模拟布局:为什么井,水龙头和护罩环是至关重要的

文章:马克·沃勒

以下是井,水龙头和保护环的关键示例,以及为什么这些结构对MOSFET电路的布局至关重要。

以前的博客查看模拟电路中的一些结构,该结构由原理图暗示,但未详细说明。关键的例子很好,水龙头和护罩环。这些结构对于任何MOSFET电路的工作至关重要。

这就是理解基板在MOSFET电路中播放的部分对创建工作模拟设计至关重要。为此,必须首先了解MOSFET晶体管的工作原理。

让我们来看看一个类型MOSFET,增强型N沟道器件的。在N沟道器件,该器件的源极和漏极端子是N型半导体组区域为P型衬底。的N-P和P-N结有效地创建两个相对偏置的二极管,其阻止电荷的通过装置的流动。

图1在N沟道MOSFET,所述器件的源极和漏极端子是N型半导体组成的P型衬底区域。来源:Pulsic

栅极端子是通过SIO的薄绝缘层与p型基板分离的导电板2。实际上,这使得栅极和基板之间的电容器。

图2的SiO的薄绝缘层2将栅极端子与p型衬底分开。来源:脉冲

在操作期间,将正电位差相相对于衬底电位施加到栅极。它通常与源相同的潜力,因此通常被称为vGS.。栅极上的正电荷返回正电荷载体(孔)并在紧接在栅极下方的p型衬底材料中吸引负电荷载体(电子)。效果是创建一个区域,该区域被称为耗尽区的正电荷载流子,立即在栅极下方。耗尽区域现在具有过量的电子,并且被诱导为n型区域,或源极和漏极端子之间的n沟道。电子可以从源极流过n沟道,从而产生通过器件的电流。

在数字电路中,栅极电位从轨到轨切换到轨道,导致器件完全关闭或完全有完全耗尽的N沟道。这种完全耗尽的模式称为饱和度。

在模拟电路中,晶体管通常在欧姆区域操作;这是允许流过设备的电流的地方,iD.是正比于VGS.。要做到这一点,VGS.操作,其中产生部分耗尽的N沟道电势的范围内。

在欧姆模式中,该装置的增益是栅极与衬底之间的电势差非常敏感。在衬底电位的微小变化具有通过设备上的电流的大的影响。为了构建一个模拟MOSFET电路根据需要,将工作,有必要插入结构到布局小心控制基板的电位。

在大多数过程中使用了三种主要类型的MOSFET设备。在p型衬底(如上)中的N沟道器件,在N阱和N沟道器件中的P沟道器件被称为深N-阱。

我们将为另一个博客留下SOI。

N-Wells.

大多数方法是第一掺杂以具有在芯片的整个表面上的P型衬底。所以,N-沟道器件可直接在该P型衬底的顶部之上。P-沟道器件需要在其中以形成一个P型沟道的n型衬底。为了实现这一点,N型材料的一个区域首先被沉积,其中P沟道器件将要制成。该N型区被称为N型阱。

图3.N型区域包括沉积N型材料,其中P沟道器件将要制成。来源:脉冲

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N阱被有效地从电路的其它部分隔离,但在操作期间,电荷可以在N型阱积聚。这种电荷改变在VGS.在P沟道器件中,从而进行电路的性能。为了防止这种情况,将n +“水龙头”插入布局,使得充电排出的电荷,并以正确的电位保持n阱。

井中的N型材料是相当电阻的,因此确保良好控制潜力,每个N阱都在整个区域中需要多次点心。以类似的方式,P +衬底抽头被添加到p型衬底以控制衬底中的电荷积聚。流程设计规则手册(DRM)将在抽头之间指定最大距离以避免闩锁,但需要更频繁地插入抽头以确保模拟电路的良好操作。

图4.龙头插入布局中以使充电排出。来源:脉冲

卫兵戒指

大多数模拟设计使用被称为万博投注网址“保护环”延伸的抽头结构。保护环大水龙头是完全封闭的一组设备。防护件通过在组周围的阱/衬底中产生的低电阻环环更有效地从彼此分离的装置。这防止了由其它设备或从影响把守群的操作波动的其它设备的潜在电荷积累。

图5.保护环大水龙头是完全封闭的一组设备。来源:脉冲

保护环形状通常在金属1中重复,并且将金属1环与N +环连接的多个触点。这确保了防护环和电源或地面之间的良好连接。增加保护环的宽度和触点的数量进一步改善了隔离,但是以牺牲布局区域为代价。

保护环是在混合信号的设计中,其中敏感的模拟电路临近“噪声”数字CMOS电路尤为重要。万博投注网址有时,在特别敏感的电路中,有必要把每一个设备在其自己的好,有自己的保护环,但在大多数情况下,在同一电路中的设备可以共享的良好。通常的策略是建立在赛道的某些部分额外的保护环;例如,差分对赋予其环境是额外的保护。

深N阱

直接内置的N沟道器件直接构建到p型衬底上不是在其N阱中的P沟道器件中有效隔离。这是因为尽管在装置周围产生了P +保护环,但仍然存在下方保护环下方的电气路径以便流动。为了克服这个问题,可以用来更有效地隔离这些n沟道装置。

图6.深阱用于更有效地隔离N沟道装置。来源:脉冲

N阱构造围绕和器件的下方的P阱。的N沟道器件的P阱进行操作。无论是P阱和深N阱需要可挖,但在许多情况下,这两个孔用保护环的保护。这意味着该装置周围有两个环,大大提高了设备​​的隔离,但需要的空间布局很大。

设计井时的增加因素,水龙头和护罩环是它们对器件匹配的影响。许多模拟结构 - 例如,当前镜像和差分对 - 需要精确匹配不同设备的特性。在两个设备之间实现良好匹配的主要方法是尽可能地匹配它们的几何形状。这延伸到井,水龙头和卫兵周围的戒指。靠近保护环放置的装置将具有不同的特性,以进一步放置。

对于大多数的设计师,MOSFET的布局几何形状是由P小区/ PyCell创建,但位置和水井,水龙头和保护环的几何形状都留给了设计师的专业知识。在DRC和LVS检查,在大多数情况下,告诉他们犯错误的设计师,但是这些工具无法测量得到的布局的质量。因此,专家布局设计者应了解这些结构做什么,为什么需要他们,他们对电路的影响。

本文最初发布行星模拟

开始他的职业生涯EDA在1996年就在Zuken的Redac的软件工程师后,马克瓦尔曼于2000年共同创立Pulsic和R&d副总裁任职超过15年。继闯一番事业作为一名高中物理教师,沃勒现在又回到了Pulsic和引线用户启用了动画产品线。

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