Лекция 4. Пассивные интегральные элементы кмоп технологии для рч кмоп ис

Основными элементами, которые используются при построении радиочастотных блоков в КМОП базисе являются n- и p- МОП транзисторы, резисторы, конденсаторы и катушки индуктивности.

Радиочастотные КМОП схемы изготавливаются, как правило, по технологическим процессам предназначенным для построения смешанных цифро-аналоговых схем. Такие процессы отличаются от стандартных наличием высокоомных поликремневых резисторов и емкостей между двумя поликремневыми или металлическими обкладками. Как правило, современные КМОП процессы содержат пять и более металлических слоев, что важно при построении интегральных индуктивностей. В последнее время, фабрики -изготовители интегральных ИС начали предлагать специализированные РЧ КМОП процессы, которые в дополнение к элементам смешанного процесса предлагают дополнительные опции, позволяющие строить интегральные индуктивности повышенной добротности (последний толстый металлический слой на толстом диэлектрике).

Свойства КМОП транзисторов субмикронных размеров подробно рассматривались в предшествующих курсах, а шумовые свойства транзисторов будут кратко рассмотрены в лекции посвященной построению малошумящих усилителей. Сейчас рассмотрим особенности построения и применения пассивных элементов.

Интегральные резисторы

Резисторы в интегральном КМОП процессе могут выполняться на основе слоев кармана, диффузии, затворного поликремния, высокоомного поликремния и металла. В отличие от дискретных элементов, интегральные резисторы имеют значительную распределенную емкость на подложку, которая существенно влияет на частотные свойства резисторов. Наилучшим отношением удельное сопротивление/удельная паразитная емкость на подложку обладают резисторы из высокоомного поликремния, которые и рекомендуются к использованию при построении РЧ КМОП блоков. Эквивалентая схема замещения интегрального резистора, которая имитирует наличие распределенной емкости на подложку показана на рис.4.1.

Рис. 4.1 Эквивалентная схема интегрального резистора с номиналом R и с общей паразитной емкостью на подложку C_пар.

Наличие распределенной емкости резистора на подложку особенно необходимо учитывать при проектировании РЧ блоков с обратной связью выполняемой на основе резистивных делителей. На высоких частотах заданное отношение может не выполнятся, а дополнительный фазовый сдвиг может привести к паразитной генерации системы. Приведем для справки типовые значения параметров высокоомного поликремния в современном технологическом процессе: _s=500 Ом/, C^уд_пар=0.07 фФ/мкм², минимальный квадрат со стороной 0.5 мкм. Следует отметить, что там где не требуется более высокая точность воспроизведения номинала резистора уменьшение стороны квадрата резистора ведет к резкому (квадратичному) улучшению его частотных свойств. Таблица 4.1 позволяет оценить импульсные свойства интегральных резисторов, выполненных в различных слоях.

Т а б л и ц а 4.1. Высокочастотные параметры резисторов

Сопротив-ление Rэкв, кОм	Тип резистора	Удельное сопротивление ρ, Ом/	Ширина резистора W, мкм	Время нарастания ^1 tнар, c	Граничная частота^2 ωГ, Гц
1	2	3	4	5	6
10	p+, n+ – диффузионная область	50	2,8	2,45 н	133 M
	Карман	1,8 K	5,7	270 п	1,16 Г
	Si* – затвор	20	3,2	3,2 н	105,9 M
	Si* – резистор	2,6 K	3,2	25 п	13,8 Г
30	p+, n+ – диффузионная область	50	2,8	22 н	14,8 M
	Карман	1,8 K	5,7	2,44 н	129 M
	Si* – затвор	20	3,2	29,5 н	11,8 M
	Si* – резистор	2,6 K	3,2	226 п	1,53 Г
100	p+, n+ – диффузионная область	50	2,8	234 н	1,3 M
	Карман	1,8 K	5,7	27 н	11,6 M
	Si* – затвор	20	3,2	327 н	1 M
	Si* – резистор	2,6 K	3,2	2,6 н	138 M
300	p+, n+ – диффузионная область	50	2,8	2,14 мк	149 К
	Карман	1,8 K	5,7	244 н	1,3 M
	Si* – затвор	20	3,2	2,94 мк	118 К
	Si* – резистор	2,6 K	3,2	25,4 н	15,3 M
1000	p+, n+ – диффузионная область	50	2,8	23,8 мк	13,4 К
	Карман	1,8 K	5,7	2,72 мк	116 К
	Si* – затвор	20	3,2	32,8 мк	10,5 К
	Si* – резистор	2,6 K	3,2	250 н	1,3 M
3000	p+, n+ – диффузионная область	50	2,8	211,7 мк	1,48 К
	Карман	1,8 K	5,7	24,6 мк	12 К
	Si* – затвор	20	3,2	294 мк	1,18 К
	Si* – резистор	2,6 K	3,2	2,3 мк	153 К

¹ По уровню 0,1 – 0,9 при перепаде входного сигнала 1 В.

² По уровню – 3 дБ в малосигнальном расчете.