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1、第三章 半导体2023/4/121本讲稿第一页，共二十一页第3章 集成电路中的无源元件集成电阻器集成电阻器集成电容器集成电容器2023/4/122本讲稿第二页，共二十一页一般集成电路中使用的无源元件一般集成电路中使用的无源元件:电阻、电容电阻、电容常见的无源元件有常见的无源元件有电阻、电容电阻、电容、电感电感2023/4/123本讲稿第三页，共二十一页集成电路中的无源元件1 电阻wdL2023/4/124本讲稿第四页，共二十一页常用集成电阻器常用集成电阻器n基区扩散电阻基区扩散电阻n发射区扩散电阻、埋层扩散电阻发射区扩散电阻、埋层扩散电阻n基区沟道电阻基区沟道电阻、外延层电阻、外延层电阻n离子
2、注入电阻离子注入电阻n多晶硅电阻多晶硅电阻、MOS电阻电阻2023/4/125本讲稿第五页，共二十一页氧化膜氧化膜pnP型扩散层型扩散层（电阻）（电阻）基区扩散电阻基区扩散电阻2023/4/126本讲稿第六页，共二十一页氧化膜氧化膜pnnP型扩散层型扩散层（电阻）（电阻）基区扩散电阻基区扩散电阻（Rs=100-200 /)Rs为基区扩散的薄层电阻为基区扩散的薄层电阻L、W为电阻器的长度和宽度为电阻器的长度和宽度1.端头修正端头修正2.拐角修正因子拐角修正因子3.横向扩散修正因子横向扩散修正因子4.薄层电阻值薄层电阻值Rs的修正的修正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
3、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VCCLw本讲稿第七页，共二十一页2023/4/128本讲稿第八页，共二十一页氧化膜氧化膜pnP型扩散层型扩散层（电阻）（电阻）基区扩散电阻最小条宽的设计基区扩散电阻最小条宽的设计1.设计规则决定最小条宽设计规则决定最小条宽2.工艺水平和精度工艺水平和精度3.流经电阻的最大电流流经电阻的最大电流取三者中的最大者取三者中的最大者本讲稿第九页，共二十一页氧化膜氧化膜p510%如果如果LW,可以忽略不记可以忽略不记 本讲稿第十页，共二十一页如果工艺控制水平可使如果工艺控制水平可使由线宽引起的电阻相对误差由线宽引
4、起的电阻相对误差小于小于10%,2023/4/1211本讲稿第十一页，共二十一页2023/4/1212本讲稿第十二页，共二十一页氧化膜氧化膜pnn耗尽层耗尽层（反向偏压）（反向偏压）夹层电阻区域夹层电阻区域夹层电阻夹层电阻（RF=2-10K /)n+nN型扩散层型扩散层基区沟道电阻基区沟道电阻2023/4/1213本讲稿第十三页，共二十一页SiSiO2LeffLW多晶硅电阻多晶硅电阻2023/4/1214本讲稿第十四页，共二十一页集成电路中的无源元件2 电容导电层导电层绝缘层绝缘层2023/4/1215本讲稿第十五页，共二十一页氧化膜氧化膜pN+平板型电容平板型电容双极集成电路中的双极集成电路
5、中的MOS电容器电容器铝电极铝电极N-epitox=100nm时，CA=3.45e-4pF/um230pF需约0.1mm2特点：特点：1.单位面积电容值较小单位面积电容值较小2.击穿电压击穿电压BV较高（大于较高（大于50V）隔离槽隔离槽NBVEBtox绝缘层的击穿电场强度（绝缘层的击穿电场强度（510）106V/cm本讲稿第十六页，共二十一页n叠式结构电容叠式结构电容槽式结构电容槽式结构电容氧化膜氧化膜电容极板电容极板金属引线金属引线nDRAM中常用的电容中常用的电容大电容结构大电容结构2023/4/1217本讲稿第十七页，共二十一页n n 一一一一般般般般材材材材料料料料纯纯纯纯度度度度在
6、在在在99.999.9已已已已认认认认为为为为很很很很高高高高了了了了，有有有有0.10.1的的的的杂杂杂杂质质质质不不不不会会会会影影影影响响响响物物物物质质质质的的的的性性性性质质质质。而而而而半半半半导导导导体体体体材材材材料料料料不不不不同同同同，纯纯纯纯净净净净的的的的硅硅硅硅在在在在室室室室温温温温下下下下：2140021400cmcmn n如如果果在在硅硅中中掺掺入入杂杂质质磷磷原原子子，使使硅硅的的纯纯度度仍仍保保持持为为99.9999。则则其其电电阻阻率率变变为为：0.20.2cmcm。因因因因此此此此，可利用这一性质通过掺杂质的多少来控制硅的导电能力。可利用这一性质通过掺杂
7、质的多少来控制硅的导电能力。可利用这一性质通过掺杂质的多少来控制硅的导电能力。可利用这一性质通过掺杂质的多少来控制硅的导电能力。半导体的导电能力随所含的微半导体的导电能力随所含的微量杂质而发生显著变化量杂质而发生显著变化2023/4/1218本讲稿第十八页，共二十一页N N型半导体与型半导体与P P型半导体型半导体N N N N型半导体型半导体型半导体型半导体P P P P型半导体型半导体型半导体型半导体施主杂质施主杂质施主杂质施主杂质受主杂质受主杂质受主杂质受主杂质2023/4/1219本讲稿第十九页，共二十一页半导体材料的导电率半导体材料的导电率电子以速度电子以速度VdVd移动移动则有则有:由式由式(1)(1)、式（、式（2 2）可得）可得电子浓度电子浓度电子迁移率电子迁移率要改变半导体材料的电导率改变n0E2023/4/1220本讲稿第二十页，共二十一页作作 业业1.教科书教科书P65-3.12.教科书教科书P66-3.7(注：氧化层厚度改为注：氧化层厚度改为0.1微米）微米）3.教科书教科书P66-3.82023/4/1221本讲稿第二十一页，共二十一页