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              MOS集成電路的功能及工藝流程特性詳解分析

              信息來源: 時間:2021-4-21

              MOS集成電路的功能及工藝流程特性詳解分析

              (1)放大

              MOS晶體管作為有源元件,本來就是用作放大元件的。在圖3.15所示的互補型電路中,P溝道和N溝道晶體管互為有源元件和負載元件而工作,適用于重負載驅動和小功率電路。但與單溝道MOS集成電路相比,工藝流程復雜。

              MOS集成電路的功能

              (2)負載

              考慮其控制參數和芯片面積等單項功能,用MOS晶體管做負載要比擴散電阻負載有利。MOS晶體管負載利用了漏-源間的伏安特性,依柵接地的形式大體分為兩種。MOS集成電路的功能表3.65)~7上,除列出上述兩種外,還加了一種兼具兩者的優點的、可實現新功能的電抗型的負載形式。

              表中所列的漏接地電路是目前最常用的形式,此時漏與柵均為交流接地。很多場合,為使電路簡單起見,漏和柵接在一起,也就是采用直流連接形式。這種連接多用于增強型負載,由傳輸特性可以看到,輸出電壓的最大值一定在電源電壓扣除image.png后的差值以下。也就是說電壓利用率很差。為克服這一缺點,在特殊情形下,VG用另一電源。

              另一方面,在源接地型一欄內所示的兩種電路,其負載都具有源接地的特性。在E-D結構的電路中,放大晶體管為增強型,負載晶體管為耗盡型。因呈現的是加上image.png大小的有效柵偏壓的飽和區特性,故負載接近于恒流負載。MOS集成電路的功能從而最大輸出電壓幾乎接近電源電壓,對負載充電的電流也接近于恒流,故具有小功率、高速度的性質8)、9)。

              MOS集成電路的功能

              互補型電路,與E-D結構有同樣的效果,但由于負載可以互換,對降低功耗更為有利。也就是說,不管輸入信號為1或0,總有一個晶體管處于截止狀態,幾乎沒有電流流過兩個晶體管,只是在image.png轉換時,才流過對負載充電的電流。電抗型電路由漏接地電路和源接地電路組合而成。左側的電路對直流為漏接地,對交流為源接地。直流傳輸特性就表示了這種情形。MOS集成電路的功能。若兩個晶體管的尺寸大致相同,傳輸特性可以接近于45°,因而直流穩定度可以得到改善,又因為源系交流接地,可以獲得增益。另外還可用于選頻。左側的圖形為同樣的電路用互補型構成的例子。

              (3)傳輸門和模擬開關

              由于對MOS晶體管而言可以對稱地構成漏和源,漏和源是雙向開關的信號端,柵可用作控制端。但在雙極型晶體管中,因有作為控制信號的基極電流流入信號通路,故難以實現雙向功能。但對MOS晶體管而言,雙向開關可用作下面將要敘述的移位寄存器的傳輸門,存儲器的寫入和讀出門等。又由于漏-源之間沒有偏移電壓,也可用作模擬開關以及斬波器。

              (4)暫存

              MOS晶體管的柵輸入電阻極高,由輸入電容和輸入電阻決定的時間常數通常為幾個毫秒。因此,在輸入端加電壓信號后再切斷信號源時,在毫秒量級的時間內還有漏電流流過??梢韵裨谝莆患拇嫫髦兴玫哪菢?,用于暫存信息。

              (5)非易失性存儲

              所謂非易失性存儲是切斷電源后還可保存存儲內容的功能。由于半導體單晶沒有撤除外加電壓后的滯后現象,就必須利用不是電路性的而是物理性的存儲現象。MOS集成電路的功能。我們認為,如用簡單的制造工藝能作成穩定的、好用的非易失性存儲器,則半導體存儲器的應用領域就會進一步擴大。這方面的研究工作正在進行之中。

              這類存儲器之一種是利用被硅上絕緣膜內陷阱所俘獲的電荷來控制硅表面勢。最先做出的非易失性存儲器是NMOS器件,如圖3.16所示。圖3.17是對該種器件的工作原理的說明。

              MOS集成電路的功能

              (半導體)的縮寫。如圖3.17所示,利用流過Si3N4和SiO2的電流之差,可以改變對Si3N4和SiO2界面處陷阱充電的電荷。

              當SiO2厚度約為100~50image.png時,如圖3.17所示,流過SiO2的電流因隧道效應通過SiO2勢壘的薄弱部分。當SiO2厚度在50image.png以下時,直接的隧道電流增大。

              作為這類非易失性存儲器,以后發表了用Al2O3做絕緣體的MAS晶體管10),和用Al2O3~SiO2做絕緣體的MAOS晶體管11)。

              MOS集成電路的功能

              還有一種非易失性存儲器,不是利用電荷穿越絕緣體的隧道現象,而是利用PN結雪崩擊穿產生的高能電荷越過絕緣體勢壘的現象。MOS集成電路的功能。圖3.1812)是利用浮置柵的非易失性存儲器,漏結雪崩擊穿產生的電子越過SiO2注入到用多晶硅制造的浮置柵內,電子一經注入,就被高度絕緣的SiO2包圍起來,所以能夠長期保存。關于這種利用雪崩擊穿的方式,還有利用注入電子來寫入,以同樣的方法利用注入空穴消去的電可改寫存儲器13)。

              這種存儲器的讀出,在大多數場合都利用圖3.16、圖3.18所示的MOS晶體管結構,通過測量由表面勢變化所產生的源-漏間的電流來進行的。

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