第一章 常用半导体器件

IC版图设计电子科学与技术专业于平平办公室B305河北科技大学集成电路版图的重要性集成电路版图是电路系统与集成电路工艺之间的中间环节，是一个必不可少的重要环节。通过集成电路版图设计，可以将立体的电路系统变为一个二维的平面图形，再经过工艺加工还愿为基本硅材料的立体结构。随着微电子技术的发展，新技术、新工艺、新材料不断涌现，设计方法、设计手段、设计理念不断更新，版图设计已从单纯的图形设计发展为需要综合考虑各方面因素的、复杂的设计问题。版图工程师要掌握：版图设计的技术、技巧对相关的电路系统问题、工艺问题及一些重要的物理效应有深刻的理解。版图设计非常注重经验本课程主要内容电路基础理论硅加工工艺CMOS版图版图设计中的电阻、电容和电感版图设计规则集成电路的版图设计和版图验证学习UNIX操作系统和Cadence软件上机完成一个电路的版图设计参考书籍：集成电路版图基础实用指南——李卫华译(清华出版社)模拟电路版图的艺术(第二版)——张为译(电子工业出版社)集成电路版图设计——(机械工业出版社)CMOSICLayoutConcepts，MethodologiesandTools——DanClein第一章电路基础理论1.1半导体基础知识1.2半导体二极管1.3双极型晶体管1.4场效应管1.5N阱和衬底接触1.1半导体基础知识1、概念导体绝缘体半导体2.基本的原子理论原子理论指电子只能存在于原子核周围的某个能量状态，该能量状态称为能级。电子从一个能级跃迁到更高的能级，需要获得能量。价带&导带3.半导体材料集成电路制造常用的材料——硅原因：导带和价带之间的能量差较小，硅中电子跃迁到更高的能级参与导电比较容易。在绝对零度附近，电子被硅原子紧紧束缚。随着晶体温度的上升，晶体中的原子开始振动，当温度升高到室温时，原子振动更加剧烈，一些电子可以获得足够的热能儿跃迁到导带中。纯净硅的导电能力很弱，为了改善硅的导电能力，可以向硅中掺入杂质。通过控制杂质的剂量，可以很好的控制硅的导电能力。4、本征半导体返回（1）本征半导体：纯净半导体，具有晶体结构如下。（2）本征激发：热激发下产生自由电子和空穴的现象。复合：-----达到动态平衡。返回3、杂质半导体（1）N型半导体：多子：电子。少子：空穴。返回（2）P型半导体：多子：空穴。少子：电子。返回（3）总结：多子浓度取决于掺杂。少子浓度取决于温度。4、PN结（1）PN结形成扩散运动：漂移运动：两者达到平衡------PN结（2）PN结单向导电性正向导通反向截止（3）PN结的伏安特性PN结的形成返回PN结加正向电压时导通返回PN结加反向电压时截止返回（3）PN结的伏安特性返回返回1.2二极管二极管是由P型和N型两种材料形成的结二极管中的电流仅沿一个方向流动二极管的应用整流：滤除经过二极管的负向信号；缺点：损失了一半的功率；PN结隔离在一个PN结上加正向电压，电流单向流动，加反向电压的时候没有电流。PN结的价值：可以隔离和控制电流，在集成路中，应用PN结这一特性，使电流不会随意四处流动。后面会讲到这一特性；1.3双极晶体管返回图1.3.3基本共射放大电路返回晶体管的电流放大作用电流关系：Ie=Ic+IbIc=βIb,β：电流放大系数1、结型场效应管（1）结构和符号及原理返回1.4场效应管1.5N阱和衬底接触观察P型器件，会发现它周围有一个N型区域未接任何电位，同样的，P型衬底也未接任何电位。如果不注意，这两个区域会形成一定的偏压。这个电压可能来自于实际器件的泄漏电流，它将导致P区、N区形成的PN结正偏。解决方法：让PN结反偏，将衬底接最低的电位，将P型器件的N区接最高电位。通常将N区成为N阱，P区称为P阱。总结：本章学习了以下内容：绝缘体、导体和半导体的定义；硅中掺杂的原因；N型、P型材料的定义；PN结可作为整流器和二极管；用PN结隔离晶体管；在P型区域上掺入N型杂志以便更有效的制备晶体管；场效应晶体管；N阱和衬底接触；