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部分耗尽SOI CMOS器件研究及SRAM设计

作　者: 赵琳娜
导　师: 陶建中
学　校: 江南大学
专　业: 微电子学与固体电子学
关键词: 绝缘体上硅 部分耗尽 浮体效应 静态存储器 灵敏放大器 动态体放电技术 体接触方法
分类号: TN386
类　型: 硕士论文
年　份: 2007年
下　载: 117次
引　用: 1次
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内容摘要


与传统的体硅电路比起来,SOI电路具有高速、低压、低功耗、抗辐照、耐高温等优点。但由于早期的SOI材料的制作成本比较高,所以原先它的主要应用局限在航天航空等领域来制作耐高温和抗辐照电路,随着SOI衬底技术的发展,SOI园片的成本不断降低,使得SOI进入民用成为可能。随着移动通信、手提电脑等便携式电子产品的发展,集成电路在功耗和体积方面的要求越来越高,SOI技术将成为实现低压、低功耗的主流技术。所以,对于SOI材料、器件、电路测试、模拟仿真、设计、工艺方面的研究就显得非常的重要。本论文的主要工作分为四个部分。第一部分总结了SOI技术的发展历程、发展趋势及其所面临的巨大挑战。在这一部分中,重点总结了SOI技术相对于传统体硅技术的优越性,SOI材料制备方法,以及SOI技术在抗辐照、耐高温、高速、低功耗、低压等领域内的应用和进展。第二部分对SOI CMOS器件的性能进行了详细的研究,包括器件的背栅效应、浮体效应、自加热效应等,重点研究浮体效应、瞬态浮体效应、瞬态特性以及浮体效应对电路特性产生的影响。第三部分分析了SOI技术应用到SRAM电路上获得的优点,并设计了一款2K位的异步SOI SRAM电路,包括SRAM的逻辑结构设计、存储单元设计、存储器阵列的设计、及读/写电路等外围电路的设计。完成了存储阵列、控制电路、外围电路的时序设计、原理图设计、版图设计,并且通过了DRC、LVS检查。同时,深入分析了浮体效应对SRAM电路性能的影响,包括寄生双极晶体管效应、“frist cycle”效应及其对灵敏放大器单元造成的动态不稳定性的影响。第四部分研究了抑制浮体效应的方法,包括体引出工艺、抑制浮体效应的工艺途径以及从电路设计上降低浮体效应的方法,其中体引出工艺包括:传统的体接触方法和改进的体接触方法。同时,对体接触的效果进行了研究,分析了体接触产生的体串联电阻对电路性能的影响。

全文目录


摘要  3-4
Abstract  4-7
第一章 绪论  7-17
  1.1 课题的来源与意义  7-8
  1.2 CMOS 集成电路的发展趋势  8-9
  1.3 SOI 技术概述  9-16
    1.3.1 SOI 技术的主要优势  9-12
    1.3.2 SOI 的主要制备工艺  12-14
    1.3.3 SOI 技术存在的问题和挑战  14-15
    1.3.4 SOI 技术未来展望  15-16
  1.4 本论文的主要工作及技术要点  16-17
第二章 SOI CMOS 器件  17-33
  2.1 部分耗尽（PD）与全耗尽（FD）SOI 器件  17-18
  2.2 背栅效应  18-20
  2.3 浮体效应  20-25
  2.4 SOI 器件的瞬态浮体效应和瞬态特性  25-32
    2.4.1 瞬态漏电  26-27
    2.4.2 瞬态浮体效应  27-29
    2.4.3 瞬态浮体效应对电路特性的影响  29-31
    2.4.4 历史记忆效应  31-32
  2.5 自加热效应  32
  2.6 本章小结  32-33
第三章 SOI SRAM 电路和版图设计  33-56
  3.1 SOI 技术应用在 SRAM 中的优势  33-34
  3.2 SOI SRAM 电路设计  34-50
    3.2.1 SRAM 电路结构  34-35
    3.2.2 SRAM 存储结构  35
    3.2.3 异步SRAM 的时序分析  35-36
    3.2.4 SRAM 单元设计  36-41
    3.2.5 ATD 电路  41-42
    3.2.6 锁存型灵敏放大器  42-44
    3.2.7 SOI SRAM 的静电泄放电路  44-45
    3.2.8 SOI SRAM 电路的总体仿真  45-46
    3.2.9 浮体效应对SOI SRAM 的影响  46-50
  3.3 SOI SRAM 版图设计  50-55
    3.3.1 版图设计的基本概念  50
    3.3.2 设计规则  50-51
    3.3.3 版图的验证  51-54
    3.3.4 流片验证  54-55
  3.4 本章小结  55-56
第四章 体接触技术研究  56-70
  4.1 体引出工艺  56-63
    4.1.1 传统的体接触技术  56-58
    4.1.2 改进的体接触技术  58-63
  4.2 从电路设计上降低浮体效应的影响  63-66
  4.3 抑制浮体效应的工艺途径  66-69
  4.4 本章小结  69-70
第五章 结束语  70-71
参考文献  71-74
攻读硕士学位期间公开发表的论文  74-75
致谢  75

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中图分类: > 工业技术 > 无线电电子学、电信技术 > 半导体技术 > 场效应器件
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