Aula 14 - LEE

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www.johnloomins.org
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
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.
2
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!
3
Exercício
4
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.
5
Exercício
Bem menor que a variação
devido a temperatura
6
Exemplo
Divisor de tensão. Relacionar Vout e Vin
Em função da temperatura:
Em função da tensão:
Com
e
Independente da temperatura!
Dependente da tensão!
7
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
8
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.
9
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.
10
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.
11
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
12
Exercício
13
Resistores
Leiaute common-centroid (centro comum)
O Leiaute common-centroid melhora o casamento de MOSFETs e capacitores também!
14
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.
15
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)
16
Capacitores
Leiaute e seção reta
C´ox – capacitância por área
Espessura entre as camadas poly (tox) é a mesma do GOX.
17
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)
18
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.
19
Capacitores
Dependência com tensão e temperatura
Coeficiente de temperatura:
Coeficiente de tensão:
20
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