Microeletrônica - Laboratório de Engenharia Elétrica

Microeletrônica
Germano Maioli Penello
http://www.lee.eng.uerj.br/~germano/Microeletronica%20_%202015-1.html
Sala 5145 (sala 17 do laboratorio de engenharia elétrica)
Aula 14
1
Pauta
ÁQUILA ROSA FIGUEIREDO
201110256011
ALLAN DANILO DE LIMA
201110063911
BERNADIN PINQUIERE
201110020415
DAVID XIMENES FURTADO
200810343411
HUGO LEONARDO RIOS DE ALMEIDA
201210076411
ISADORA MOTTA SALGADO
200920379411
JEFERSON DA SILVA PESSOA
201010067611
LAIS DA PAIXAO PINTO
200710030011
LEONARDO SOARES FARIA
200820515511
PEDRO DA COSTA DI MARCO
201020582111
THIAGO DO NASCIMENTO OLIVEIRA
201110308311
VINICIUS DE OLIVEIRA ALVES DA SILVA
201110066811
2
Resistores, capacitores e
MOSFETs
Já vimos todas as camadas (máscaras) responsáveis pelo processamento
de dispositivos.
Neste momento, veremos em mais detalhes os leiautes de resistores,
capacitores e MOSFETs.
3
Resistores
Os valores dos resistores e capacitores em um processo CMOS são dependentes
da temperatura e da tensão (~10-6/oC).
Coeficiente de temperatura
R aumenta com a T
 Coeficiente de temperatura de primeira ordem
TCR1 também varia com a temperatura!
4
Exercício
5
Resistores
A resistência também se altera com a aplicação de tensão. O coeficiente de
tensão é dado por VCR:
V é a tensão média aplicada nos terminais do resistor.
Este fenômeno é observado principalmente por causa da largura da região de
depleção entre o poço-n e o substrato que altera a resistência de folha.
6
Exercício
Bem menor que a variação
devido a temperatura
7
Exemplo
Divisor de tensão. Relacionar Vout e Vin
Em função da temperatura:
Em função da tensão:
Com
e
Independente da temperatura!
Dependente da tensão!
8
Resistores
Elemento unitário
Vantagens em utilizar elementos unitários:
• Precisão sobre uma alta faixa de temperatura
• Evitar erros devido aos cantos da serpentina
• Variação da resistência nominal não afeta a tensão num divisor de tensão
9
Resistores
Guard ring
Todo circuito de precisão está sujeito a ruídos do substrato (corrnete em
circuitos adjacentes influenciando os vizinhos)
Guard ring num resistor
O guard ring (implantação de p+ entre os circuitos) é um método simples de
reduzir o ruído.
• Mantém o potencial em volta do circuito
• Protege o circuito de injeção de portadores indesejadas vindas do substrato.
10
Resistores
Leiaute interdigitated
O casamento de valores entre os resistores pode ser melhorado com o design abaixo
Variações devido ao processo em diferentes
regiões do substrato são minimizadas
Note que a orientação dos resistores é a mesma
(vertical)
Os resistores tem essencialmente os mesmos
efeitos parasíticos.
11
Resistores
Leiaute common-centroid (centro comum)
O casamento de valores entre os resistores pode ser melhorado também com
o design abaixo
Variações devido ao processo em diferentes regiões do substrato são minimizadas
Note que a orientação dos resistores é a mesma (vertical)
Os resistores já não tem essencialmente os mesmos efeitos parasíticos.
12
Resistores
Leiaute common-centroid (centro comum) vs. interdigitated
Resistor A teria 20W e
B teria 16W
Resistor A teria 18W e
B teria 18W.
Melhor casamento
entre os resistores
13
Exercício
14
Resistores
Leiaute common-centroid (centro comum)
O Leiaute common-centroid melhora o casamento de MOSFETs e capacitores também!
15
Resistores
Elementos dummy (falso, postiço)
Difusão desigual devido a variações de concentração de dopantes levaria a um
descasamento entre elementos. O elemento dummy não tem função elétrica
nenhuma, ele é normalmente aterrado ou ligado ao VDD em vez de ficarem flutuando.
16
Capacitores
Processos CMOS podem conter uma segunda camada de polisilício chamada poly2.
Importante para:
Capacitores poly-poly
MOSFETs
Dispositivos de portas flutuantes (EPROM, memória FLASH, por exemplo)
17
Capacitores
Leiaute e seção reta
C´ox – capacitância por área
Espessura entre as camadas poly (tox) é a mesma do GOX.
18
Capacitores
Leiaute e seção reta
C´ox – capacitância por área
Espessura entre as camadas poly (tox) é a mesma do GOX.
Capacitância mínima
100 fF e 10 fF (longo e curto, respectivamente)
19
Capacitores
Parasíticos
A maior capacitância parasítica é a entre o poly1 e o substrato (bottom plate
parasitic –parasítico da placa inferior). Pode chegar a 20% do valor de capacitância
desejado entre poly1 e poly2.
20
Capacitores
Dependência com tensão e temperatura
Coeficiente de temperatura:
Coeficiente de tensão:
21
Trabalho 3 (correção)
Erros comuns:
Processo C5 ( l = ?)
Dimensões pedidas (W = 20, L = 3)
SPICE não rodava
Notas dos trabalhos até o momento
ÁQUILA ROSA FIGUEIREDO
ALLAN DANILO DE LIMA
BERNADIN PINQUIERE
DAVID XIMENES FURTADO
HUGO LEONARDO RIOS DE ALMEIDA
ISADORA MOTTA SALGADO
JEFERSON DA SILVA PESSOA
LAIS DA PAIXAO PINTO
LEONARDO SOARES FARIA
PEDRO DA COSTA DI MARCO
THIAGO DO NASCIMENTO OLIVEIRA
VINICIUS DE OLIVEIRA ALVES DA SILVA
T1
(Cálculo)
201110256011
7
201110063911
x
201110020415
x
200810343411
x
201210076411
x
5
200920379411
201010067611
x
200710030011
7
200820515511
5
201020582111
9
201110308311
x
201110066811
x
T1(Electric)T2(Electric)T3(Electric)
8
10
8
x
x
9
x
x
x
x
10
10
x
8
10
5
5
8
x
x
6
7
10
10
9
10
10
9
10
9.5
x
x
x
x
10
8
22
Revisão de prova
23