北京大学：《集成电路原理与设计 Principle of Integrated Circuits》课程电子教案（模拟集成电路原理与设计）第二章 MOS器件物理基础

上一讲 口研究模拟电路的重要性 口模拟电路设计的难点 口研究AIC的重要性 口研究 CMOS AIO的重要性 口电路设计一般概念 ☆抽象级别 健壮性设计 ◆符号 北大微电子学系一陈中建一模拟集成电路原理

北大微电子学系－陈中建－模拟集成电路原理 1 上一讲 研究模拟电路的重要性 模拟电路设计的难点 研究AIC的重要性 研究CMOS AIC的重要性 电路设计一般概念 抽象级别 健壮性设计 符号

上一讲 口数字电路无法完全取代模拟电路,模拟 电路是现代电路系统中必不可少的一部 分 口模拟电路设计的难点比数字电路不同 ☆关注点、噪声和干扰、器件二阶效应、设计 自动化程度、建模和仿真、工艺、数模混合 口AIC具有高速度、高精度、低功耗、大 批量时成本等优点 口用CMOS工艺设计、加工AIC具有加工 成本低、易实现数模混合等优点,被广 泛采用,是实现SOC的首选工艺 北大微电子学系一陈中建一模拟集成电路原理

北大微电子学系－陈中建－模拟集成电路原理 2 上一讲 数字电路无法完全取代模拟电路，模拟 电路是现代电路系统中必不可少的一部 分 模拟电路设计的难点比数字电路不同 关注点、噪声和干扰、器件二阶效应、设计 自动化程度、建模和仿真、工艺、数模混合 AIC具有高速度、高精度、低功耗、大 批量时成本等优点  用CMOS工艺设计、加工AIC具有加工 成本低、易实现数模混合等优点，被广 泛采用，是实现SOC的首选工艺

模拟集成电路原理 第2章MOS器件物理基础 陈中建 chenziapku. edu.cn 62759051,理科2号楼2619 微电子学系

3 模拟集成电路原理 第 2 章 MOS器件物理基础 陈中建 chenzj@pku.edu.cn 62759051，理科 2号楼2619 微电子学系

授课内容 绪论,2学时 重要性、一般概念 器件物理基础,2学时 MOSFET结构、IV特性、二级效应、器件模型 单级放大器,5学时 共源、共漏、共栅、共源共栅 EDA系统使用常识 和设计实习实例演示,2学时 做设计实习所需软硬件系统的使用 差动放大器,3学时 定性分析、定量分析、共模响应、吉尔伯特单元 无源有源电流镜,2学时 基本/共源共栅/有源电流镜 放大器的频率特性,4学时 弥勒效应、极点与节点关系、单级放大器频 率特性分析 噪声,4学时 统计特性、类型、电路表示、单级放大器 噪声分析、噪声带宽 期中考试2学时,评卷1学时。习题课若干学时 反馈,6学时 特性、四种反馈结构、负载影响、对噪声的影响 运算放大器,6学时 性能参数、一级运放、两级运放、各指标分析 稳定性和频率补偿,6学时 多极点系统、相位裕度、频率补偿 版图,3学时 叉指、对称、ESD等 北大微电子学系一陈中建一模拟集成电路原理

北大微电子学系－陈中建－模拟集成电路原理 4 授课内容 绪论， 2学时 重要性、一般概念 单级放大器， 5学时 无源/有源电流镜， 2学时 差动放大器， 3学时 放大器的频率特性， 4学时 噪声， 4学时 运算放大器， 6学时 反馈， 6学时 稳定性和频率补偿， 6学时 版图 ， 3学时 共源、共漏、共栅、共源共栅 定性分析、定量分析、共模响应、吉尔伯特单元 弥勒效应、极点与节点关系、单级放大器频 率特性分析 统计特性、类型、电路表示、单级放大器 噪声分析、噪声带宽 特性、四种反馈结构、负载影响、对噪声的影响 性能参数、一级运放、两级运放、各指标分析 叉指、对称、ESD 等 多极点系统、相位裕度、频率补偿 器件物理基础， 2学时 MOSFET结构、IV特性、二级效应、器件模型 基本/共源共栅/有源电流镜 EDA系统使用常识 和设计实习实例演示， 2学时 做设计实习所需软硬件系统的使用 期中考试 2学时，评卷 1学时。习题课若干学时

掌握器件物理知识的必要性 口数字电路设计师一般不需要进入器件内 部,只把它当开关用即可 口AIC设计师必须进入器件内部,具备器 件物理知识 ☆MOS管是AIC的基本元件 MOS管的电特性与器件内部的物理机制密 切相关,设计时需将两者结合起来考虑 口器件级与电路级联系的桥梁? ☆器件的电路模型 北大微电子学系一陈中建一模拟集成电路原理

北大微电子学系－陈中建－模拟集成电路原理 5 掌握器件物理知识的必要性 数字电路设计师一般不需要进入器件内 部，只把它当开关用即可 AIC设计师必须进入器件内部，具备器 件物理知识 MOS管是AIC的基本元件 MOS管的电特性与器件内部的物理机制密 切相关，设计时需将两者结合起来考虑 器件级与电路级联系的桥梁？ 器件的电路模型

本讲 口基本概念 简化模型一开关 ☆结构 符号 口I/V特性 阈值电压 IV关系式 跨导 口二级效应 体效应、沟道长度调制效应、亚阈值导电性 口器件模型 ◇版图、电容、小信号模型等 北大微电子学系一陈中建一模拟集成电路原理

北大微电子学系－陈中建－模拟集成电路原理 6 本讲 基本概念 简化模型－开关 结构 符号 I/V特性 阈值电压 I-V关系式 跨导 二级效应 体效应、沟道长度调制效应、亚阈值导电性 器件模型 版图、电容、小信号模型等

本讲的目的 口从AIC设计者角度,看器件物理;本讲 只讲授MOS器件物理基础知识 口理解MOS管工作原理 口基于原理,掌握电路级的器件模型 直流关系式一IV特性 今交流关系式一小信号电路中的参数 北大微电子学系一陈中建一模拟集成电路原理

北大微电子学系－陈中建－模拟集成电路原理 7 本讲的目的  从AIC设计者角度，看器件物理；本讲 只讲授MOS器件物理基础知识 理解MOS管工作原理 基于原理，掌握电路级的器件模型 直流关系式－I/V特性 交流关系式－小信号电路中的参数

MOS管简化模型 Gate 简化模型开关 由c控制的一个开关 Source e Drain 北大微电子学系一陈中建一模拟集成电路原理

北大微电子学系－陈中建－模拟集成电路原理 8 MOS管简化模型 简化模型——开关 由 V G控制的一个开关

MOS管的结构 G Poly n drawn Bulk(body) substrate L drawn 2L D 源漏在物理结构上是完全对称的,靠什么区分开 提供载流子的端口为源,收集载流子的端口为漏 最重要的工作区域受Ⅴ控制的沟道区 北大微电子学系一陈中建一模拟集成电路原理

北大微电子学系－陈中建－模拟集成电路原理 9 MOS管的结构 提供载流子的端口为源，收集载流子的端口为漏 源漏在物理结构上是完全对称的，靠什么区分开 ？ Bulk （body ） 最重要的工作区域 ？ 受 V G控制的沟道区 Leff Ldrawn L D   2

MOS管的结构 G 独享一个阱的 MOS管在AIC设 p计中有特殊应用 n-substrate 衬底电压要保证源漏PN结反偏,对阈值电压有影响 n n-well p-substrate 同一衬底上的NMOS和PMOS管(体端不同) 北大微电子学系一陈中建一模拟集成电路原理

北大微电子学系－陈中建－模拟集成电路原理 10 MOS管的结构 衬底电压要保证源漏PN结反偏，对阈值电压有影响 同一衬底上的NMOS 和PMOS管（体端不同） 独享一个阱的 MOS管在AIC 设 计中有特殊应用