Tweet
Linh kiện tụ điện trong thiết kế vi mạch tương tự
Một trong những lý do làm cho linh kiện tụ điện có vai trò hết sức quan trọng đối với công nghệ CMOS đó là điện trở vào của transistor MOS là rất lớn. (điện áp lưu trữ trên tụ gần như không bị rò bởi các mạch MOS.) Ngoài ra, tụ điện cũng là một linh kiện quan trọng trong các mạch điện nói chung. Hai loại tụ điện hay được nói tới nhất trong thiết kế vi mạch là là tụ poly-poly và tụ MOS.
Tụ poly-poly có cấu tạo gồm hai bản cực được chế tạo giống với quá trình chế tạo cực Gate của MOS và lớp cách điện nằm giữa hai bản cực là lớp oxide cũng giống như lớp oxide nằm giữa Gate và kênh dẫn. Ưu điểm nối bật của loại tụ này là sai số matching giữa hai tụ có cùng dạng hình học và hệ số phụ thuộc điện áp là tương đối thấp. Tuy nhiên do đặc điểm cấu tạo, tụ điện được chế tạo bên trên bề mặt silicon nên sẽ có một tụ điện ký sinh hình thành giữa bản cực nằm dưới và lớp đế, và tụ ký sinh này có thể bằng 30% giá trị tụ chính. Đôi khi người kỹ sư lợi dụng chính điểm này (chập đế và bản tụ nằm trên thành một cực) để làm tăng độ lớn của tụ với một diện tích layout giới hạn cho trước. Nhược điểm của tụ này là cần thêm một lớp (layer) trong quá trình chế tạo, do đó giá thành công nghệ có tụ poly-poly thường sẽ cao hơn công nghệ không có tụ poly-poly.
Tụ MOS có cấu tạo là một transistor MOS bình thường trong đó các cực nguồn và máng được chập lại hình thành một cực và cực Gate là một cực. Vì có đặc điểm cấu tạo như vậy nên tụ điện này có hệ số phụ thuộc điện áp là khá lớn. (Phẩm chất của bản mặt tụ là kênh dẫn phụ thuộc hoàn toàn vào điện áp đặt vào gate.) Và đối với các lớp tiếp giáp pn được phân cực ngược thì bản thân nó cũng hình thành các tụ điện có lớp cách điện là vùng nghèo. Do vậy, tụ MOS có sai số là khá lớn. Tuy nhiên ưu điểm của tụ này là nếu thỏa mãn các điều kiện thiên áp thích hợp thì giá trị của tụ MOS thường lớn hơn nhiều tụ poly-poly trong cùng một diện tích layout.
Ngoài ra trong các công nghệ chế tạo có độ cách ly cao như hiện nay, cho phép tạo ra một loại tụ là sự kết hợp giữa hai loại trên với mục đích tiết kiệm diện tích layout, gọi là tụ sandwich. Cấu trúc của tụ này tương tự như chiếc bánh sandwich, tức là người ta lợi dụng cực Gate của tụ MOS để làm một cực của tụ poly-poly. Như vậy trong cùng một diện tích layout có thể tạo ra một tụ có giá trị bằng tụ poly-poly cộng với tụ MOS.
Trên đây là một số vấn đề mang tính chất định tính đề cập tới linh kiện tụ điện trong thiết kế vi mạch, để hiểu rõ thêm cách thức chế tạo, các công thức tính toán cụ thể tụ điện cũng như ảnh hưởng của các hệ số phụ thuộc điện áp, nhiệt độ và các điều kiện thiên áp các bạn có thể tham khảo trong hai tài liệu đã được giới thiệu ở bài trước.
Thân mến.
Một trong những lý do làm cho linh kiện tụ điện có vai trò hết sức quan trọng đối với công nghệ CMOS đó là điện trở vào của transistor MOS là rất lớn. (điện áp lưu trữ trên tụ gần như không bị rò bởi các mạch MOS.) Ngoài ra, tụ điện cũng là một linh kiện quan trọng trong các mạch điện nói chung. Hai loại tụ điện hay được nói tới nhất trong thiết kế vi mạch là là tụ poly-poly và tụ MOS.
Tụ poly-poly có cấu tạo gồm hai bản cực được chế tạo giống với quá trình chế tạo cực Gate của MOS và lớp cách điện nằm giữa hai bản cực là lớp oxide cũng giống như lớp oxide nằm giữa Gate và kênh dẫn. Ưu điểm nối bật của loại tụ này là sai số matching giữa hai tụ có cùng dạng hình học và hệ số phụ thuộc điện áp là tương đối thấp. Tuy nhiên do đặc điểm cấu tạo, tụ điện được chế tạo bên trên bề mặt silicon nên sẽ có một tụ điện ký sinh hình thành giữa bản cực nằm dưới và lớp đế, và tụ ký sinh này có thể bằng 30% giá trị tụ chính. Đôi khi người kỹ sư lợi dụng chính điểm này (chập đế và bản tụ nằm trên thành một cực) để làm tăng độ lớn của tụ với một diện tích layout giới hạn cho trước. Nhược điểm của tụ này là cần thêm một lớp (layer) trong quá trình chế tạo, do đó giá thành công nghệ có tụ poly-poly thường sẽ cao hơn công nghệ không có tụ poly-poly.
Tụ MOS có cấu tạo là một transistor MOS bình thường trong đó các cực nguồn và máng được chập lại hình thành một cực và cực Gate là một cực. Vì có đặc điểm cấu tạo như vậy nên tụ điện này có hệ số phụ thuộc điện áp là khá lớn. (Phẩm chất của bản mặt tụ là kênh dẫn phụ thuộc hoàn toàn vào điện áp đặt vào gate.) Và đối với các lớp tiếp giáp pn được phân cực ngược thì bản thân nó cũng hình thành các tụ điện có lớp cách điện là vùng nghèo. Do vậy, tụ MOS có sai số là khá lớn. Tuy nhiên ưu điểm của tụ này là nếu thỏa mãn các điều kiện thiên áp thích hợp thì giá trị của tụ MOS thường lớn hơn nhiều tụ poly-poly trong cùng một diện tích layout.
Ngoài ra trong các công nghệ chế tạo có độ cách ly cao như hiện nay, cho phép tạo ra một loại tụ là sự kết hợp giữa hai loại trên với mục đích tiết kiệm diện tích layout, gọi là tụ sandwich. Cấu trúc của tụ này tương tự như chiếc bánh sandwich, tức là người ta lợi dụng cực Gate của tụ MOS để làm một cực của tụ poly-poly. Như vậy trong cùng một diện tích layout có thể tạo ra một tụ có giá trị bằng tụ poly-poly cộng với tụ MOS.
Trên đây là một số vấn đề mang tính chất định tính đề cập tới linh kiện tụ điện trong thiết kế vi mạch, để hiểu rõ thêm cách thức chế tạo, các công thức tính toán cụ thể tụ điện cũng như ảnh hưởng của các hệ số phụ thuộc điện áp, nhiệt độ và các điều kiện thiên áp các bạn có thể tham khảo trong hai tài liệu đã được giới thiệu ở bài trước.
Thân mến.
Comment