11 Microeletrônica Germano Maioli Penello Sala 5145 (sala 17 do laboratorio de engenharia.

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1 11 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 www.johnloomins.org

2 Resistores, capacitores e MOSFETs 2 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 3 Os valores dos resistores e capacitores em um processo CMOS são dependentes da temperatura e da tensão (~10 -6 / o C). Coeficiente de temperatura  Coeficiente de temperatura de primeira ordem TCR1 também varia com a temperatura! R aumenta com a T

4 Exercício 4

5 Resistores 5 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 6 Bem menor que a variação devido a temperatura

7 Exemplo 7 Divisor de tensão. Relacionar V out e V in Em função da temperatura: Independente da temperatura! Em função da tensão: Com e Dependente da tensão!

8 Resistores 8 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 9 Guard ring Todo circuito de precisão está sujeito a ruídos do substrato (corrnete em circuitos adjacentes influenciando os vizinhos) 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. Guard ring num resistor

10 Resistores 10 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 11 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 12 Leiaute common-centroid (centro comum) vs. interdigitated Resistor A teria 20  e B teria 16  Resistor A teria 18  e B teria 18  Melhor casamento entre os resistores

13 Exercício 13

14 Resistores 14 Leiaute common-centroid (centro comum) O Leiaute common-centroid melhora o casamento de MOSFETs e capacitores também!

15 Resistores 15 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 16 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 17 Espessura entre as camadas poly (t ox ) é a mesma do GOX. Leiaute e seção reta C´ ox – capacitância por área

18 Capacitores 18 Espessura entre as camadas poly (t ox ) é a mesma do GOX. Leiaute e seção reta C´ ox – capacitância por área Capacitância mínima 100 fF e 10 fF (longo e curto, respectivamente)

19 Capacitores 19 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 20 Dependência com tensão e temperatura Coeficiente de temperatura: Coeficiente de tensão: