Germano Maioli Penello

Apresentação em tema: "Germano Maioli Penello"— Transcrição da apresentação:

1 Germano Maioli Penello
Microeletrônica Germano Maioli Penello Sala 5145 (sala 17 do laboratorio de engenharia elétrica) Aula 16 1

2 Pauta ÁQUILA ROSA FIGUEIREDO 201110256011 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 2

3 MOSFET Já sabemos como criar um MOSFET, a partir de agora veremos os detalhes de como otimizar o leiaute de um MOSFET para reduzir os efeitos parasíticos.

4 MOSFET Difusão lateral
O dopante difunde lateralmente criando um MOSFET de comprimento Leff

5 MOSFET A implantação LDD (lightly doped drain) é feita para minimizar a difusão lateral. Depois da LDD é feita a deposição de um espaçador e só então a dopagem p+ ou n+ é realizada. Reveja aula 10!

6 MOSFET Oxide encroachment (invasão do óxido)
O óxido invade a região ativa e reduz a área do transistor. Para compensar, o leiaute pode ser aumentado antes de fazer a máscara que define a região ativa.

7 MOSFET Capacitância parasítica de depleção de fonte e dreno
Modelo SPICE: Não confundir capacitância de depleção (polarização reversa) com capacitância de difusão (polarização direta)!

8 MOSFET Resistência parasítica de fonte e dreno
O comprimento da região ativa aumenta a resistência parasítica em série com o MOSFET, determinada pelo número de quadrados na fonte (NRS) e dreno (NSD) NRS = comprimento da fonte / largura da fonte Resistência de folha incluída no modelo SPICE como srh (confira o valor no processo C5)

9 MOSFET Long-length (Comprimento longo)
O que está faltando neste leiaute para construir um MOSFET real? O comprimento é obtido pela interseção entre o poly e a região ativa (acompanhando o sentido da corrente). Veremos adiante no curso que o MOSFET de comprimento longo tem uma resistência efetiva de chaveamento mais elevada

10 MOSFET Large-Width (Largura larga)
O que está faltando neste leiaute para construir um MOSFET real? A largura é obtido pela interseção entre o poly e a região ativa. (perpendicular ao sentido da corrente) Conexão em paralelo Largura total é a soma das larguras

11 MOSFET A mesma abordagem pode ser feita para aumentar o comprimento do MOSFET Nomenclatura 10/2 comprimento largura Conexão em série

12 MOSFET Capacitância parasítica
As capacitância parasíticas dependem da área da regíão ativa. Num desenho com números pares de capacitores, a região ativa de um terminal é maior que a do outro. Neste desenho, a área do S é maior que a do D.

13 MOSFET Capacitância parasítica
Para obter boa resposta a altas frequências, é desejado que a capacitância maior seja aterrada (para NMOS) ou conectada ao VDD (PMOS) Maior capacitância

14 MOSFET Capacitância parasítica
Para obter boa resposta a altas frequências, é desejado que a capacitância maior seja aterrada (para NMOS) ou conectada ao VDD (PMOS) Menor capacitância Maior capacitância Verifique a descarga dos capacitores da figura à direita considerando o MOSFET como chave.

15 MOSFET Capacitância parasítica
Para obter boa resposta a altas frequências, é desejado que a capacitância maior seja aterrada (para NMOS) ou conectada ao VDD (PMOS) Menor capacitância Maior capacitância A menor capacitância descarrega pelos dois capacitores (maior resistência no caminho de descarga) enquanto a maior capacitância não carrega nem descarrega.

16 MOSFET Capacitância parasítica
Dispositivo operando na região de inversão forte (strong inversion region) Canal formado entre o dreno e a fonte Capacitância não depende da extensão da difusão lateral

17 MOSFET Capacitância parasítica
Dispositivo operando na região de depleção. Não há canal entre o dreno e fonte. Capacitância depende da extensão da difusão lateral Os parâmetros CGDO (gate-drain overlap capacitance) e CGSO são estipulados no modelo SPICE. Confira os valores no modelo do processo C5.

18 MOSFET Capacitância parasítica
Os modelos do MOSFET devem incluir capacitâncias entre seus terminais e que essas capacitâncias dependem da região de operação do MOSFET. Quantos transistores temos nesta imagem? Imagem SEM

19 Trabalho

20 Exemplos de leiautes Capacitores apenas com camadas de metal.
Processos com apenas uma camada poly não dá pra fazer capacitor poly-poly Desprezando a capacitância de bordas (placas de área grande) Ex: Capacitor de 1pF  50aF/mm2 com área de lados de 100 mm e 200mm. Problema! Capacitância metal1 substrato grande! ~80% a 100%! Respostas mais lentas e desperdício de energia

21 Ex: Capacitor de 1pF  50aF/mm2 com área de lados de 100 mm e 66mm.
Exemplos de leiautes Capacitores apenas com camadas de metal. Processos com apenas uma camada poly não dá pra fazer capacitor poly-poly Driblando o problema Ex: Capacitor de 1pF  50aF/mm2 com área de lados de 100 mm e 66mm. Área reduzida por 1/3 (considerando que as espessuras entre os metais são iguais.) Desprezando a capacitância de bordas (placas de área grande) Normalmente o valor absoluto não importa, o importante é a razão entre capacitores.

22 Exemplos de leiautes Capacitores apenas com camadas de metal.
Efeito de franjas (efeito de borda) Capacitância entre metais da mesma camada. Tipicamente 50 aF/mm vs. 25 aF/mm da capacitância de borda com o substrato

23 Exemplos de leiautes Capacitores apenas com camadas de metal.
Capacitância entre vias (também chamada de capacitor lateral). Tipicamente 500 aF/mm vs. 25 aF/mm da capacitância de borda com o substrato

24 Exemplos de leiautes Capacitores apenas com camadas de metal.
Capacitância com o topo Para evitar acoplamento no topo, uma placa aterrada é colocada acima do capacitor. Permite que sinais digitais ruidosos possam ser utilizados sem interferência.

25 Exemplos de leiautes Resistores de polisilício
Melhor performance quando necessita-se de razões precisas entre resistências (não forma junções pn como a resistência de poço-n). Melhor casamento, melhor comportamento em função da temperatura e tensão Em geral, tamanho mínimo da largura e comprimento de 10l a 100l. (Resistores largos dissipam melhor o calor – menores efeitos de eletromigração) Em geral, tamanho mínimo da largura e comprimento de 10l a 100x l

26 Exemplos de leiautes Resistores de polisilício
Em geral, tamanho mínimo da largura e comprimento de 10l a 100l. (Resistores largos dissipam melhor o calor – menores efeitos de eletromigração)

27 Exemplos de leiautes Resistores de polisilício
Modulação de condutividade Metal com potencial maior acima do polisilício atrai elétrons causando regiões de resistividade baixa Para reduzir modulação da condutividade: Evitar metal acima do resistor de polisilício Aumentar a distância entre o metal e o polisilício (metais das camadas superiores) Inserir escudo de condução aterrado como no capacitor

28 Exemplos de leiautes Resistores de polisilício R-2R resistor string
Conversor digital analógico Leiaute mínimo (área mínima)