概述

集成电路是由一些单个的导体、熔丝、电阻器、电容器、二极管和晶体管组成。我们将研究每种器件的工作原理和形成。本章还将介绍从这些单个器件形成集成电路的过程。

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本节主要介绍:

  1. 描绘并区分一个集成电路中各种组成器件其主要的结构特征。
  2. 解释应用于集成电路中的不同隔离结构的作用。
  3. 描绘并区分双极型和MOS晶体管的工作原理。
  4. 列出不同MOS栅结构的种类和各自的优点。
  5. 描绘并区分Bi-MOS的各个部分

 

半导体器件的形成

 

前面的我们重点阐述了用于生成半导体器件(也可称为元件或电路元件)和集成电路的一些单独工艺。假定大家已经阅读(或熟悉)了这些工艺,并且对前面解释的各个独立的电路元件的电性能有了很好的理解。现实中差不多有成千上万种不同的半导体器件结构。它们被用在整个集成电路或在单一的某个部分中去实现特定的性能。虽然器件结构千变万化,但是组成每一种主要器件和电路类型的一些基本结构是不变的。本节对这些基本结构进行了讲解。精通并掌握它们对于理解半导体世界丰富的各种演化与创新是至关重要的。这些电路元件是:

  • 电阻器
  • 电容器
  • 二极管
  • 晶体管
  • 熔丝
  • 导体

 

电阻器

 

电阻器有限制电流的作用。这可以通过使用介电材料或者半导体芯片表面的高电阻部分来实现。在半导体技术中,电阻器是在芯片表面、掺杂区和淀积薄膜的隔离部分上生成的。

电阻器的阻值(以欧姆为单位)是电阻器的电阻率和其尺寸的函数(参见下图)。关系式为:

R=ρLA

其中:

ρ-电阻率

  • 电阻区域的长度
  • 电阻区域的截面积

 

面积(A)变成了W×D,其中W为电阻器的宽度,D为电阻区域的深度。对于掺杂型电阻器,长和宽是表面开口图形的长和宽,深是结的深度。

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很明显,每一个掺杂区域也是一个电阻器且电流量仍然遵循电阻器的基本公式。一个导体简单意义上只是低电阻率的电阻器。欧姆定理概念上最重要的东西是器件或电路上任何区域的电阻随这个区域尺寸或掺杂程度的变化而变化。

 

掺杂型电阻器:集成电路中的大多数电阻器都是由氧化、掩膜和掺杂工艺顺序生成的(参见下图)。在氧化层表面生成一个图形。典型的电阻器是哑铃形的(参见图下图)。两端的矩形作为接触区,中间细长的部分起到电阻器的作用。用这个区域的方块电阻和其所包含的方块的数量就可计算出这个区域的阻值。方块的数量等于电阻区域的长度除以宽度。

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在掺杂和随后的再氧化工艺结束后,两端的矩形区域刻蚀出接触孔以便将电阻器连接到电路中。一个电阻器有两个接触点,是没有结的器件。术语no-junction的含义是电流在两个接触区之间流动,而没有穿越NP结或PN结。然而结可以起到限制流经电阻区域电流的作用。