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了解IC制造中的常见元件类型

时间:2023-07-02 理论教育 版权反馈
【摘要】:利用项目二介绍的IC制造材料和项目三介绍的制造工艺可以实现不同类型的元件,利用这些元件可以构成不同的集成电路形式,达到不同的电路规模,如表4-1所示。目前,占统治地位的是CMOS工艺。图4-1集中IC工艺速度功耗区位图集成电路中常用的无源元件是电阻、电容,它们的制作工艺与NPN管兼容。所以在集成电路中应多用有源元件,少用无源元件。

了解IC制造中的常见元件类型

利用项目二介绍的IC制造材料和项目三介绍的制造工艺可以实现不同类型的元件,利用这些元件可以构成不同的集成电路形式,达到不同的电路规模,如表4-1所示。

表4-1 不同材料对应的工艺、可形成的元件、逻辑电路形式和可达到的电路规模

表4-1中英文缩写词解释如下:

D:Diode,二极管;

LD:Laser Diode,激光二极管;

PD:Photo-Detector/Diode,光电探测器/二极管;

BJT:Bipolar Junction Transistor,双极型三极管

HBT:Hetro-junction Bipolar Transistor,异质结双极型三极管;

MESFET:Metal-Semiconductor Field-Effect Transistor,金属半导体场效应晶体管

HEMT:High Electron Mobility Transistor,高电子迁移率晶体管;

TTL:Transistor-Transistor-Logic,晶体管-晶体管逻辑;

ECL:Emitter-Coupled-Logic,射极耦合逻辑;(www.xing528.com)

CML:Current-Mode-Logic,电流模逻辑;

SCL:Source-Coupled-LogiC,源极耦合逻辑;

集成电路特别是逻辑电路的类型包括以双极型硅为基础的ECL技术,PMOS技术,NMOS技术,CMOS技术,双极型硅或硅锗异质结晶体管加CMOS的BiCMOS技术和GaAs技术。目前,占统治地位的是CMOS工艺。单纯采用双极型硅的ECL工艺仅在一定的场合得到应用,但以锗/硅异质结晶体管(HBT)为元件的ECL电路和BiCMOS电路则异军突起,在高频、高速和大规模集成方面都展现出优势。

每一种工艺都有各自的特点。最重要的两个特性是速度和功耗。人们追求的目标是高速低功耗。图4-1给出了几种IC工艺速度功耗区位。由于这里速度是用门延迟来表示的,门延迟越小表示速度就越高,所以工艺开发和电路设计的目标,即高速低功耗就变成向左下角靠近。由图4-1可以看出GaAs潜在速度最高,而CMOS可以做到功耗最小。

图4-1 集中IC工艺速度功耗区位图

集成电路中常用的无源元件是电阻、电容,它们的制作工艺与NPN管(或MOS管)兼容。集成电阻、电容的最大优点是元件间的匹配及温度跟踪较好,所以在电路设计时应充分利用此特点,使电路性能不是依赖于单个元件的特性,而是与元件的比值有关。

集成电阻和电容的缺点如下:

(1)精度低(±20%),绝对误差大;

(2)温度系数较大;

(3)可制作的范围有限,不能太大,又不能太小;

(4)占用的芯片面积大,成本高。所以在集成电路中应多用有源元件,少用无源元件。

在后续任务中将分别介绍几种常用的集成电路工艺及在集成电路中常用的各类电阻器和电容器,讨论它们的结构、性能、寄生效应和设计。本项目最后介绍集成电路中的电感和内部连线。

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