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1集成电路兼容技术引论1

1.1集成电路的兼容技术2

1.2数字电路的优值系数与优值型VLSI6

1.3模拟电路的优值系数与优值型集成运放9

1.4系统集成的兼容技术13

参考文献19

2 Bi-CMOS兼容工艺与电路20

2.1 Bi-CMOS兼容工艺22

2.1.1以CMOS工艺为基础的Bi-CMOS工艺22

（1）以P阱CMOS为基础的Bi-CMOS工艺23

（2）以N阱CMOS为基础的Bi-CMOS工艺24

2.1.2以双极工艺为基础的Bi-CMOS工艺25

（1）以双极工艺为基础的P阱Bi-CMOS工艺25

（2）以双极工艺为基础的双阱Bi-CMOS工艺26

2.1.3 Bi-CMOS兼容工艺的设计考虑29

2.2 Bi-CMOS兼容的基本单元电路31

2.2.1达林顿复合管构成的互补倒相器31

（1）两种达林顿复合管31

（2）互补倒相器的特性34

2.2.2输出全由NPN管构成的基本倒相器44

（1）基本电路结构44

（2）改进型Bi-CMOS倒相器46

（3）实用倒相器48

2.3 Bi-CMOS兼容的门电路49

2.3.1 Bi-CMOS兼容的与非门和或非门电路49

2.3.2 Bi-CMOS兼容门电路的性能51

2.4 Bi=CMOS在数字电路中的应用53

2.4.1 Bi-CMOS ASIC53

（1）门阵列53

（2）信号处理机54

2.4.2.Bi-CMOS存储器55

2.5 Bi-CMOS在模拟电路中的应用57

2.5.1 Bi-CMOS运算放大器57

2.5.2 Bi-CMOS比较器57

参考文献61

3数字与模拟兼容的工艺和电路62

3.1模拟电路中的MOSFET及其按比例缩小的影响62

3.1.1模拟电路中的按比例缩小规则63

（1）迁移率的影响64

（2）饱和区的跨导65

（3）输出电导66

（4）噪声69

（5）亚阈值电流69

（6）模拟参数的按比例缩小70

3.1.2按比例缩小系数对MOS基本模拟电路性能的影响73

（1）增益级性能73

（2）运算放大器的性能75

（3）最佳比例规则77

3.2双极、NMOS、CMOS数字和模拟性能的比较79

3.2.1数字技术的性能比较79

（1）速度和电流79

（2）功耗82

（3）噪声容限和逻辑摆幅82

（4）集成度82

（5）数字工艺的选择83

3.2.2模拟技术的性能比较83

（1）跨导83

（2）电压增益84

（3）特征频率84

（4）体效应85

（5）互补器件85

（6）噪声性能86

（7）失调电压86

（8）模拟技术的选择86

3.3数字与模拟兼容的器件结构和工艺87

3.3.1单一器件工艺的数字与模拟兼容87

（1）NMOS工艺87

（2）CMOS工艺89

（3）I2L／双极工艺90

3.3.2 CMOS，NMOS和双极型的数字与模拟兼容技术91

3.4横向双极性MOS晶体管92

3.4.1器件的结构和工作状态92

3.4.2横向双极性MOS管的特性94

参考文献98

4低压与高压兼容的工艺和电路99

4.1兼容中的隔离和高压器件技术101

4.1.1功率集成中的隔离技术101

（1）PN结隔离101

（2）自隔离102

（3）介质隔离103

4.1.2高压功率器件技术104

（1）纵向型DMOS结构105

（2）横向型高压MOS结构105

（3）双极-MOS复合器件结构106

（4）互补型高压器件108

4.2兼容电路中的高压MOS管的工作原理109

4.2.1偏置栅高压MOS管109

（1）漏漂移区电阻部分的模型111

（2）沟道区部分的模型114

（3）电流-电压特性的计算116

（4）高反压MOS管的导通电阻116

4.2.2提高MOSFET源漏击穿电压的途径118

（1）电场控制板法119

（2）电场限制环128

（3）既有场极板又有场限环的结构134

4.3高压MOS管的结构设计136

4.3.1偏置栅高反压MOS管的结构设计136

（1）最佳离子注入量的决定方法136

（2）离子注入量的最佳范围137

4.3.2高压DMOS管的结构设计140

（1）外延层的最佳参数140

（2）最佳结构参数的设计143

4.4低压与高压兼容的电路147

4.4.1具有DMOS高压输出的硅栅CMOS门阵列147

4.4.2偏置栅MOS高压输出的低高压兼容电路149

（1）等离子显示驱动电路149

（2）等离子数码显示驱动电路151

（3）具有屏蔽源又有源场极的低／高压兼容电路157

4.4.3高压电平位移器159

4.5智能功率集成电路161

4.5.1低高压兼容的接口技术161

（1）栅驱动电路161

（2）电平位移电路163

4.5.2智能化技术165

（1）过流保护电路165

（2）过热保护功能167

（3）欠压保护功能169

4.5.3 MOS智能型开关电源功率集成电路170

（1）功率输出调整VDMOS管172

（2）运算放大器和电压比较器173

（3）频率、幅度可调的锯齿波电路174

（4）功率MOS管的充电泵电路和软启动电路176

（5）内部10V工作电源和3.5V基准电压的获取电路176

（6）功率输出级的结构和设计177

参考文献179

5异质衬底兼容的器件和电路181

5.1硅与砷化镓兼容的器件和电路182

5.1.1 Si与GaAs的材料兼容182

（1）Si与GaAs的性能比较182

（2）GaAs/Si兼容的意义182

（3）GaAs/Si兼容工艺技术184

（4）GaAs/Si外延中遇到的障碍184

5.1.2 Si与GaAs兼容的器件和电路187

（1）GaAs/Si兼容材料的器件187

（2）Si器件与GaAs器件的单片兼容189

5.2硅锗结合技术190

5.2.1硅锗异质结双极晶体管（HBT）192

（1） Si/Si1 _xGex异质结双极晶体管特性192

（2）Si/SiGe HBT的工艺195

5.2.2调制掺杂场效应晶体管（MCDFET）197

5.3超导体半导体兼容技术198

5.3.1低温微电子学的发展198

（1）改善二级效应、进一步提高集成度199

（2）器件、电路和系统的最优化200

（3）超导元器件的出现201

5.3.2超导／半导体兼容技术201

（1）超导器件与半导体器件的性能比较201

（2）超导场效应晶体管基本结构201

（3）超导／半导体兼容器件204

（4）超导／半导体兼容电路205

5.4.硅同其它材料的兼容206

5.4.1硅上生长碳化硅和金刚石206

5.4.2有机半导体／硅异质结构208

5.5真空微电子学210

5.5.1真空微电子技术的特点211

5.5.2真空微电子器件214

（1）关于真空微电子管几何尺寸和真空度的考虑215

（2）电击穿和渡越时间的考虑216

（3）功率容量217

（4）I-V曲线217

（5）跨导与增益220

5.5.3真空微电子器件结构与工艺221

（1）微电子冷阴极221

（2）器件制造工艺223

5.5.4真空微电子器件的应用224

（1）平板显示器件224

（2）高频管、微波管225

参考文献227