Proiectarea Circuitelor în Tehnologie CMOS

Etapa I

TEHNOLOGIA CMOS

Se cere:

- Elemente de tehnologie de fabricaţie şi criterii de proiectare.

- Simboluri

- Zone de lucru şi caracteristicile specifice

-Zona de tăiere

-Zona de triodă

-Zona de saturaţie

- Modelul de semnal mic în zona de saturaţie

-Schema

-Parametrii

-Legi

- Modelul de semnal mic în zona de triodă

-Schema

-Parametrii

-Legi

- Capacităţi parazite

-Capacităţile joncţiunilor

-Capacităţile de suprapunere

-Capacitatea canalului

- Modelul de semnal mic, înaltă frecvenţă, în zona de tăiere

- Modelul de semnal mic, înaltă frecvenţă, în zona de triodă

- Modelul de semnal mic, înaltă frecvenţă, în zona de saturaţie

- Schemele de simulare pentru ridicarea caracteristicilor

-Caracteristicile de ieşire

-Caracteristicile transconductanţei în zona de saturaţie

-Punctul bias

Parametrii de maxim interes (funcţie de zona de lucru):

- Transconductanţa de semnal mic

- Transconductanţa bulk

- Rezistenţa drena – sursă

- Capacităţile joncţiunilor

- Capacităţile de suprapunere

- Capacitatea canalului

- Lungime canal carte 2 97 886

- Lăţime canal

- Tensiunea de prag cartea doi 13

- Mobilitatea 295

- Factorul de saturaţie de câmp

(Cu unităţi de măsură şi ordin de mărime.)

- Corespondenţă coduri parametrii (spice - teorie)

1.Elemente de tehnologie de fabricaţie şi criterii de proiectare

Spre deosebire de tranzistoarele bipolare, tranzistoarele cu efect de câmp (FET - field effect transistors) controlează curentul între canalul dintre terminalul de drenă şi cel de sursă prin câmpul electric determinat de tensiunea aplicată pe poartă. Pentru a menţine un câmp electric nu avem nevoie de un curent care să circule. Astfel, avantajul esenţial al tranzistoarelor cu efect de câmp este acela că intensitatea curentului în terminalul porţii este practic nulă.

Tranzistoarele MOS (metal-oxide-semiconductor field-effect transistor) sunt dispozitive de conectare/deconectare folosite în circuitele integrate CMOS. Un circuit integrat CMOS tipic va fi compus din mai multe straturi individuale de siliciu şi conductoare metalice. Fiecare strat este definit de structura lui proprie determinată de corpuri geometrice care sunt strategic amplasate pe alte straturi pentru a forma tranzistorul. Tranzistorul MOS sau extinzând la circuitul integrat, fizic, constă din zone difuzate de conductivitate p sau n incluse întrun substrat de siliciu, Si, între care există anumite conexiuni şi la care, din exterior, se aplică tensiuni de polarizare. Pentru obţinerea acestor zone de conductivitate p sau n este necesar întâi să se realize ferestre pentru difuzie, în locurile respective, pe placheta de siliciu. Proiectarea constă întro serie de paşi ce trebuiesc urmaţi pentru a creea straturile pe un substrat de siliciu. Se pot distinge astfel opt etape: fabricarea plachetelor, oxidarea, depunerea de strat subţire, difuzia, implantarea ionică, corodarea, metalizarea, litografia.

Dintr-un lingou de siliciu cu rezistivitatea de 10Ω∙cm se taie discuri numite wafer cu grosimea in jur de 0.6 mm. Pe una din suprafeţele waferului se realizează simultan un număr de zeci sau sute de circuite integrate identice, apoi prin tăiere se obţin plachetele cu circuitul integrat. Următorul pas este oxidarea care poate fi de două feluri: umedă şi uscată. Dioxidul de siliciu (SiO2) este folosit la scală largă în circuitele integrate datorită proprietăţilor şi caracteristicilor ca dielectric. Dioxidul de silicu este folosit în MOSFET, şi asigură izolarea dintre straturile conductoare. Există două căi în care oxizii sunt creaţi, prin “creştere termică” şi CVD(chemical vapor deposition). În primul caz, oxizii folosesc atomi de siliciu din reacţia de oxidare. Astfel rezultă dioxidul de siliciu la temperatură între 900oC si 1100 oC. ÎIn cazul CVD, oxizii sunt creaţi folosind reacţii chimice cum ar fi combinarea monosilanului cu oxigenul , reacţie ce are loc la temperatura de 1000 oC.

Tehnologia modernă MOS foloseşte din ce in ce mai mult polisiliciu în straturi conductoare depozitate deasupra oxizilor. Circuitele VLSI folosesc implementări cu ioni pentru a creea regiuni dopate n sau p în substratul de siliciu. O regiune dopată reprezintă o secţiune în siliciu impurificată intenţionat cu atomi pentru a altera proprietăţile sale electrice. Atomii arsenic (As) si fosfor (P) sunt folosiţi pentru regiuni de tip n, unde există un surplus de electroni. Atomii de bor (B) sunt folosiţi pentru reginui de tip p, unde există un surplus de goluri. Astfel ionii dopanţi sunt acceleraţi şi lovesc stratul de siliciu conform figurii 1.2