Công nghệ cmos

TR ƯỜNG Đ ẠI H ỌC CÔNG NGHI ỆP TP.HCM
KHOA CÔNG NGH Ệ ĐI ỆN T Ử
MÔN: CÔNG NGH Ệ VI ĐI ỆN T Ử

CÔNG NGHỆ CMOS


TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP TP.HCM
KHOA CÔNG NGHỆ ĐIỆN TỬ


Tiểu luận môn:
Đề tài:
GVHD:

Vi Điện Tử

Công Nghệ CMOS
Nguyễn Văn An
Nhóm 2


MỤC LỤC
I- GIỚI THIỆU
II- CẤU TẠO - HOẠT ĐỘNG
III- QUY TRÌNH CHẾ TẠO
IV- ỨNG DỤNG
V- Tổng kết


CMOS LÀ

CMOS, viết tắt của "Complementary Metal-OxideGÌ???
Semiconductor" trong tiếng Anh, là thuật ngữ chỉ một
loại công nghệ dùng để chế tạo vi mạch tích hợp.
Công nghệ CMOS được dùng để chế tạo vi xử lý,
vi điều khiển, RAM tĩnh và các mạch lôgíc số khác.
Công nghệ CMOS cũng được dùng rất nhiều trong
các mạch tương tự như cảm biến hình ảnh,
chuyển đổi kiểu dữ liệu, và các vi mạch thu phát có
mật độ tích hợp cao trong lĩnh vực thông tin.


Trong tên gọi của vi mạch này, thuật ngữ
tiếng Anh "complementary" ("bù"), ám chỉ việc
thiết kế các hàm lôgíc trong các vi mạch CMOS
sử dụng cả hai loạitransistor PMOS và NMOS
và tại mỗi thời điểm chỉ có một loại transistor
nằm ở trạng thái đóng (ON).


CẤU TẠO CHI TIẾT


TRANSISTOR NMOS
Có bốn cực: cổng (gate), nguồn (source), máng (drain), nền (body)
Cực cổng – lớp oxide – cực nền tương đương với một transistor
 Cực cổng và cực nền là hai mặt dẫn
 SiO2 (oxide) là lớp cách điện tốt
 Do đó ta gọi là tụ bán dẫn – oxide – kim loại (metal – oxide – semiconductor (MOS)
capacitor)
Source

Gate

Drain

Polysilicon
 Cực cổng có thể chế tạo bằng kim loại hoặc chế tạo bằng
Polysilicon
SiO2

n+

n+
p

bulk Si


NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG
Cực nền được nối với ground
Khi cực cổng ở mức điện áp thấp:
 Cực nền loại P cũng ở mức điện áp thấp
 Chưa hình thành kênh dẫn
Source
Gate OFF
Drain
 Không có dòng qua
transistor:

Polysilicon

SiO2

n+

0

n+
p

bulk Si

S

D


NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG
Khi cực cổng ở mức điện áp cao :
 Tụ MOS được nạp điện dương ở cực cổng
 Ở cực nền mang điện tích âm
 Làm cho kênh dẫn ở phía dưới cực cổng thành loại n
 Dòng điện chạy trong Source
bán dẫn Gate
loại n từDrain
nguồn đến máng, transistor ON
Polysilicon
SiO2

n+

1

n+
p

bulk Si

S

D


TRANSISTOR PMOS
Cấu trúc gồm nền
(Substrate) Silic loại n,
hai vùng khuếch tán loại
(p+) gọi là nguồn
(Source) và máng
(Drain). Giữa nguồn và
máng là một vùng hẹp
nền n gọi là kênh, được
phủ một lớp cách điện
(SiO2) gọi là cổng oxit.


Cực nền nối với điện áp mức cao (VDD)
Cực cổng ở mức thấp: transistor ON
Cực cổng ở mức cao: transistor OFF
Dấu tròn trong ký hiệu biểu thị tính chất
đảo ngược

Các thành phần và
đặc tính liên quan


TỤ ĐIỆN CMOS
Tạo thành từ cực cổng và nền
Các chế độ hoạt động

Tích lũy
Nghèo hạt dẫn
Đảo

polysilicon gate
silicon dioxide insulator

Vg < 0
+
-

p-type body

(a)

0 < Vg < V t
+
-

depletion region

(b)

Vg > V t
+
-

(c)

inversion region
depletion region


ĐIỆN ÁP CỰC
Chế độ hoạt động phụ thuộc vào Vg, Vd, Vs
 Vgs = Vg – Vs
 Vgd = Vg – Vd

Vg
+
Vgd
-

+
Vgs
Vs

 Vds = Vd – Vs = Vgs - Vgd

Nguồn và máng là các cực đối xứng khuếch tán

 Theo truyền thống, cực nguồn có điện áp thấp hơn
 Do đó Vds ≥ 0

Nền của nMOS được nối đất. Giả sử đầu tiên nguồn
cũng ở mức 0.

-

Vds

+

Vd


Vùng hoạt động


vùng Ngưng dẫn
Không có kênh dẫn và Ids = 0

Vgs = 0

+
-

g

s

+
d

n+

n+
p-type body
b

Vgd


vùng tuyến tính
Hình thành kênh dẫn

Vgs > Vt

Dòng chảy từ d sang s

+
-

g

s

Vds = 0

n+
p-type body

b

Ids tăng theo Vds
Giống điện trở tuyến tính

Vgd = Vgs

d

n+

e- chuyển từ s sang d

+
-

Vgs > Vt

+
-

g

s

+
d

n+

n+
p-type body
b

Vgs > Vgd > Vt
Ids
0 < Vds < Vgs-Vt


vùng bão hòa
Kênh dẫn ở trạng thái nghẹt
Ids không phụ thuộc Vds
Ta nói: dòng điện bão hòa
Giống với nguồn dòng

Vgs > Vt

+
-

g

+
-

Vgd < Vt

d Ids

s

n+

n+
p-type body
b

Vds > Vgs-Vt


Điên
̣ tích trong kênh dẫn
Cấu trúc CMOS giống như một tụ hai bản cực
song song khi hoạt động ở chế độ đảo
 Cổng – oxide – kênh dẫn

Qchannel = CV
C = Cg = εoxWL/tox = CoxWL

Cox = εox / tox

V = Vgc – Vt = (Vgs – Vds/2) – Vt
polysilicon
gate
W
tox
n+

L
p-type body

n+

SiO2 gate oxide
(good insulator, εox = 3.9)

gate
Vg

+
+
Cg Vgd drain
source Vgs
Vs
Vd
channel
+ n+
n+ Vds
p-type body


Tốc độ taỉ điên
̣ tích
Điện tích được tải bởi điện tích eVận tốc tải v tỷ lệ với điện trường giữa nguồn và
máng
v = µE

(µ: độ linh động)

E = Vds/L

Thời gian để tải qua kênh dẫn:
t = L / v = L2/µVds


Đăc̣ tuyến I-V tuyến tính nMOS
Ta đã biết:
 Lượng điện tích Qchannel trong kênh dẫn
 Thời gian t để mỗi hạt dẫn đi hết kênh dẫn

Qchannel
I ds =
t
W
= µCox
L

V − V − Vds
 gs
t
2

Vds 

= β Vgs − Vt −
÷Vds
2



V

÷ ds

W
β = µCox
L


Đăc̣ tuyến I-V bão hòa cua
̉ nMOS
Nếu Vgd < Vt, kênh dẫn bị nghẹt ở gần cực máng
 Khi Vds > Vdsat = Vgs – Vt

Lúc này điện áp cực máng không làm tăng dòng
nữa

V
I ds = β Vgs − Vt − dsat
2

2
β
= ( Vgs − Vt )
2

V
÷ dsat



ĐIỆN DUNG

Điện dung cực cổng – kênh dẫn rất quan trọng
 Tạo ra điện tích kênh dẫn cần thiết để hoạt động

Điện dung giữa nguồn và máng với nền
 Hình thành giữa hai cực của các diode phân cực ngược
 Gọi là điện dung khuếch tán vì nó tương ứng với sự khuếch
tán của nguồn/máng



So sánh công suất tiêu tán và trì hoãn
truyền của các loại ttl và cmos ở 5v