集成电路新设计基础
51页1、集成电路设计基础集成电路设计基础 山东大学 信息学院 刘志军 *集成电路设计基础2 上次课内容上次课内容 第6章 集成无源器件及SPICE模型 6.1 引言 6.2 薄层集成电阻器 6.3 有源电阻 6.4 集成电容器 6.5 电感 6.6 互连线 6.7 传输线 *集成电路设计基础3 第第7 7章章 晶体管的晶体管的SPICESPICE模型模型 7.1 引言 7.2 二极管及其SPICE模型 7.3 双极型晶体管及其SPICE模型 7.4 MOS场效应管及其SPICE模型 7.5 短沟道MOS场效应管BSIM3模型 7.6 模型参数提取技术 *集成电路设计基础4 7.1 7.1 引言引言 上一章主要介绍无源元件R、L、C的模 型。 集成电路主要是由晶体管组成的,本章 主要介绍晶体管等效电路模型。 *集成电路设计基础5 半导体器件模型半导体器件模型 半导体器件模型有: 器件的物理模型 器件的等效电路模型 *集成电路设计基础6 半导体器件物理模型半导体器件物理模型 半导体器件物理模型是从半导体基本方 程出发,对器件的参数做一定的近似假 设,而得到的有解析表达式的数学模型 。 *集成电路设
2、计基础7 半导体器件等效电路模型半导体器件等效电路模型 半导体器件等效电路模型在特定的工作条件 下,把器件的物理模型用一组理想元件代替 ,用这些理想元件的支路方程表示器件的物 理模型。 半导体器件在不同的工作条件下将有不同的 等效电路模型。例如直流模型、交流小信号 模型、交流大信号模型、瞬态模型等是各不 相同的。 *集成电路设计基础8 7.2 7.2 二极管及其二极管及其SPICESPICE模型模型 二极管等效电路模型 端电压V与结电压VD的关系是: 其中 高频下: 势垒电容Cj: 扩散电容Cd: *集成电路设计基础9 二极管在反向偏压很大时会发生击穿。专门设计在击穿状态下工作的 二极管称为齐纳二极管。但二极管的电流电压方程没有预示这种击穿,实 际电路设计中需借助SPICE等模拟工具来大致确定击穿电压值。 参 数 名公式中符 号 SPICE中符号单 位 SPICE中默认值 饱和电流ISISA1.0E-14 发射系数nN-1 串联体电阻RSRS0 渡越时间TTTSec0 零偏势垒电容Cj0CJ0F0 梯度因子mM-0.5 PN结内建势垒V0VJV1 二极管模型参数对照表 *集成电路设计基
3、础10 器件的电子噪声器件的电子噪声 所谓电子噪声是指电子线路中某些元器 件产生随机起伏的电信号。这些信号一 般是与电子(或其它载流子)的电扰动 相联系的。 一般包括:热噪声(白噪声)和半导体 噪声。半导体噪声包括散弹噪声、分配 噪声、闪烁噪声(1/f噪声)和场效应管 噪声。 *集成电路设计基础11 二极管的噪声模型二极管的噪声模型 n 热噪声 : n 闪烁(1/f)噪声和散粒噪声 : KF和AF是噪声系数 *集成电路设计基础12 7.3 7.3 双极型晶体管及其双极型晶体管及其SPICESPICE模型模型 双极型晶体管模型: (1) Ebers-Moll(即EM)模型 Ebers和Moll于1954年提出 (2)Gummel-Poon(即GP)模型 Gummel和Poon 于1970年提出 *集成电路设计基础13 EM电流方程 :EM直流模型 : 晶体管KVL和KCL方程: 这四个独立的方程描述了双极型 晶体管的特性 。 *集成电路设计基础14 虽然NPN晶体管常被设想为在两个N沟层之间夹着一个 P型区的对称型三层结构。但与MOS器件不同的是:集电 区与发射区这两个电极不能互换。 注
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