Germano Maioli Penello 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 16 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

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.

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

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!

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.

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

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)

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

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

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

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.

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

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.

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.

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

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.

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

Trabalho

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

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.

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

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

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.

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

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)

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

Exemplos de leiautes Resistores de polisilício R-2R resistor string Conversor digital analógico Leiaute mínimo (área mínima) http://www.paulotrentin.com.br/eletronica/conversor-dac-atraves-da-rede-de-escada-r2r/