Microeletrônica

Prof. Fernando Massa Fernandes

(Prof. Germano Maioli Penello)

Sala 5017 Efermassa@lee.uerj.br

http://www.lee.eng.uerj.br/~germano/Microeletronica_2016-2.html

Poço

Primeira camada a ser fabricada no circuito integrado CMOS

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Diodo parasíticoUm poço-n num substrato tipo-p forma um diodo

Para evitar que este diodo seja polarizado diretamente (conduza corrente), o substrato é normalmente o ponto de menor tensão do circuito (aterrado).Idealmente, não existe corrente fluindo no substrato.

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Resistor (poço-n)

Além de ser usado como o corpo do PMOS, o poço pode ser usado como um resistor.

Se as tensões nos terminais do resistor forem maiores que a tensão do substrato, podemos evitar que o diodo parasítico seja polarizado diretamente.

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Difusão

Difusão de átomos doadores (tipo-n).

Elemento da coluna V da tabela periódica

P - Fósforo.

Note que a difusão ocorre também embaixo do fotorresiste protetor

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Difusão Note que a difusão ocorre também embaixo do fotorresiste protetor

O tamanho final do poço-n não é exatamente igual ao da máscara fotolitográfica.

As companhias que fabricam os chips podem aumentar ou diminuir as máscaras para compensar este efeito.

Após a remoção do fotorresiste, ficamos apenas com o substrato e o poço-n

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Leiaute do poço-nO leiaute das máscaras fotolitográficas é feita consideranto a visão superior. Um dos pontos chaves do leiaute é o fator de escala. Ex.:Dimensões mínimas = 50nmQuadrado de 10x10 (adimensional) tem seus lado de 500nm desprezando a difusão lateral e outras imperfeições.

Usar números inteiros para desenhar o leiaute simplifica o processamento.

Vista superior

Seção reta

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Regras de design (poço-n)Existem regras que determinam o espaçamento e tamanho mínimos requerido para todas as camandas do processamento CMOS!

O engenheiro de processo é quem especifica essas regras e também quem projeta o CI. As regras variam dependendo da tecnologia usada (processos com fator de escala 1m tem diferentes regras de processos com fator de escala de 50nm)

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Regras de design (poço-n)

A medida que o leiaute fica mais e mais complicado, programas computacionas que verificam se as regras de design não são violadas são fundamentais.

O tamanho mínimo pode ser devido à qualidade de criar padrões no fotorreste enquanto que o espaçamento mínimo pode ser devido ao transistor npn parasítico.

Veremos as regras de design mais adiante no curso!

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ResistênciaAlém de servir como base para o transistor PMOS, o poço-n também é utilizado para criar resistores.

Lembrando:

A resistência de um material depende do propriedades intrínsecas do material e da sua geometria.

Propriedade do mateiral: ResistividadeGeometria: Comprimento e área de seção reta

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ResistênciaAlém de servir como base para o transistor PMOS, o poço-n também é utilizado para criar resistores.

A espessura t de um processo CMOS é normalmente fixa, mas o comprimento L e a largura W são determinados pela máscara do leiaute. Podemos controlar L e W, e com isso fabricar um resistor com o valor desejado.

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ResistênciaAlém de servir como base para o transistor PMOS, o poço-n também é utilizado para criar resistores.

A espessura t de um processo CMOS é normalmente fixa, mas o comprimento L e a largura W são determinados pela máscara do leiaute. Podemos controlar L e W, e com isso fabricar um resistor com o valor desejado.

E o fator de escala?

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ResistênciaAlém de servir como base para o transistor PMOS, o poço-n também é utilizado para criar resistores.

A espessura t de um processo CMOS é normalmente fixa, mas o comprimento L e a largura W são determinados pela máscara do leiaute. Podemos controlar L e W, e com isso fabricar um resistor com o valor desejado.

E o fator de escala?O valor projetado não é alterado pelo fator de escala!

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Resistência de folhaUma grandeza comum é a resistência de folha de um material. Ela é utilizada em sistemas de filmes finos e implica que o fluxo de corrente se dá ao longo do plano da folha, e não perpendicular a ela.

Unidade de Rs : /sq ou /

Esta unidade serve para evitar a confusão entre a resistência de folha e a resistência

Ex. Um quadrado com Rs = 100 /sq tem resistência de 100 .Um retângulo de lado 1 e comprimento 3 do mesmo material tem resistência de 300

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Leiaute de quinasVimos como fazer resistores com o poço-n, mas e se quisermos poupar espaço e fazer algo diferente de um retângulo?

Qual a resistência desta configuração se Rs = 100 /sq?

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Leiaute de quinasVimos como fazer resistores com o poço-n, mas e se quisermos poupar espaço e fazer algo diferente de um retângulo?

Qual a resistência desta configuração se Rs = 100 /sq?

Seria 100 x 3 = 300

Mas se pensarmos no caminho que a corrente percorre neste plano, perceberemos que ela não preenche todo o quadrado da quina!

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Leiaute de quinasVimos como fazer resistores com o poço-n, mas e se quisermos poupar espaço e fazer algo diferente de um retângulo?

Qual a resistência desta configuração se Rs = 100 /sq?

Seria 100 x 3 = 300

Mas se pensarmos no caminho que a corrente percorre neste plano, perceberemos que ela não preenche todo o quadrado da quina!

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Leiaute de quinasVimos como fazer resistores com o poço-n, mas e se quisermos poupar espaço e fazer algo diferente de um retângulo?

Qual a resistência desta configuração se Rs = 100 /sq?

A resistência da quina é aproximadamente 0.6 Rs

A resistência total entre os pontos A e B é de 2.6 /sq

Mas o valor de resistência de folha não é tão preciso! Dependendo do processo, a resistência pode variar significativamente!

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Leiaute de quinasPara evitar os problemas mostrados no slide anterior, evita-se fazer resistências com quinas (cantos). Um método preferível é de conectar resistores retangulares com fios.

Desta maneira, podemos ter uma maior confiabilidade no valor dos resistores projetados.

Ex.: Ganho de um op-amp depende da razão de resistores. Se os valores das resistências projetadas não for igual ao da resitência medida no circuito, o projeto não será bem sucedido.

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Resistor de poço-nAo longo do curso veremos as diversas camadas, não se preocupe por agora.

Esta é a seção reta de um resistor de poço-n após as divesas etapas de processamento.

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Resistor de poço-nAo longo do curso veremos as diversas camadas, não se preocupe por agora.

Esta é a seção reta de um resistor de poço-n após as divesas etapas de processamento.

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Exemplo

Calcule a resistência de um poço-n que tem comprimento 100 e largura 10. Considere Rs = 2 k/sq. Agora, considere que devido ao processamento, esse valor pode variar entre 1.6 a 2.4 k/sq.

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Exemplo

Calcule a resistência de um poço-n que tem comprimento 100 e largura 10. Considere Rs = 2 k/sq. Agora, considere que devido ao processamento, esse valor pode variar entre 1.6 a 2.4 k/sq.

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Exemplo

Calcule a resistência de um poço-n que tem comprimento 100 e largura 10. Considere Rs = 2 k/sq. Agora, considere que devido ao processamento, esse valor pode variar entre 1.6 a 2.4 k/sq.

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Exemplo

Calcule a resistência de um poço-n que tem comprimento 100 e largura 10. Considere Rs = 2 k/sq. Agora, considere que devido ao processamento, esse valor pode variar entre 1.6 a 2.4 k/sq.

Note como o valor do resitor não é muito preciso!

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ExercícioPara o leiaute abaixo, faça um esboço da seção reta nas duas linhas indicadas. Existe junção pn parasítica? Se sim, onde? E transistor parasítico? Se sim, onde?

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ExercícioPara o leiaute abaixo, faça um esboço da seção reta nas duas linhas indicadas. Existe junção pn parasítica? Se sim, onde? E transistor parasítico? Se sim, onde?

Por que a seção reta não é perfeitamente retangular?

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ExercícioPara o leiaute abaixo, faça um esboço da seção reta nas duas linhas indicadas. Existe junção pn parasítica? Se sim, onde? E transistor parasítico? Se sim, onde?

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ExercícioPara o leiaute abaixo, faça um esboço da seção reta nas duas linhas indicadas. Existe junção pn parasítica? Se sim, onde? E transistor parasítico? Se sim, onde?

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ExercícioPara o leiaute abaixo, faça um esboço da seção reta nas duas linhas indicadas. Existe junção pn parasítica? Se sim, onde? E transistor parasítico? Se sim, onde?

Por que a seção reta não é perfeitamente retangular?

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ExercícioPara o leiaute abaixo, faça um esboço da seção reta nas duas linhas indicadas. Existe junção pn parasítica? Se sim, onde? E transistor parasítico? Se sim, onde?

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ExercícioProjete um resistor de 250 k usando um poço-n num padrão de serpentina. O comprimento máximo de cada segmento é de 100 e a resistência de folha é de 2 k/sq. Confira as regras de design do resistor! Se o fator de escala for de 50 nm, estime o tamanho do resistor fabricado.

Largura mínima do poço-n = 12

Distância mínima entre poço-n = 6

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ExercícioProjete um resistor de 250 k usando um poço-n num padrão de serpentina. O comprimento máximo de cada segmento é de 100 e a resistência de folha é de 2 k/sq. Confira as regras de design do resistor! Se o fator de escala for de 50 nm, estime o tamanho do resistor fabricado.

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Trabalho para a próxima semanaProjete um resistor de 250 k usando um poço-n num padrão de serpentina. O comprimento máximo de cada segmento é de 100 e a resistência de folha é de 2 k/sq. Confira as regras de design do resistor! Se o fator de escala for de 50 nm, estime o tamanho do resistor fabricado.

http://www.staticfreesoft.com/index.html

Programa gratuito para criar leiautes e esquemáticos. Simula o leiaute em conjunto com o SPICE.

Façam este exercício seguindo as regras de design do programa! Me apresentem os resultados na aula de Quinta. Farei perguntas sobre o software e sobre as regras de design do programa. Utilizem a tecnologia MOCMOS que segue a regra de design do MOSIS.

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