MOS器件物理(3).ppt

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1、MOS管交流小信号模型管交流小信号模型-低频低频o小信号是指对偏置的影响非常小的信号。小信号是指对偏置的影响非常小的信号。o由于在很多模拟电路中，由于在很多模拟电路中，MOS管被偏置在饱和区，管被偏置在饱和区，所以主要推导出在饱和区的小信号模型。所以主要推导出在饱和区的小信号模型。o在饱和区时在饱和区时MOS管的漏极电流是栅源电压的函数，管的漏极电流是栅源电压的函数，即为一个压控电流源，电流值为即为一个压控电流源，电流值为gmVGS，且由于，且由于栅源之间的低频阻抗很高，因此可得到一个理想栅源之间的低频阻抗很高，因此可得到一个理想的的MOS管的小信号模型，如图所示。管的小信号模型，如图所示。M

2、OS管交流小信号模型管交流小信号模型-低频低频(a) (b)MOS管交流小信号模型管交流小信号模型-低频低频o其中（其中（a）为理想的小信号模型。）为理想的小信号模型。o实际的模拟集成电路中实际的模拟集成电路中MOS管存在着二阶效应，而管存在着二阶效应，而由于沟道调制效应等效于漏源之间的电阻由于沟道调制效应等效于漏源之间的电阻ro；而衬；而衬底偏置效应则体现为背栅效应，即可用漏源之间的底偏置效应则体现为背栅效应，即可用漏源之间的等效压控电流源等效压控电流源gmbVBS表示，因此表示，因此MOS管在饱和管在饱和时的小信号等效模型如图时的小信号等效模型如图 (b)所示。所示。o上图所示的等效电路是

3、最基本的，根据上图所示的等效电路是最基本的，根据MOS管在电管在电路中不同的接法可以进一步简化。路中不同的接法可以进一步简化。 MOS管交流小信号模型管交流小信号模型-高频高频o在高频应用时，在高频应用时，MOS管的分布电容就不能管的分布电容就不能忽略。即在考虑高频交流小信号工作时必须忽略。即在考虑高频交流小信号工作时必须考虑考虑MOS管的分布电容对电路性的影响，管的分布电容对电路性的影响，o所以所以MOS管的高频小信号等效电路可以在管的高频小信号等效电路可以在其低频小信号等效电路的基础上加入其低频小信号等效电路的基础上加入MOS管的级间电容实现，如图所示。管的级间电容实现，如图所示。MOS管

4、交流小信号模型管交流小信号模型-高频高频MOS管交流小信号模型管交流小信号模型-高频高频o不同工作状态（截止、饱和、线性）时不同工作状态（截止、饱和、线性）时MOS管的分布电容值不同，因此若进行详细的计管的分布电容值不同，因此若进行详细的计算比较困难，但可以通过软件模拟进行分析。算比较困难，但可以通过软件模拟进行分析。o另外，在高频电路中必须注意其工作频率受另外，在高频电路中必须注意其工作频率受MOS管的最高工作频率的限制（即电路的工管的最高工作频率的限制（即电路的工作频率如高于作频率如高于MOS管的最高工作频率时，电管的最高工作频率时，电路不能正常工作）。路不能正常工作）。CMOS中的电阻、

5、电中的电阻、电容容有源电阻有源电阻 oMOS管的适当连接使其工作在一定状态（饱和区或是线性管的适当连接使其工作在一定状态（饱和区或是线性区），利用其直流电阻与交流电阻可以作为电路中的电阻元件区），利用其直流电阻与交流电阻可以作为电路中的电阻元件使用。使用。o1MOS二极管作电阻二极管作电阻 MOS二极管是指把二极管是指把MOS晶体管的栅极与漏极相互短接构晶体管的栅极与漏极相互短接构成二端器件，如图所示。成二端器件，如图所示。 有源电阻有源电阻o由上图可知，由上图可知，MOS二极管的栅极与漏极具有同的二极管的栅极与漏极具有同的电位，电位，MOS管总是工作在饱和区，根据饱和萨氏管总是工作在饱和区，

6、根据饱和萨氏方程可知其转移特性曲线（漏极电流栅源电压间方程可知其转移特性曲线（漏极电流栅源电压间的关系曲线）如下图所示。的关系曲线）如下图所示。NMOSPMOS有源电阻有源电阻(一一) 直流电阻直流电阻o此时此时NMOS管的直流电阻为：管的直流电阻为：oPMOS管的直流电阻为：管的直流电阻为：o由以上两式可以发现：由以上两式可以发现：MOS二极管的直流电阻与器二极管的直流电阻与器件的尺寸相关，并且还取决于件的尺寸相关，并且还取决于VGS的值的值。 2)(thnGSNGSDGSDDSonVVKVIVIVR 2)(thpGSPGSDGSDDSonVVKVIVIVR 有源电阻有源电阻（二）交流电阻（

7、二）交流电阻o交流电阻可以视为交流电阻可以视为MOS管的输出特性曲线在管的输出特性曲线在VDSVGS时的斜率，对于理想的情况，即忽时的斜率，对于理想的情况，即忽略沟道调制效应时，其值为无穷大。略沟道调制效应时，其值为无穷大。o考虑沟道调制效应时，交流电阻是一有限值，考虑沟道调制效应时，交流电阻是一有限值，但远大于在该工作点上的直流电阻，且其值但远大于在该工作点上的直流电阻，且其值基本恒定。基本恒定。有源电阻有源电阻1）忽略衬底偏置效应）忽略衬底偏置效应o首先根据饱和萨氏方程，可得到其电压与电首先根据饱和萨氏方程，可得到其电压与电流特性：流特性：o则有：则有： o上式说明当流过三极管的电流确定后

8、，上式说明当流过三极管的电流确定后，MOS管的二端压降仅与几何尺寸有关管的二端压降仅与几何尺寸有关 。2)(thGSNDVVKI NIthDSGSKVVVVD 有源电阻有源电阻o再根据再根据MOS二极管的低频小信号模型，有：二极管的低频小信号模型，有：V1V和和IV/rogmV。所以小信号工作时。所以小信号工作时MOS二极管可近二极管可近似为一个两端电阻，其值为：似为一个两端电阻，其值为： 由上式可以看出：由上式可以看出：o二极管连接的二极管连接的MOS管的交流电阻等于其跨导的倒数，管的交流电阻等于其跨导的倒数，且为一非线性电阻。且为一非线性电阻。o但由于在模拟电路中一般交流信号幅度较小，因此

9、，但由于在模拟电路中一般交流信号幅度较小，因此，在直流工作点确定后，可以认为其值为一恒定值。在直流工作点确定后，可以认为其值为一恒定值。 momgrgIV1)1(/ 有源电阻有源电阻2）考虑衬底偏置效应）考虑衬底偏置效应o如果考虑体效应，如下图（如果考虑体效应，如下图（a）所示，由于衬底接地电）所示，由于衬底接地电位，则有：位，则有：V1V，VbsV，其等效电路如下图，其等效电路如下图（b）所示。）所示。（a) (b)有源电阻有源电阻o根据根据KCL定理，由上图（定理，由上图（b）可以得到：）可以得到： o所以此时的等效电阻为：所以此时的等效电阻为： o上式即为考虑了衬底偏置效应与沟道调制效应

10、的小信上式即为考虑了衬底偏置效应与沟道调制效应的小信号电阻，由上式可知：在考虑衬底效应后，从号电阻，由上式可知：在考虑衬底效应后，从M1的的源端看其阻抗降低了。源端看其阻抗降低了。 )(IrVVggombm mbmombmombmggrggrggIV 1111有源电阻有源电阻2MOS管的栅极接固定偏置管的栅极接固定偏置o根据根据MOS管的栅极所接的固定偏置的大小不管的栅极所接的固定偏置的大小不同，同，MOS管可工作于饱和区与三极管区。管可工作于饱和区与三极管区。o在实际应用中，根据输出端不同，又可分为在实际应用中，根据输出端不同，又可分为漏输出与源输出两类工作方式。漏输出与源输出两类工作方式。

11、 有源电阻有源电阻1）漏输出，源极交流接地）漏输出，源极交流接地oVGS是固定的，当是固定的，当MOS管的漏源电压大于栅极的管的漏源电压大于栅极的过驱动电压时，过驱动电压时，MOS管工作于饱和区，忽略沟道管工作于饱和区，忽略沟道调制效应时，其阻值为无穷大，但实际阻值应考调制效应时，其阻值为无穷大，但实际阻值应考虑沟道调制效应，可用饱和萨氏方程求出：虑沟道调制效应，可用饱和萨氏方程求出： DoIr 1 有源电阻有源电阻o而当漏源电压小于栅极过驱动电压时，而当漏源电压小于栅极过驱动电压时，MOS管工作于三极管区，此时的等效输管工作于三极管区，此时的等效输出电阻为：出电阻为：)(21thGSNoVV

12、Kr 有源电阻有源电阻2）源输出，漏极交流接地）源输出，漏极交流接地o此时栅源电压随输出电压变化，当此时栅源电压随输出电压变化，当MOS管工作于饱和区时，管工作于饱和区时，其输出电阻为其输出电阻为1/gm；而当；而当MOS管工作于三极管区时，其输管工作于三极管区时，其输出电阻值为：出电阻值为：式中的式中的gm为器件跨导，而为器件跨导，而gd则为器件导纳。且有：则为器件导纳。且有： o所以此时的输出电阻值较小。所以此时的输出电阻值较小。dmoggr 1DSNmVKg2 DSNthGSNdIKVVKg2)(2 有源电阻有源电阻o总之，当总之，当MOS管在电路中作有源电阻时，管在电路中作有源电阻时，

13、一般栅接固定电位（接漏是一种特例），这一般栅接固定电位（接漏是一种特例），这时根据栅电压大小来判定时根据栅电压大小来判定MOS管的工作区管的工作区域（饱和区与三极管区），另外，输出的端域（饱和区与三极管区），另外，输出的端口是源端或是漏端，其呈现的阻抗也不同。口是源端或是漏端，其呈现的阻抗也不同。 无源器件无源器件在模拟集成电路中的无源器件主要是指在模拟集成电路中的无源器件主要是指电阻、电容等，精密的电阻、电容是电阻、电容等，精密的电阻、电容是MOS模模拟电路设计所要求的主要基本元件，电阻或电拟电路设计所要求的主要基本元件，电阻或电容在电路应用中最关键的是要提供精确的元件容在电路应用中最关键的

14、是要提供精确的元件值，但在大多数情况下，电阻或电容的绝对值值，但在大多数情况下，电阻或电容的绝对值不如它们的比值那么重要。不如它们的比值那么重要。 无源器件无源器件-电阻电阻o电阻是模拟电路的最基本的元件，在集成电电阻是模拟电路的最基本的元件，在集成电路中有多种设计和制造方法，并有无源电阻路中有多种设计和制造方法，并有无源电阻与有源电阻之分。电阻的大小一般以方块数与有源电阻之分。电阻的大小一般以方块数来表示，电阻的绝对值为：来表示，电阻的绝对值为：o式中式中R为单位方块电阻值，为单位方块电阻值，L和和W分别是指分别是指电阻的长度与宽度。电阻的长度与宽度。 WLRR口 无源器件无源器件-电阻电阻

15、o若假定这些参数是统计无关的，则电阻值的偏差可表示为：若假定这些参数是统计无关的，则电阻值的偏差可表示为： o在大多数情况下，由于在大多数情况下，由于LLL，所以上式可简化成：，所以上式可简化成： o通常对于上式中第一项偏差，离子注入电阻比扩散电阻要小，通常对于上式中第一项偏差，离子注入电阻比扩散电阻要小，衬底硅电阻比多晶硅电阻要小（多晶硅材料晶粒结构变化增加衬底硅电阻比多晶硅电阻要小（多晶硅材料晶粒结构变化增加所致）；第二项偏差，随着光刻技术特别是干法刻蚀即等离子所致）；第二项偏差，随着光刻技术特别是干法刻蚀即等离子刻蚀技术的出现，该项偏差大大减小。刻蚀技术的出现，该项偏差大大减小。 222

16、)()()()(WWLLRRS口口RD 22)()()(WWRRS口口RD 无源器件无源器件-电阻电阻o在某些设计中，要求精确的电阻比值，对称在某些设计中，要求精确的电阻比值，对称叉指式设计布局用来补偿薄层电阻与条宽范叉指式设计布局用来补偿薄层电阻与条宽范围的梯度变化。围的梯度变化。o在电阻设计时还需注意相对于衬底的寄生电在电阻设计时还需注意相对于衬底的寄生电容可能把一些高频噪声通过电阻叠加在有用容可能把一些高频噪声通过电阻叠加在有用信号上，所以在设计时对一些特殊电阻必须信号上，所以在设计时对一些特殊电阻必须加电屏蔽（如阱接地，采用多晶电阻或双多加电屏蔽（如阱接地，采用多晶电阻或双多晶结构）。

17、晶结构）。 无源器件无源器件-源源/漏扩散电阻漏扩散电阻o金属栅与硅栅技术的金属栅与硅栅技术的NMOS和和CMOS工工艺，与漏源区同时制成。艺，与漏源区同时制成。无源器件无源器件-源源/漏扩散电阻漏扩散电阻o方块电阻值为方块电阻值为R20100，在需要较大电阻时，在需要较大电阻时，需要很多方块，占用很大面积，所以一般不用扩散电需要很多方块，占用很大面积，所以一般不用扩散电阻制作大阻值的电阻。阻制作大阻值的电阻。o精度为精度为20%，温度系数为，温度系数为5001500ppm/，电压系数为电压系数为100500ppm/V，所以不能用作精密，所以不能用作精密电阻。电阻。o存在大的寄生电容（存在大的

18、寄生电容（n+-p结电容），并且由于存在结电容），并且由于存在浅结，所以会产生压电电阻，从而引入误差。浅结，所以会产生压电电阻，从而引入误差。无源器件无源器件-P阱（阱（N阱）扩散电阻阱）扩散电阻（阱电阻或沟道电阻）（阱电阻或沟道电阻）oCMOS金属栅和硅栅工艺。金属栅和硅栅工艺。无源器件无源器件-P阱（阱（N阱）扩散电阻阱）扩散电阻（阱电阻或沟（阱电阻或沟道电阻）道电阻）oR10005000，并且其薄层电阻值更高。，并且其薄层电阻值更高。o由于阱的扩散深度及其引起的横向扩散约有由于阱的扩散深度及其引起的横向扩散约有5至至10微米，使电阻条不可能做得很窄。且电阻条微米，使电阻条不可能做得很窄。

19、且电阻条之间还需要设计出沟道截止环，以消除电阻间的之间还需要设计出沟道截止环，以消除电阻间的表面反型层漏电流，因此在制作大电阻时，其面表面反型层漏电流，因此在制作大电阻时，其面积也较大。积也较大。o具有大的电压系数，且其电阻精度为具有大的电压系数，且其电阻精度为40%。无源器件无源器件-注入电阻注入电阻oNMOS和和CMOS金属栅与硅栅工艺。可金属栅与硅栅工艺。可以与耗尽层注入相结合。以与耗尽层注入相结合。无源器件无源器件-注入电阻注入电阻o方块电阻方块电阻R5001000（最大为（最大为1M），可以），可以制作较大电阻而不用占很大面积。制作较大电阻而不用占很大面积。o电阻阻值易于控制，但需要

20、一次额外的掩膜。电阻阻值易于控制，但需要一次额外的掩膜。o但离子注入与衬底间所形成的但离子注入与衬底间所形成的p-n结存在不同的反偏时，结存在不同的反偏时，耗尽层宽度不同，因此导电层内的载流子流量会发生变耗尽层宽度不同，因此导电层内的载流子流量会发生变化，所以电阻的线性度不理想，电压系数高，并且由于化，所以电阻的线性度不理想，电压系数高，并且由于氧化层表面电荷的影响，导电层表面的载流子浓度也不氧化层表面电荷的影响，导电层表面的载流子浓度也不稳定，因此大电阻的精度受一定的限制。这类电阻具有稳定，因此大电阻的精度受一定的限制。这类电阻具有小的温度系数，但很难消除压电电阻效应。小的温度系数，但很难消

21、除压电电阻效应。无源器件无源器件-多晶电阻多晶电阻oNMOS与与CMOS硅栅工艺，与源硅栅工艺，与源/漏同漏同时扩散。时扩散。无源器件无源器件-多晶电阻多晶电阻o方块电阻为方块电阻为R30200。制作大电阻时，可另外。制作大电阻时，可另外再加上一次光刻，用离子注入较小剂量来实现，其阻值再加上一次光刻，用离子注入较小剂量来实现，其阻值可达可达10千欧千欧/方块。但多晶硅电阻的薄层电阻大小，方块。但多晶硅电阻的薄层电阻大小，除与离子注入剂量有关外，还与多晶硅的厚度，多晶硅除与离子注入剂量有关外，还与多晶硅的厚度，多晶硅的淀积质量等有关，因此难以用来制作精密电阻。的淀积质量等有关，因此难以用来制作精

22、密电阻。o温度系数为温度系数为5001500ppm/，电阻误差较大。，电阻误差较大。o但可以通过激光与多晶丝来调节电阻值，且由于多晶硅但可以通过激光与多晶丝来调节电阻值，且由于多晶硅下面有厚的氧化层与电路隔离，其寄生电容大大减小。下面有厚的氧化层与电路隔离，其寄生电容大大减小。无源器件无源器件-薄膜电阻薄膜电阻oNMOS和和CMOS的金属栅与硅栅工艺，需要额外的工的金属栅与硅栅工艺，需要额外的工艺步骤，通过溅射方法把艺步骤，通过溅射方法把Ni-Cr、Cr-Si或钼按一定比或钼按一定比例成分淀积在硅片的绝缘层上实现。例成分淀积在硅片的绝缘层上实现。o方块电阻值可由所用材料的性质比例成分和淀积层厚

23、度方块电阻值可由所用材料的性质比例成分和淀积层厚度决定，一般情况下，薄膜厚度为几百至几千埃，方块电决定，一般情况下，薄膜厚度为几百至几千埃，方块电阻：阻：Ni-Cr为几百欧为几百欧/方，方，Cr-Si为几百至几千欧为几百至几千欧/方。方。o薄膜电阻的线性度最好，电压系数很小，温度系数也小薄膜电阻的线性度最好，电压系数很小，温度系数也小（约（约100ppm/），与），与MOS的其它工艺条件无关。的其它工艺条件无关。并且可以用激光修正、氧化、退火等提高电阻的精度。并且可以用激光修正、氧化、退火等提高电阻的精度。无源器件无源器件-电容电容 o在在MOS模拟集成电路中，电容也是一个不可模拟集成电路中，

24、电容也是一个不可或缺的元件，由于其易于与或缺的元件，由于其易于与MOS器件相匹配，器件相匹配，且制造较易，匹配精度比电阻好，所以得到且制造较易，匹配精度比电阻好，所以得到了较广泛的应用。了较广泛的应用。o多数都用多数都用SiO2作为介质，但也有采用作为介质，但也有采用SiO2/Si3N4夹层作为介质，主要是利用夹层作为介质，主要是利用Si3N4较高的介电常数特性来制作较大的电较高的介电常数特性来制作较大的电容。容。 无源器件无源器件-电容电容o由于沉积氧化层厚度有较大的偏差，因由于沉积氧化层厚度有较大的偏差，因此沉积氧化物通常不适用于制作精密电此沉积氧化物通常不适用于制作精密电容器。容器。o在

25、理想情况下，其电容值可用下式进行在理想情况下，其电容值可用下式进行计算：计算：oxoxoxoxtWLtSC 无源器件无源器件-电容电容o标准偏差为：标准偏差为： o通常选择通常选择WL（提高电容的（提高电容的Q值），则上式中值），则上式中后二项的误差取决于光刻误差，通常称之为边缘后二项的误差取决于光刻误差，通常称之为边缘误差；而上式中前两项的误差为氧化层效应误差。误差；而上式中前两项的误差为氧化层效应误差。o在小电容时，起主导作用的是边缘效应误差，而在小电容时，起主导作用的是边缘效应误差，而大电容时主要取决于氧化层误差。大电容时主要取决于氧化层误差。o电容器的比例精度主要取决于它们的面积比（特

26、电容器的比例精度主要取决于它们的面积比（特别是小电容）别是小电容） 2222)()()()()(WWLLttSoxoxoxoxCD 无源器件无源器件-电容电容(1) PN结电容结电容o直接利用直接利用PN结构成的电容，这类电结构成的电容，这类电容具有大的电压系数和非线性，因容具有大的电压系数和非线性，因此并不常用。此并不常用。无源器件无源器件-电容电容(2) MOS电容电容o只适用于只适用于NMOS与与CMOS金属栅工艺，如图所示金属栅工艺，如图所示o温度系数为温度系数为25ppm/，电容误差为，电容误差为15%。o这是一种与电压相关的电容，电压系数为这是一种与电压相关的电容，电压系数为25p

27、pm/V。无源器件无源器件-电容电容(3)多晶与体硅之间的电容（多晶与体硅之间的电容（PIS）oNMOS与与CMOS多晶硅栅（金属栅）工艺实现，需要多晶硅栅（金属栅）工艺实现，需要额外一次离子注入来形成底板的额外一次离子注入来形成底板的n+重掺杂区，以多晶重掺杂区，以多晶硅为上极板，二氧化硅为介质，硅为上极板，二氧化硅为介质，n+为下极板构成电容。为下极板构成电容。无源器件无源器件-电容电容o衬底必须接一个固定电位，此时多晶与体硅衬底必须接一个固定电位，此时多晶与体硅间的电容可认为是一无极性的电容，但存在间的电容可认为是一无极性的电容，但存在底板底板pn结寄生电容结寄生电容（15%30%）。o

28、电压系数电压系数-10ppm/V， 温度系数温度系数2050ppm/， 误差误差15%。o另外，这类电容可以通过多晶条的激光修正另外，这类电容可以通过多晶条的激光修正来调节电容值。来调节电容值。无源器件无源器件-电容电容(4)双多晶电容（双多晶电容（PIP）o由由NMOS与与CMOS双多晶工艺实现，其上下极板都为双多晶工艺实现，其上下极板都为多晶，介质为薄氧化层。介质氧化层一般与栅氧同时多晶，介质为薄氧化层。介质氧化层一般与栅氧同时形成。形成。无源器件无源器件-电容电容o电压系数为电压系数为100ppm/V， 温度系数温度系数100ppm/。o多晶多晶2的面积可以小于薄氧化层面积，从而只的面积

29、可以小于薄氧化层面积，从而只有较小的寄生电容（厚氧电容）。有较小的寄生电容（厚氧电容）。o由于双层多晶硅电容具有性能稳定、寄生电由于双层多晶硅电容具有性能稳定、寄生电容小等优点，因此在容小等优点，因此在MOS集成电路中有广泛集成电路中有广泛应用。应用。无源器件无源器件-电容电容(5)MOS器件作电容器件作电容o由于由于MOS管中存在着明显的电容结构，因此可以用管中存在着明显的电容结构，因此可以用MOS器件制作成一个电容使用。器件制作成一个电容使用。o如果一个如果一个NMOS管的源、漏、衬底都接地而栅电压管的源、漏、衬底都接地而栅电压接正电压，当接正电压，当VG上升并达到上升并达到Vth时在多晶

30、硅下的衬时在多晶硅下的衬底表面将开始出现一反型层。在这种条件下底表面将开始出现一反型层。在这种条件下NMOS可看成一个二端器件，并且不同的栅压会产生厚度可看成一个二端器件，并且不同的栅压会产生厚度不一样的反型层，从而有不同的电容值。不一样的反型层，从而有不同的电容值。 无源器件无源器件-电容电容A. 耗尽型区：耗尽型区：o栅压为一很负的值，栅上的负电压就会把衬底中的空穴吸引到氧化栅压为一很负的值，栅上的负电压就会把衬底中的空穴吸引到氧化层表面，即构成了积累区，此时，由于只有积累区出现，而无反型层表面，即构成了积累区，此时，由于只有积累区出现，而无反型层，且积累层的厚度很厚，因此积累层的电容可以

31、忽略。此时的层，且积累层的厚度很厚，因此积累层的电容可以忽略。此时的NMOS管可以看成一个单位面积电容为管可以看成一个单位面积电容为Cox的电容，其中间介质则的电容，其中间介质则为栅氧。为栅氧。o当当VGS上升时，衬底表面的空穴浓度下降，积累层厚度减小，则积上升时，衬底表面的空穴浓度下降，积累层厚度减小，则积累层电容增大，该电容与栅氧电容相串后使总电容减小，直至累层电容增大，该电容与栅氧电容相串后使总电容减小，直至VGS趋于趋于0，积累层消失，当，积累层消失，当VGS略大于略大于0时，在栅氧下产生了耗尽层，时，在栅氧下产生了耗尽层，总电容最小。总电容最小。 无源器件无源器件-电容电容B.弱反型

32、区弱反型区oVGS继续上升，则在栅氧下面就产生耗尽层，并开始出现反型继续上升，则在栅氧下面就产生耗尽层，并开始出现反型层，该器件进入了弱反型区，在这种模式下，其电容由层，该器件进入了弱反型区，在这种模式下，其电容由Cox与与Cb串联而成，并随串联而成，并随VGS的增大，其电容量逐步增大。的增大，其电容量逐步增大。C.强反型区强反型区o当当VGS超过超过Vth时，其二氧化硅表面则保持为一沟道，且其单位时，其二氧化硅表面则保持为一沟道，且其单位电容又为电容又为Cox。无源器件无源器件-电容电容(6) 金属与多晶电容（金属与多晶电容（MIP）o通过通过NMOS与与CMOS硅栅工艺实现，在蒸铝之前用光

33、刻的硅栅工艺实现，在蒸铝之前用光刻的方法刻去多晶硅上的厚氧化层，然后在制作栅氧化层时在多方法刻去多晶硅上的厚氧化层，然后在制作栅氧化层时在多晶硅上热生长一薄氧化层，最后蒸铝，从而得到了铝氧化晶硅上热生长一薄氧化层，最后蒸铝，从而得到了铝氧化层多晶硅电容。这种电容通常位于场区。层多晶硅电容。这种电容通常位于场区。无源器件无源器件-电容电容o当然也可以用多晶硅作为电容的上极板，而金属作为其下极板，介当然也可以用多晶硅作为电容的上极板，而金属作为其下极板，介质为氧化层构成电容。质为氧化层构成电容。 MIP电容的特点：电容的特点：o可以对多晶条进行修正以获得较精确的电容值。可以对多晶条进行修正以获得较

34、精确的电容值。o由于介质变化与张驰使得在由于介质变化与张驰使得在QV中的滞后，所以中的滞后，所以CVD氧化层不适氧化层不适用于作为电容介质。用于作为电容介质。o在多晶硅与衬底之间存在寄生电容，由于其介质为厚的场氧化层，在多晶硅与衬底之间存在寄生电容，由于其介质为厚的场氧化层，因此该寄生电容很小，通常为所需电容的十分之一；而从可靠性考因此该寄生电容很小，通常为所需电容的十分之一；而从可靠性考虑，其金属层必须大于介质氧化层，所以金属层与衬底间存在寄生虑，其金属层必须大于介质氧化层，所以金属层与衬底间存在寄生电容，但其值则更小，只为所需电容的百分之一左右。电容，但其值则更小，只为所需电容的百分之一左

35、右。o电压系数为电压系数为100ppm/V，温度系数为：，温度系数为：100ppm/。无源器件无源器件-电容电容(7)多晶与场注入区的电容多晶与场注入区的电容o只能在带场注入的只能在带场注入的NMOS与与CMOS硅栅工艺中采硅栅工艺中采用，由于该电容的介质为厚的场氧，所以单位面积用，由于该电容的介质为厚的场氧，所以单位面积的氧化层电容较小。的氧化层电容较小。o在应用这类电容时，电容的底板必须与衬底相连。在应用这类电容时，电容的底板必须与衬底相连。(8)MIM电容电容o这是最近出现的一种电容结构。这是最近出现的一种电容结构。o其中的介质层是专门形成的，而不是单纯的场氧。其中的介质层是专门形成的，而不是单纯的场氧。