cmos集成电路的主要特点有哪些

核心提示CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor),互补金属氧化物半导体,电压控制的一种放大器件。是组成CMOS数字集成电路的基本单元。 金属-氧化物-半导体(Metal-Oxide-Semicon

CMOS(Complementary metal Oxide Semiconductor),互补金属氧化物半导体,

电压控制的一种放大器件。是组成CMOS数字集成电路的基本单元。

金属-氧化物-半导体(metal-Oxide-Semiconductor)结构的晶体管简称MOS晶体管,有P型MOS管和N型MOS管之分。由 MOS管构成的集成电路称为MOS集成电路,而由PMOS管和NMOS管共同构成的互补型MOS集成电路即为 CMOS-IC( Complementary MOS Integrated CIRcuit)。

CMOS集成电路的性能特点

微直流功耗—CMOS电路的单门静态功耗在毫微瓦(nw)数量级。

高噪声容限—CMOS电路的噪声容限一般在40%电源电压以上。

宽工作电压范围—CMOS电路的电源电压一般为15~18伏。

高逻辑摆幅—CMOS电路输出高、低电平的幅度达到全电压的

“1”为VDD,逻辑“0”为VSS。

高输入阻抗--CMOS电路的输入阻抗大于108Ω,一般可达1010Ω。

高扇出能力--CMOS电路的扇出能力大于50。

低输入电容--CMOS电路的输入电容一般不大于5PF。

宽工作温度范围—陶瓷封装的CMOS电路工作温度范围为 - 55 0C ~ 125 0C;塑封的CMOS电路为 – 40 0C ~ 85 0C。

所有的输入均有删保护电路,良好的抗辐照特性等。

JEDEC最低工业标准

JEDEC最低标准是电子工业协会(EIA)联合电子器件工程委员会(JEDEC)主持下制定的CMOS集成电路的最大额定范围和静态参数的最低工业标准。下表即为

JEDEC制定的CMOS集成电路的最大额定范围:

电源电压 VDD~VSS 18 ~ -05V(DC)

直流输入电流 IIN 10 mA(DC)

输入电压 VSS ≤VI ≤ VDD+05V(DC)

器件功耗 PD 200mw

工作温度范围 T -55~125(陶封),-40~85(塑封)ºC

存储温度范围 TSTG -65 ~ 150 ºC

输入/输出信号规则

所有的CMOS电路的输入端不能浮置,最好使用一个上拉或下拉电阻,以保护器件不受损害。在某些应用场合,输入端要串入电阻,以限制流过保护二极管的电流不大于10mA。

输入脉冲信号的上升和下降时间必须小于15us, 否则必须经施密特电路整形后方可输入CMOS开关电路。避免CMOS电路直接驱动双极型晶体管,否则可能导致CMOS电路的功耗超过规范值。CMOS缓冲器或大电流驱动器由于其本身的低输出阻抗,必须注意这些电路采用大负载电容(≥500PF)时等效于输出短路的情况。CMOS电路的输出不能并接成线逻辑状态。因为导通的PMOS管和导通的NMOS管的低输出阻抗会将电源短路。

什么是微电子学

根据制造工艺的不同,集成电路可分为两大类:(1)混合集成电路,它又可分为厚膜集成电路和薄膜集成电路;(2)单片集成电路也称为半导体集成电路。其中半导体集成电路是目前应用最广、产量最大、技术水平最高,因而是最重要的集成电路,所以本章主要介绍半导体集成电路。

根据结构的不同,半导体集成电路可分为双极型半导体集成电路和单极型半导体集成电路(即MOS集成电路)。按其功能,半导体集成电路又可分为数字集成电路(或称逻辑集成电路)和模拟集成电路。

按集成度来分,半导体集成电路可分为小规模集成电路(100个元器件以下)、中规模集成电路(不超过1000个元器件)和大规模集成电路(1000个元器件以上)。现已出现了超大规模集成电路,其集成度更高,可包含十万个元器件以上。下面先对混合集成电路和半导体集成电路作一简单介绍。

1、混合集成电路

(1)薄膜集成电路。薄膜集成电路是采用溅射或真空镀膜的方法在陶瓷或微晶玻璃的基片上,依次淀积多层相互重迭的膜而构成的各种元器件,再用金属铝膜把相应的元器件连接赵来组成电路最后封装在一个特定的外壳中。在薄膜电路中,电阻器可通过控制薄膜的宽度和厚度以及选用不同电阻率的材料制成。电容器可用两个导电薄膜夹上一层绝缘介质制成。二极管和晶体管通常还是利用硅平面管的管芯把管芯粘在基片上,再和其他薄膜元件连接起来构成整个电路。

微电子学: Microelectronics

一门学科,一门研究集成电路设计、制造、测试、封装等全过程的学科

微电子技术是随着集成电路,尤其是超大型规模集成电路而发展起来的一门新的技术。微电子技术包括系统电路设计、器件物理、工艺技术、材料制备、自动测试以及封装、组装等一系列专门的技术,微电子技术是微电子学中的各项工艺技术的总和。 微电子技术是在电子电路和系统的超小型化和微型化过程中逐渐形成和发展起来的,第二次大战中、后期,由于军事需要对电子设备提出了不少具有根本意义的设想,并研究出一些有用的技术。1947年晶体管的发明,后来又结合印刷电路组装使电子电路在小型化的方面前进了一大步。到1958年前后已研究成功以这种组件为基础的混合组件。集成电路的主要工艺技术,是在50年代后半期硅平面晶体管技术和更早的金属真空涂膜学技术基础上发展起来的。19614年出现了磁双极型集成电路产品。1962年生产出晶体管——晶体管理逻辑电路和发射极藉合逻辑电路。MOS集成电路出现。由于MOS电路在高度集成方面的优点和集成电路对电子技术的影响,集成电路发展越来越快。70年代,微电子技术进入了以大规模集成电路为中心的新阶段。随着集成密度日益提高,集成电路正向集成系统发展,电路的设计也日益复杂、费时和昂贵。实际上如果没有计算机的辅助,较复杂的大规模集成电路的设计是不可能的。70年代以来,集成电路利用计算机的设计有很大的进展。制版的计算机辅助设计、器件模拟、电路模拟、逻辑模拟、布局布线的计算辅助设计等程序,都先后研究成功,并发展成为包括校核、优化等算法在内的混合计算机辅助设计,乃至整套设备的计算机辅助设计系统。集成电路制造的计算机管理,也已开始实现。此外,与大规模集成和超大规模集成的高速发展相适应,有关的器件材料科学和技术、测试科学和计算机辅助测试、封装技术和超净室技术等都有重大的进展。 电子技术发展很快,在工艺技术上,微细加工技术,如电子束、离子束、X射线等复印技术和干法刻蚀技术日益完善,使生产上在到亚微米以至更高的光刻水平,集成电路的集成弃将超大型越每片106—107个元件,以至达到全上集成一个复杂的微电子系统。高质量的超薄氧化层、新的离子注入退火技术、高电导高熔点金属以其硅化物金属化和浅欧姆结等一系列工艺技术正获得进一步的发展。在微电子技术的设计和测试技术方面,随着集成度和集成系统复杂性的提高,冗余技术、容错技术,将在设计技术中得到广泛应用。

 
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