如果果果果将将将将它它它它们们们们做做做做在在在在场场场场氧氧氧氧化化化化层层层层之之之之上上上上，则则则则可可可可大大大大大大大大地地地地降降降降低低低低分分分分布布布布电电电电容容容容。可可可可以以以以通通通通过过过过调调调调整整整整多多多多晶晶晶晶硅硅硅硅的的的的掺掺掺掺杂杂杂杂浓度和多晶硅氧化的方法来调整多晶硅电阻的大小。浓度和多晶硅氧化的方法来调整多晶硅电阻的大小。浓度和多晶硅氧化的方法来调整多晶硅电阻的大小。浓度和多晶硅氧化的方法来调整多晶硅电阻的大小。(2)(2)合金薄膜电阻合金薄膜电阻合金薄膜电阻合金薄膜电阻 合合合合金金金金薄薄薄薄膜膜膜膜电电电电阻阻
28、阻阻是是是是采采采采用用用用一一一一些些些些合合合合金金金金材材材材料料料料沉沉沉沉积积积积在在在在二二二二氧氧氧氧化化化化硅硅硅硅或或或或其其其其他他他他介电材料表面上，通过光刻形成电阻条。介电材料表面上，通过光刻形成电阻条。介电材料表面上，通过光刻形成电阻条。介电材料表面上，通过光刻形成电阻条。常用的合金材料有：常用的合金材料有：常用的合金材料有：常用的合金材料有：TaTa，方块电阻：，方块电阻：，方块电阻：，方块电阻：1010000/1010000/；Ni-CrNi-Cr，方块电阻：，方块电阻：，方块电阻：，方块电阻：40400/40400/；SnOSnO2 2，方块电阻：，方块电阻：，
29、方块电阻：，方块电阻：804000/804000/；CrSiOCrSiO，方块电阻：，方块电阻：，方块电阻：，方块电阻：30500/30500/。合合合合金金金金薄薄薄薄膜膜膜膜电电电电阻阻阻阻通通通通过过过过修修修修正正正正可可可可以以以以使使使使其其其其绝绝绝绝对对对对值值值值公公公公差差差差达达达达到到到到1 10.010.01的的的的精精精精度度度度。主主主主要要要要的的的的修修修修正正正正方方方方法法法法有有有有氧氧氧氧化化化化、退退退退火火火火和和和和激激激激光光光光修修修修正正正正。因因因因此此此此，合合合合金金金金薄薄薄薄膜膜膜膜电电电电阻阻阻阻是是是是制制制制造造造造精精精精
30、密密密密匹匹匹匹配配配配电电电电阻阻阻阻的的的的较较较较好好好好方方方方法法法法。下下下下表表表表给给给给出几种合金薄膜电阻的特性，并与硼扩电阻做一比较。出几种合金薄膜电阻的特性，并与硼扩电阻做一比较。出几种合金薄膜电阻的特性，并与硼扩电阻做一比较。出几种合金薄膜电阻的特性，并与硼扩电阻做一比较。3 3、有源电阻、有源电阻、有源电阻、有源电阻 所所所所谓谓谓谓有有有有源源源源电电电电阻阻阻阻是是是是指指指指采采采采用用用用晶晶晶晶体体体体管管管管进进进进行行行行适适适适当当当当的的的的连连连连接接接接并并并并使使使使其其其其工工工工作作作作在在在在一一一一定定定定的的的的状状状状态态态态，利利
31、利利用用用用它它它它的的的的直直直直流流流流导导导导通通通通电电电电阻阻阻阻和和和和交交交交流流流流电电电电阻阻阻阻作作作作为为为为电电电电路路路路中中中中的的的的电电电电阻阻阻阻元元元元件件件件使使使使用用用用。双双双双极极极极型型型型晶晶晶晶体体体体管管管管和和和和MOSMOS晶晶晶晶体体体体管管管管均均均均可可可可担担担担当当当当有有有有源电阻。源电阻。源电阻。源电阻。以以以以MOSMOS晶晶晶晶体体体体管管管管为为为为例例例例，将将将将MOSMOS晶晶晶晶体体体体管管管管的的的的栅栅栅栅和和和和漏漏漏漏短短短短接接接接，使使使使得得得得导通的导通的导通的导通的MOSMOS晶体管始终工作
32、在饱和区。晶体管始终工作在饱和区。晶体管始终工作在饱和区。晶体管始终工作在饱和区。（a a）NMOSNMOS管管管管（b b）PMOSPMOS管管管管图图图图7.2.1 7.2.1 有源电阻有源电阻有源电阻有源电阻7.2.2 7.2.2 模拟集成电路中的电容器模拟集成电路中的电容器模拟集成电路中的电容器模拟集成电路中的电容器 在在在在模模模模拟拟拟拟集集集集成成成成电电电电路路路路中中中中，电电电电容容容容也也也也是是是是一一一一个个个个重重重重要要要要的的的的元元元元件件件件。在在在在双双双双极极极极型型型型模模模模拟拟拟拟集集集集成成成成电电电电路路路路中中中中，集集集集成成成成电电电电容
33、容容容器器器器用用用用作作作作频频频频率率率率补补补补偿偿偿偿以以以以改改改改善善善善电电电电路路路路的的的的频频频频率率率率特特特特性性性性。在在在在MOSMOS模模模模拟拟拟拟集集集集成成成成电电电电路路路路中中中中，由由由由于于于于在在在在工工工工艺艺艺艺上上上上制制制制造造造造集集集集成成成成电电电电容容容容比比比比较较较较容容容容易易易易，并并并并且且且且容容容容易易易易与与与与MOSMOS器器器器件件件件相相相相匹匹匹匹配配配配，故故故故集集集集成成成成电电电电容容容容器器器器得得得得到到到到较较较较广广广广泛泛泛泛的的的的应应应应用用用用。普普普普通通通通pnpn结结结结电电电电
34、容容容容的的的的容容容容量量量量较较较较小小小小，有有有有较较较较大大大大的的的的温温温温度度度度系系系系数数数数和和和和寄寄寄寄生生生生效效效效应应应应等等等等缺缺缺缺点点点点，故故故故应应应应用用用用不不不不多多多多。在在在在双双双双极极极极型型型型和和和和MOSMOS模模模模拟拟拟拟集集集集成成成成电电电电路路路路中中中中的的的的电电电电容容容容器器器器大大大大多多多多采采采采用用用用MOSMOS结结结结构构构构或或或或其其其其相相相相似似似似结结结结构构构构。由由由由于于于于在在在在MOSMOS工工工工艺艺艺艺中中中中 实实实实 现现现现 的的的的 MOSMOS电电电电 容容容容，匹匹
35、匹匹 配配配配 精精精精 度度度度 比比比比 电电电电 阻阻阻阻 好好好好，一一一一 般般般般 约约约约 为为为为0.1%5%0.1%5%，因因因因此此此此在在在在D/AD/A、A/DA/D转转转转换换换换器器器器和和和和开开开开关关关关电电电电容容容容电电电电路路路路等等等等集集集集成成成成电电电电路路路路中中中中，往往往往往往往往用用用用电电电电容容容容代代代代替替替替电电电电阻阻阻阻网网网网络络络络。下下下下表表表表列列列列出出出出了了了了扩扩扩扩散散散散电电电电阻阻阻阻、离子注入电阻和离子注入电阻和离子注入电阻和离子注入电阻和MOSMOS电容器的若干性能比较。电容器的若干性能比较。电容
36、器的若干性能比较。电容器的若干性能比较。元元元元 件件件件制造工艺制造工艺制造工艺制造工艺匹配匹配匹配匹配温度系数温度系数温度系数温度系数电压系数电压系数电压系数电压系数电阻器电阻器电阻器电阻器扩散扩散扩散扩散(W=50(W=50 m)m)离子注入离子注入离子注入离子注入(W=40(W=40 m)m)0.4%0.4%0.12%0.12%+2+21010-3-3/+4+41010-3-3/2 21010-3-3/V/V 8 81010-4-4/V/V电容器电容器电容器电容器MOSMOS(t toxox=0.1=0.1 mLmL=2=254 54 m m)0.06%0.06%+2.6+2.6101
37、0-3-3/1010-5-5/V/V元件匹配数椐比较元件匹配数椐比较元件匹配数椐比较元件匹配数椐比较1 1、以、以、以、以NN+硅作为下极板的硅作为下极板的硅作为下极板的硅作为下极板的MOSMOS电容器电容器电容器电容器 在在在在MOSMOS模模模模拟拟拟拟集集集集成成成成电电电电路路路路中中中中广广广广泛泛泛泛使使使使用用用用的的的的MOSMOS电电电电容容容容器器器器结结结结构构构构之之之之一一一一是是是是：以以以以金金金金属属属属或或或或重重重重掺掺掺掺杂杂杂杂的的的的多多多多晶晶晶晶硅硅硅硅作作作作为为为为电电电电容容容容的的的的上上上上极极极极板板板板，二二二二氧氧氧氧化化化化硅硅硅
38、硅为为为为介质，重掺杂扩散区为下极板，如图介质，重掺杂扩散区为下极板，如图介质，重掺杂扩散区为下极板，如图介质，重掺杂扩散区为下极板，如图7.2.27.2.2（a a）（）（）（）（b b）所示。）所示。）所示。）所示。（a a）金属做上极板）金属做上极板）金属做上极板）金属做上极板（b b）多晶硅做上极板）多晶硅做上极板）多晶硅做上极板）多晶硅做上极板图图图图7.2.2 N+7.2.2 N+硅做下极板的硅做下极板的硅做下极板的硅做下极板的MOSMOS电容器电容器电容器电容器2.2.以多晶硅作为下极板的以多晶硅作为下极板的以多晶硅作为下极板的以多晶硅作为下极板的MOSMOS电容器电容器电容器电
39、容器 以以以以多多多多晶晶晶晶硅硅硅硅作作作作电电电电容容容容器器器器下下下下极极极极板板板板所所所所构构构构造造造造的的的的MOSMOS电电电电容容容容器器器器是是是是无无无无极极极极性性性性电电电电容容容容器器器器，如如如如下下下下图图图图所所所所示示示示。这这这这种种种种电电电电容容容容器器器器通通通通常常常常位位位位于于于于场场场场区区区区，多多多多晶晶晶晶硅硅硅硅下下下下极极极极板板板板与衬底之间的寄生电容比较小。与衬底之间的寄生电容比较小。与衬底之间的寄生电容比较小。与衬底之间的寄生电容比较小。（a a）金属做上极板）金属做上极板）金属做上极板）金属做上极板（b b）多晶硅做上极板
40、）多晶硅做上极板）多晶硅做上极板）多晶硅做上极板图图图图7.2.3 7.2.3 多晶硅为下极板的多晶硅为下极板的多晶硅为下极板的多晶硅为下极板的MOSMOS电容器结构电容器结构电容器结构电容器结构 在在在在某某某某些些些些电电电电路路路路中中中中，需需需需用用用用较较较较大大大大的的的的电电电电容容容容或或或或对对对对电电电电容容容容有有有有某某某某些些些些特特特特殊殊殊殊要要要要求求求求，则则则则可可可可采采采采用用用用与与与与双双双双极极极极工工工工艺艺艺艺相相相相容容容容的的的的薄薄薄薄膜膜膜膜技技技技术术术术制制制制作作作作薄薄薄薄膜膜膜膜电电电电容容容容器器器器，形形形形成成成成一一
41、一一个个个个平平平平行行行行板板板板式式式式的的的的薄薄薄薄膜膜膜膜电电电电容容容容器器器器。通通通通常常常常制制制制作作作作的的的的方方方方法法法法是是是是：先先先先在在在在硅硅硅硅材材材材料料料料上上上上生生生生长长长长一一一一层层层层SiOSiO2 2，然然然然后后后后淀淀淀淀积积积积一一一一层层层层导导导导体体体体作作作作为为为为下下下下电电电电极极极极板板板板，接接接接着着着着再再再再淀淀淀淀积积积积一层介质材料，最后覆盖一层金属导体作为上电极。一层介质材料，最后覆盖一层金属导体作为上电极。一层介质材料，最后覆盖一层金属导体作为上电极。一层介质材料，最后覆盖一层金属导体作为上电极。3
42、.3.3.3.薄膜电容器薄膜电容器薄膜电容器薄膜电容器图图图图7.2.4 7.2.4 薄膜电容器薄膜电容器薄膜电容器薄膜电容器7.2.3 模拟集成电路中的场效应晶体管模拟集成电路中的场效应晶体管1 1、场效应晶体管的特点、场效应晶体管的特点、场效应晶体管的特点、场效应晶体管的特点（1 1）场场场场效效效效应应应应管管管管是是是是一一一一种种种种电电电电压压压压控控控控制制制制器器器器件件件件。它它它它的的的的输输输输入入入入偏偏偏偏流流流流仅仅仅仅为为为为1010-1010l0l0-12-12A A，而而而而且且且且与与与与工工工工作作作作点点点点的的的的设设设设置置置置无无无无关关关关，所所
43、所所以以以以它它它它有有有有很很很很高高高高的的的的输输输输入入入入阻阻阻阻抗抗抗抗，一一一一般般般般约约约约为为为为10101010l0l01212，这这这这比比比比普普普普通通通通双双双双极极极极型型型型晶晶晶晶体体体体管管管管的的的的输输输输入入入入电电电电阻阻阻阻要要要要高高高高几几几几个个个个数数数数量量量量级级级级。由由由由于于于于MOSMOS管管管管的的的的这这这这一一一一特特特特性性性性，使使使使其其其其在在在在采采采采样样样样保保保保持和开关电容等电路中得到广泛应用。持和开关电容等电路中得到广泛应用。持和开关电容等电路中得到广泛应用。持和开关电容等电路中得到广泛应用。（2 2
44、）场场场场效效效效应应应应管管管管的的的的频频频频率率率率响响响响应应应应比比比比横横横横向向向向pnppnp管管管管好好好好得得得得多多多多，它它它它的的的的跨跨跨跨导导导导比比比比一一一一般般般般双双双双极极极极型型型型晶晶晶晶体体体体管管管管低低低低。因因因因此此此此，在在在在运运运运算算算算放放放放大大大大电电电电路路路路的的的的输输输输入入入入级级级级及及及及电电电电平平平平位位位位移移移移级，若采用场效应管，则其转换速率及频率特性均得到改善。级，若采用场效应管，则其转换速率及频率特性均得到改善。级，若采用场效应管，则其转换速率及频率特性均得到改善。级，若采用场效应管，则其转换速率及
45、频率特性均得到改善。（3 3）MOSMOS管管管管的的的的集集集集成成成成密密密密度度度度比比比比双双双双极极极极型型型型器器器器件件件件高高高高得得得得多多多多。例例例例如如如如，具具具具有有有有同同同同样样样样性性性性能能能能的的的的MOSMOS运运运运放放放放所所所所占占占占芯芯芯芯片片片片面面面面积积积积，仅仅仅仅是是是是双双双双极极极极运运运运放的放的放的放的30305050。（4 4）MOSMOS管的抗辐射能力较强。管的抗辐射能力较强。管的抗辐射能力较强。管的抗辐射能力较强。（5 5）用用用用MOSMOS管管管管构构构构成成成成的的的的互互互互补补补补电电电电路路路路，要要要要比比
46、比比双双双双极极极极器器器器件件件件的的的的互互互互补补补补电电电电路路路路更更更更易易易易于于于于配配配配置置置置，结结结结构构构构也也也也简简简简单单单单。这这这这是是是是因因因因为为为为，用用用用CMOSCMOS技技技技术术术术容容容容易易易易通通通通过过过过几几几几何何何何图图图图形形形形和和和和工工工工艺艺艺艺参参参参数数数数的的的的控控控控制制制制，制制制制作作作作性性性性能能能能近近近近似似似似相相相相同同同同的的的的p p沟沟沟沟和和和和n n沟沟沟沟互互互互补补补补电电电电路路路路。而而而而对对对对于于于于双双双双极极极极技技技技术术术术来来来来说说说说，要要要要获获获获得得
47、得得与与与与npnnpn管管管管特特特特性性性性近近近近似似似似相相相相等等等等的的的的横横横横向向向向或或或或纵纵纵纵向向向向pnppnp管管管管，如不用特殊工艺，几乎是不可能的。如不用特殊工艺，几乎是不可能的。如不用特殊工艺，几乎是不可能的。如不用特殊工艺，几乎是不可能的。由由由由于于于于场场场场效效效效应应应应管管管管的的的的这这这这些些些些特特特特点点点点，使使使使它它它它在在在在模模模模拟拟拟拟集集集集成成成成电电电电路路路路中中中中得得得得到到到到广广广广泛泛泛泛应应应应用用用用。最最最最先先先先得得得得到到到到发发发发展展展展的的的的是是是是结结结结型型型型场场场场效效效效应应应
48、应管管管管(JFET)(JFET)与与与与双双双双极极极极型型型型器器器器件件件件相相相相容容容容工工工工艺艺艺艺(也也也也称称称称BJFETBJFET工工工工艺艺艺艺)的的的的运运运运算算算算放放放放大大大大器器器器，接接接接着着着着又又又又发发发发展展展展了了了了MOSMOS管管管管与与与与双双双双极极极极型型型型器器器器件件件件相相相相容容容容工工工工艺艺艺艺(也也也也称称称称Bi-MOSBi-MOS工工工工艺艺艺艺)的的的的运运运运算算算算放放放放大大大大器器器器。从从从从7070年年年年代代代代中中中中后后后后期期期期广广广广泛泛泛泛发发发发展展展展了了了了单单单单片片片片MOSMO
49、S模模模模拟拟拟拟集集集集成成成成电电电电路路路路，特特特特别是全别是全别是全别是全MOSMOS的模的模的模的模-数转换器与数数转换器与数数转换器与数数转换器与数-模转换器等。模转换器等。模转换器等。模转换器等。当当当当然然然然，与与与与双双双双极极极极型型型型晶晶晶晶体体体体管管管管相相相相比比比比，场场场场效效效效应应应应管管管管也也也也有有有有它它它它的的的的不不不不足足足足之之之之处处处处。例例例例如如如如，场场场场效效效效应应应应管管管管的的的的参参参参数数数数离离离离散散散散性性性性比比比比双双双双极极极极型型型型晶晶晶晶体体体体管管管管更更更更大大大大，而而而而且且且且跨跨跨跨导
50、导导导低低低低。因因因因此此此此，场场场场效效效效应应应应管管管管差差差差分分分分放放放放大大大大器器器器的的的的失失失失调调调调电电电电压压压压比比比比双双双双极极极极晶晶晶晶体体体体管管管管的的的的大大大大得得得得多多多多。MOSMOS器器器器件件件件对对对对的的的的高高高高输输输输入入入入失失失失调调调调电电电电压压压压，部部部部分分分分原原原原因因因因是是是是在在在在相相相相同同同同射射射射极极极极电电电电流流流流情情情情况况况况下下下下，MOSMOS管管管管的的的的跨跨跨跨导导导导比比比比双双双双极极极极型型型型晶晶晶晶体体体体管管管管低低低低，一一一一般般般般低低低低5 55050