Пассивные интегральные элементы кмоп технологии для рч кмоп ис

Основными элементами, которые используются при построении радиочастотных блоков в КМОП базисе являются n- иp- 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 Rи с общей паразитной емкостью на подложкуC_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.

Таблица 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 частота2 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

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

² По уровню – 3 дБ в малосигнальном расчете.