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無源器件有包括哪幾種類型,以及詳解電阻器件的作用

信息來源:本站 日期:2017-10-06 

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無源器件

1.電阻

沒有硅化物阻擋層掩模的工藝中,按方塊電阻值R□增大的順序可分為:金屬、硅化的多品硅、源/漏P、或N+材料、N阱等。

金屬層可以為電路提供阻值很小的電阻。在CMOS工藝中,—般用鋁線作為電阻,但是在用鋁線做電阻時,金屬條不能太窄,否則會影響電路的匹配;此類電阻的溫度系數約為0.3%/℃。

硅化物多晶硅的薄層電阻很?。s每方塊電阻為3~5Ω),因此也可以用來實現小阻值的電阻。缺點是其方塊電阻值R□與工藝有關,其變化范圍高達60%~70%。因此,多晶硅電阻僅用在對電P絕N精度要求不高的場合。多晶硅電阻的溫度系數在+0.2%/℃和+0.4%/℃之間。

P+和N+的源/漏區也能作為電阻。由于它們的薄層電阻的方塊電阻值也為每方塊電阻3~50左右,儀適合做小電阻,其隨工藝而變化的范圍可高達50%;而且,它與襯底之間的PN結會產生相當大的電容,該電容值還與結電壓有關。

N阱電阻的薄層方塊電阻值約為lkΩ左右,并且受工藝影響比較大,可能達到土40%。由于邊緣擴散的影響,當阱深為幾微米時,電阻的寬度不同,其R□值也不同;另外,Ro隨N阱到襯底電壓的變化而劇烈改變,導致電阻出現非線性,且難以確定阻值大小。N阱電阻的溫度系數7℃為+0.2%~十0.5%/℃。

向多晶電阻的薄層電阻值會隨溫度和上藝的不同而不同,所以在版圖設計中要預防這種變化。對于多晶電阻的溫度系數(取決于摻雜類型和濃度)必須在每一個不同的工藝中對其進行測量確定。

多晶電阻在摻雜P、和N+時的溫度系數的典型值分別為+0.1 %/℃和-0.1%i℃。一般而言,由工藝引起的阻值變化通常小土20%。

使用硅化物阻擋層的多晶電阻具有線性度高,對襯底電容小和失配較小的特點。實際上這種電阻的線性度取決于其長度,并且在高精度應用中需要精確地測量和建模。

2.電容

高密度線性電容器在CMOS工藝中的結構可以分為:多晶硅覆蓋擴散區( PIS)、多晶硅覆蓋多晶硅(PIP)、金屬覆蓋多晶硅(MIP)和金屬覆蓋金屬(MIM)等,它們均作為電容器的兩個極板,并在它們之間生長較薄的氧化層。當然線性電容器還可設計成三明治結構,如圖16.6所示。

三明治結構的電容器的總的電容值為每相鄰兩層間電容之和,因此圖16.6所示的電容值為MIM電容值的四倍。

在版圖實現中,各種結構的單位而積的電容值都與兩極板間的間距成反比但各不相同,在0.25μm工藝中,不同結構的電容值大約為:

①MIM電容,即相鄰金屬層之間的電容(如圖16.6中所示的Cl,…,C4)在1.15 fF/μm2左右。

②MIP電容,即金屬1與多晶之間的電容大約是1.5fF/μm2左右。

③PIP電容大約為1.5 fF/μm2左右。

④PIS電容大約為6 fF/μm2左右。

以上各種結構的電容,隨工藝變化的范圍不同,對于MIM電容其誤差高達20%,而柵氧電容的誤差一般可控制在5%以內。并且不同金屬層之間的電容的隨機變化趨于“中和”而相互抵消,因而圖16.6所示的三明治結構的電容比其他結構的電容受工藝變化的影響要小得多。

至于采用何種結構主要由下面兩個因素決定

①電容所占的面積。

②底層極板寄生電容Cp和極板問電容C的比值Cp/C。

當然對于精確要求的電容,必須考慮邊緣電容的影響。這類電容可以從相應的工藝設計手冊提供的表格中查到。

還有一類電容結構,是把MOS晶體管源/漏短接作為電容的一個極板,而其柵作為電容的另一個極板,從而構成一個電容,此類電容只要柵/源電壓足以使其溝道產生反型層即可。由此也可看出此類電容的電容值強烈依賴于柵/源電壓,因此制約了這種結構的使用。


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