THIẾT kế và mô PHỎNG MẠCH TRỘN tín HIỆU TRÊN CÔNG NGHỆ CMOS 180NM

THIẾT kế và mô PHỎNG MẠCH TRỘN tín HIỆU TRÊN CÔNG NGHỆ CMOS 180NM

THIẾT KẾ VÀ MÔ PHỎNG MẠCH TRỘN TÍN HIỆU TRÊN CÔNG NGHỆ

CMOS 180NM

MỤC LỤC

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ VI DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU VIII DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT IX

CHƯƠNG 1 HỆ THỐNG THÔNG TIN LIÊN LẠC 1

1.1 TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG THÔNG TIN LIÊN LẠC KHÔNG DÂY 1

1.1.1 Hệ thống mạng WPAN 1

1.1.2 Hệ thống mạng WLAN 2

1.1.3 Hệ thống mạng WMAN 2

1.1.4 Hệ thống mạng WWAN 3

1.2 CÁC KHỐI CƠ BẢN TRONG HỆ THỐNG THÔNG TIN KHÔNG DÂY 3

CHƯƠNG 2 CÔNG NGHỆ CMOS 6

2.1 CẤU TRÚC MOSFET 6

2.1.1 Sơ lược 6

2.1.2 Cơ bản về MOSFET 7

2.1.3 Cấu tạo vật lý MOSFET 8

2.1.4 Nguyên lý hoạt động cơ bản của MOSFET 9

2.2 QUY TRÌNH TẠO RA CMOS 11

2.3 TỤ ĐIỆN SIÊU CAO TẦN 13

2.4 ĐIỆN TRỞ SIÊU CAO TẦN 14

2.5 CUỘN CẢM SIÊU CAO TẦN 14

CHƯƠNG 3 MẠCH TRỘN TẦN SỐ MIXER 15

3.1 GIỚI THIỆU 15

3.2 CÁC THÔNG SỐ CƠ BẢN 17

3.3 PORT-TO-PORT FEEDTHROUGH 17

3.4 HỆ SỐ NHIỄU DO TẠP ÂM 18

3.5 HOẠT ĐỘNG CỦA MIXER 19

3.6 MẠCH LỌC THÔNG THẤP 21

CHƯƠNG 4 MÔ PHỎNG MẠCH TRỘN 23

4.1 SINGLE BALANCE MIXER (SBM) 23

5.3 ỨNG DỤNG 32

TÀI LIỆU THAM KHẢO 33

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ

HÌNH 1.1: MÔ HÌNH HỆ THỐNG MẠNG KHÔNG DÂY 1

HÌNH 1.2: SƠ ĐỒ KHỐI HỆ THỐNG THÔNG TIN 3

HÌNH 1.3: SƠ ĐỒ KHỐI MẠCH TRỘN TẦN SỐ CƠ BẢN 4

HÌNH 1.4: CHUYỂN ĐỔI TÍN HIỆU CỦA TÍN HIỆU TRUNG GIAN 5

HÌNH 2.1: MOSFET CƠ BẢN 7

HÌNH 2.2: CẤU TRÚC CỦA MOSFET KÊNH N 8

HÌNH 2.3: CẤU TRÚC CỦA MOSFET KÊNH P 9

HÌNH 2.4: KÍ HIỆU CỦA MOSFET 9

HÌNH 2.5: ĐẶC TUYẾN V/I VÙNG TUYẾN TÍNH CỦA MOSFET 10

HÌNH 2.6: ĐẶC TUYẾN V/I VÙNG BÃO HÒA CỦA MOSFET 10

HÌNH 2.7: QUÁ TRÌNH TẠO CHẤT NỀN VÀ CỰC CỔNG G 11

HÌNH 2.8: QUÁ TRÌNH TẠO SOUCE VÀ CÁC ĐIỆN CỰC 12

HÌNH 2.9: METAL-INSULATOR-METAL CAPACITORS 13

HÌNH 2.10: METAL-OVER-METAL (MOM) CAPACITORS 14

HÌNH 3.1: BỘ THU PHÁT TÍN HIỆU SỬ DỤNG MẠCH TRỘN TẦN SỐ 15

HÌNH 3.2: MẠCH TRỘN TÍN HIỆU ĐƠN GIẢN 16

HÌNH 3.3: HỆ THỐNG MÁY THU ĐỔI TẦN 16

HÌNH 3.4: CƠ CHẾ NẠP TRONG MẠCH TRỘN CMOS 17

HÌNH 3.5: DẠNG SÓNG ĐẦU RA CỦA MỘT MIXER ĐƠN GIẢN 18

HÌNH 3.6: HỆ SỐ TẠP ÂM SSB 18

HÌNH 3.7: HỆ SỐ TẠP ÂM DSB 19

HÌNH 3.8: CÁC GIAI ĐOẠN CHUYỂN ĐỔI 20

HÌNH 3.9: SINGLE-BALANCED ACTIVE MIXER 20

HÌNH 3.10: MẠCH LỌC BUTTERWORTH 21

HÌNH 4.1: SƠ ĐỒ MẠCH SBM TRÊN ADS 23

HÌNH 4.5: NGÕ RA IF TRÊN MIỀN THỜI GIAN (F LO =2.5GHZ, F RF =2.6GHZ) 24

HÌNH 4.6: PHỔ NGÕ RA IF VỚI F LO =2.5GHZ, F RF =2.49GHZ 25

HÌNH 4.7: NGÕ RA IF TRÊN MIỀN THỜI GIAN (F LO =2.5GHZ, F RF =2.49GHZ) 25 HÌNH 4.8: PHỔ NGÕ RA IF VỚI F LO =2.5GHZ, F RF =2.51GHZ 26

HÌNH 4.9: NGÕ RA IF TRÊN MIỀN THỜI GIAN (F LO =2.5GHZ, F RF =2.51GHZ) 26 HÌNH 4.10: MẠCH TRỘN TÍN HIỆU ĐƯỢC THIẾT KẾ HOÀN CHỈNH 27

HÌNH 4.11: PHỔ TÍN HIỆU RF VỚI TẦN SỐ 2.49GHZ 27

HÌNH 4.12: TÍN HIỆU RF TRÊN MIỀN THỜI GIAN 27

HÌNH 4.13: PHỔ TÍN HIỆU LO VỚI TẦN SỐ 2.5GHZ 28

HÌNH 4.14: TÍN HIỆU LO TRÊN MIỀN THỜI GIAN 28

HÌNH 4.16: TÍN HIỆU IF TRÊN MIỀN THỜI GIAN CHƯA QUA BỘ LỌC 29

HÌNH 4.17: PHỔ NGÕ RA IF QUA BỘ LỌC 30

HÌNH 4.18: TÍN HIỆU NGÕ RA IF KHI QUA BỘ LỌC 30

HÌNH 4.19: TÍN HIỆU NGÕ RA IF KHI QUA BỘ LỌC 31

DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU

BẢNG 1.1: THÔNG SỐ CÁC CHUẨN PHỔ BIẾN TRONG MẠNG WLAN 2

BẢNG 3.1: GIÁ TRỊ TỤ ĐIỆN TÍNH TOÁN ĐƯỢC 22

BẢNG 3.2: GIÁ TRỊ CUỘN CẢM TÍNH TOÁN ĐƯỢC 22

BẢNG 4.1: GIÁ TRỊ ISOLATION VỚI 32

BẢNG 4.2: GIÁ TRỊ CHUYỂN ĐỔI ĐỘ LỢI 32

MOSFET Metal-Oxide Semiconductor Field-Effect TransistorWPAN Wireless Personal Area Network

WLAN Wireless Local Area Network

WMAN Wireless Metropolitan Area Network

WWAN Wireless Wide Area Network

WiFi Wireless Fidelity

USB Universal Serial Bus

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Trang 1/33

CHƯƠNG 1 HỆ THỐNG THÔNG TIN LIÊN LẠC

1.1 Tổng quan về hệ thống thông tin liên lạc không dây

Mạng không dây là mạng sử dụng công nghệ cho phép hai hay hay nhiều thiết bịkết nối với nhau bằng cách sử dụng một giao thức chuẩn mà không cần những kếtnối bằng dây mạng

Mạng không dây sử dụng sóng radio hay sóng cực ngắn để duy trì các kênhtruyền thông giữa các thiết bị truyền thông với nhau Tất cả các giao tiếp thông quamột hệ thống các thiết bị được thiết lập các kết nối Thông tin được gửi đi và nhậnlại thông qua đường các kênh đường truyền

Hình 1.1: Mô hình hệ thống mạng không dây

1.1.1 Hệ thống mạng WPAN

WPAN: mạng vô tuyến cá nhân bao gồm các công nghệ vô tuyến có vùng phủnhỏ tầm vài mét đến hàng chục mét tối đa Các công nghệ này phục vụ mục đíchnối kết các thiết bị ngoại vi như máy in, bàn phím, chuột, đĩa cứng, khóa USB, đồnghồ, với điện thoại di động, máy tính Các công nghệ trong bao gồm Bluetooth,Wibree, ZigBee, Wireless USB, Đa phần các công nghệ này được chuẩn hóa bởiIEEE

Thiết Kế Và Mô Phỏng Mạch Trộn Tín Hiệu

Trên Công Nghệ Cmos 180nm

1.1.2 Hệ thống mạng WLAN

WLAN: mạng vô tuyến cục bộ bao gồm các công nghệ có vùng phủ tầm vài trămmét Chủ yếu là công nghệ WiFi với nhiều chuẩn mở rộng khác nhau 802.11a/b/g/h/i/ Công nghệ WiFi đã phát triển mạnh trong những năm qua Ngoài racông nghệ khác ít được biết đến như HiperLAN và HiperLAN2 được chuẩn hóa bởiETSI

Bảng 1.1: Thông số các chuẩn phổ biến trong mạng WLAN

1.1.3 Hệ thống mạng WMAN

WMAN: mạng vô tuyến đô thị Vùng phủ sóng tầm vài km (tầm 4-5km tối đa).Tiêu biểu là hệ thống mạng WiMAX Ngoài ra còn có công nghệ băng rộng BWMA802.20

1.1.4 Hệ thống mạng WWAN

WWAN: mạng vô tuyến diện rộng Vùng phủ tầm vài km đến tầm chục km Baogồm các công nghệ mạng thông tin di động như UMTS/GSM/CDMA2000/…

1.2 Các khối cơ bản trong hệ thống thông tin không dây

Source EncoderSource Transmitter

AntennaModulator

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Trang 3/33

Hình 1.2: Sơ đồ khối hệ thống thông tin

Khối Source: Nơi phát ra tin tức cần được truyền đi

Khối Source Encoder: Thực hiện mã hóa nguồn tin từ tín hiệu tương tự sang tínhiệu số

Khối Modulator: Đây là nơi điều chế tín hiệu khối quan trọng trong hệ thống,khối này bao gồm nhiều quá trình biến đổi thông số tín hiệu để truyền đi xa nhưđiều chế pha, điều chế biên, điều chế tần số của sóng mang Biến đổi tín hiệu trungtần lên cao tần và đặc biệt là trộn tín hiệu với sóng mang để truyền đi xa

Khối Transmitter Antenna: Sau khi điều chế tín hiệu đạt hiệu quả cao, tín hiệuđược phát đi thông qua hệ thống Ăng-ten

Khối Channel: Đây chính là kênh truyền của tín hiệu được truyền đi chủ yếutruyền qua không gian nên ảnh hưởng bởi nhiễu từ môi trường

Khối Receiver Antenna: Hệ thống Ăng-ten thu tín hiệu từ kênh truyền

Khối Detector: Khối này có nhiệm vụ giải điều chế tín hiệu mà Ăng-ten thu đượcloại bỏ nhiễu đưa tín hiệu điều chế về tín hiệu gốc ban đầu để thu được nguồn tin.Khối Source Decoder: Thực hiện giãi mã nguồn tin từ tín hiệu số sang tín hiệutương tự

Khối User: Nhận tin tức gốc từ nơi truyền

Trong mạng không dây việc truyền và nhận tín hiệu và dữ liệu thông qua sóng vôtuyến nên việc truyền sống trên kênh truyền rất quan trọng Để truyền và nhận tínhiệu một cách chính xác việc điều chế và giải điều chế tần số trở nên quan trọng.Vấn đề được đặt ra là đưa sóng đi xa và phải bảo đảm tần số và công suất đủ đểtruyền tải trên đường truyền

Thiết Kế Và Mô Phỏng Mạch Trộn Tín Hiệu

Trên Công Nghệ Cmos 180nm

Source Decoder Receiver Antenna

RF (signal)

Balance Mixer Low-Pass Filter

LO (carrier)

Hình 1.3: Sơ đồ khối mạch trộn tần số cơ bản

Khối RF (signal): Tần số tín hiệu đầu vào cần điều chế hoặc giải điều chế

Khối LO (carier): Tần số sóng mang trộn với tín hiệu đầu vào mang tín hiệu đi.Khối Balance Mixer: Khối quan trọng thực hiện việc nhân hai tần số

Khối Low-Pass Filter: Lọc tín hiệu mong muốn

Để thực hiện được cần có một mạch trộn tần số đảm bảo tần số được đưa lênsóng mang và truyền đi Mạch trộn tần mixer đã được thiết kế nhằm giải quyết vấn

để đưa tần số lên cao để truyền đi hay đưa tần số xuống thấp để thu được tín hiệuphía nhận

Tín hiệu cần truyền phải được đưa lên tần số cao và trộn với sóng mang đểtruyền tin đi xa hơn đồng thời công suất phải tăng đảm bảo cho việc truyền đi đượchiệu quả nhất Việc quan trọng là làm sao để trộn tín hiệu tin tức cùng với sóngmang Bộ Mixer mang vai trò đảm bảo công việc đó Việc thực hiện thiết kế mạchtrộn tín hiệu đóng vai trò quan trọng trong việc truyền tín hiệu

Trong sơ đồ bộ mixer thực hiện vai trò trộn tần số, bao gồm tất cả các tần số củatín hiệu đầu vào mang theo nhiễu và sóng mang và tần số một số sóng hài bậc cao.Nhờ có bộ lọc tần số điều khiển trung tần được đưa đến đầu ra chính xác như mongmuốn loại bỏ các tần số không mong muốn Việc quan trọng là sự tuyến tính của bộlọc đảm bảo đầu ra luôn ổn đinh với tần số đã điều khiển trước đó

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Trang 5/33

Hình 1.4: Chuyển đổi tín hiệu của tín hiệu trung gian

Một tín hiệu của một hệ thống máy phát được truyền tới một hệ thống nhận tínhiệu nằm xa máy phát, nó phải được chuyển đổi tăng cường, nghĩa là tần số của tínhiệu được dịch từ tần số riêng của nó đến dải tần số vô tuyến có bước sóng lớn hơn

và có thể di chuyển khoảng cách dài hơn phụ thuộc vào khoảng cách của hệ thốngthu Đây được gọi là Upconversion

Tín hiệu Upconversion không thể được trực tiếp sử dụng để lấy các tín hiệu yêucầu ở máy thu Nó phải được dịch sang tần số gốc ban đầu từ phía máy phát hoặctín hiệu truyền phải được tái tạo để tiếp tục xử lý Quá trình này được gọi làDowconversion Trong các hệ thống thông tin, tần số mang tín hiệu được gọi là tần

số sóng mang (Carrier Frequency)

Tần số của tín hiệu đầu ra ở máy phát được gọi là tần số trung gian bởi vì tín hiệunày không phải là tín hiệu tin tức, nó có thể là tín hiệu được điều chế hoặc một tínhiệu mã hóa, trong thời gian truyền nó là một tín hiệu trung gian của toàn bộ hệthống Tín hiệu trung gian được nhân với bộ dao động LO của một tần số fLO đây làtần số sóng mang mang tần số trung gian đến hệ thống thu để thực hiện quá trìnhUpconversion

Tại máy thu, Tín hiệu tần số vô tuyến lại nhân với bản sao chính xác của tín hiệudao động cục bộ có cùng tần số để lọc ra cho tín hiệu Trung gian tại máy thu

Thiết Kế Và Mô Phỏng Mạch Trộn Tín Hiệu

Trên Công Nghệ Cmos 180nm

CHƯƠNG 1 CÔNG NGHỆ CMOS

1.3 Cấu trúc MOSFET

1.1.5 Sơ lược

Công nghệ CMOS là công nghệ dùng để chế tạo mạch tích hợp Công nghệCMOS được dùng để chế tạo vi xử lý, vi điều khiển, RAM tĩnh và các cổng logickhác Công nghệ CMOS cũng được dùng rất nhiều trong các mạch tương tự nhưcảm biến ảnh, chuyển đổi kiểu dữ liệu, và các vi mạch thu phát có mật độ tích hợpcao trong lĩnh vực thông tin

Trong các vi mạch CMOS sử dụng cả hai loại transistor PMOS và NMOS và tạimỗi thời điểm chỉ có một loại transistor nằm ở trạng thái đóng (ON)

Hai đặc tính cơ bản của các linh kiện được chế tạo bằng công nghệ CMOS là có

độ miễn nhiễu cao và tiêu thụ năng lượng ở trạng thái tĩnh rất thấp Các vi mạchCMOS chỉ tiêu thụ năng lượng một cách đáng kể khi các transistor bên trong nóchuyển đổi giữa các trạng thái đóng (ON) và mở (OFF) Kết quả là các thiết bịCMOS ít tiêu thụ năng lượng và tạo ra ít nhiệt hơn so với các loại cổng logic khácnhư mạch transistor-transistor logic (TTL) hay mạch logic NMOS (khác vớiCMOS, NMOS chỉ dùng toàn bộ transistor hiệu ứng trường kiểu n và không dùngtransistor hiệu ứng trường kiểu p) CMOS cũng cho phép tích hợp các hàm lôgic vớimật độ cao trên chíp

Quy trình này tạo ra các transistor hiệu ứng trường mà mỗi transistor có một điệncực cổng bằng kim loại được đặt lên trên một lớp cách điện bằng oxide phủ trên vậtliệu bán dẫn Ngày nay, thay vì dùng kim loại, người ta tạo ra điện cực cổng bằngmột vật liệu khác, đó là polysilicon

Mạch logic CMOS dùng tổ hợp hai loại transistor hiệu ứng trường kim oxide-bán dẫn (MOSFET) kiểu p và kiểu n để thực hiện các cổng logic và các mạch

loại-số khác mà chúng ta thấy trong máy vi tính, thiết bị viễn thông và xử lý tín hiệu Trong cổng logic CMOS, một số MOSFET kiểu n được sắp thành dạng mạchkéo xuống nằm giữa đầu ra của cổng với đường cung cấp nguồn điện áp thấp Thay

vì dùng tải là điện trở như trong các cổng logic NMOS, cổng logic CMOS lại dùng

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Trang 7/33

tải là một số MOSFET kiểu p sắp thành dạng mạch kéo lên nằm giữa đầu ra củacổng với đường cung cấp nguồn điện áp cao

MOSFE gồm hai loại:

 N-MOS: Hoạt động khi nguồn điện cực Gate là zero, các electron bêntrong vẫn tiến hành hoạt động cho đến khi bị ảnh hưởng bởi nguồn điệnInput

 P-MOS: Các electron sẽ bị cut-off cho đến khi gia tăng nguồn điện vàocực Gate

MOSFT hoạt động ỏ ba chế độ:

 Chế độ cut-off hay sub-threshold (Chế độ dưới ngưỡng tới hạn)

 Triode hay vùng tuyến tính

Thiết Kế Và Mô Phỏng Mạch Trộn Tín Hiệu

Trên Công Nghệ Cmos 180nm

Mosfet có điện trở giữa cực G với cực S và giữa cực G với cực D rất lớn, cònđiện trở giữa cực D và cực S phụ thuộc vào điện áp UGS Khi điện áp UGS = 0 thìđiện trở RDS rất lớn, khi điện áp UGS > 0 thì hiệu ứng từ trường làm cho điện trở RDS

giảm, điện áp UGS càng lớn thì điện trở RDS càng nhỏ

MOSFET có ba chế độ hoạt động cơ bản khi VDS >0:

 VGS = 0, JFET hoạt động bảo hòa, ID=Max

 VGS < 0, JFET hoạt động tuyến tính, ID giảm dần

 VGS =-Voff, JFET ngưng hoạt động, ID=0

1.1.7 Cấu tạo vật lý MOSFET

Hình 2.2: Cấu trúc của MOSFET kênh N

Cấu tạo của một MOSFET kênh N cơ bản bao gồm hai điện cực n+ được đặttrong đế nền của lớp p Cực D và S được kết nối vào điện cực n+ Cực G được kếtnối vào vật liệu bán dẫn p (thường là Silicum) Lớp Oxide là lớp chuyển tiếp củahai cực D và S Poly là lớp cách điện chịu được nhiệt độ cao dùng để đặt cực G đểchống dòng rò từ 2 cực của lớp oxide bán dẫn

Khoảng cách giữa cực S và D là chiều dài Ldrawn là khoang cách được tính toánkhi thiêt kế để tối ưu hóa chíp Trên thực tế khoảng cách này là Leff

Chất bán dẫn loại P dẫn điện chủ yếu là lỗ trống (mang điện tích dương)

Chất bán dẫn loại N dẫn điện chủ yếu là các electron (mang điện tích âm)

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Trang 9/33

Hình 2.3: Cấu trúc của MOSFET kênh P

MOSFET kênh P hai cực S và D nằm trên lớp điện cực p+ được đặt trong khungn-well, và vẫn đặt trong đế là chất bán dẫn N-well là lớp cách chất bán dẫn với điệncực p vì cùng là lớp p Cực cổng G vẫn đươc đặt trên poly và môi trường chuyểntiếp giữa D và S vẫn là oxide kim loại

Hình 2.4: Kí hiệu của MOSFET

1.1.8 Nguyên lý hoạt động cơ bản của MOSFET

Về cơ bản nguyên lý hoạt động của P-MOS và N-MOS tương đối giống nhau,chỉ khác nhau về chiều dòng điện

Ở chế độ khuếch đại, ta phải cấp nguồn UGS để tiếp xúc P-N phân cực ngược.Nguồn UDS làm cho các hạt dẫn đa số chuyển động từ cực nguồn S về cực máng Dtạo dòng ID trong mạch cực máng

Đối với N-MOS Điện áp VGS đặt tới cực G và S để phân cực ngược cho tiếp giápP-N Điện áp VDS đặt tới D và S để tạo ra dòng điện chay trong kênh dẫn Điện ápphân cực ngược đặt tới G và S làm cho vùng dọc theo tiếp giáp P-N được mở rộng

ra chủ yếu về phía kênh dẫn, điều này làm kênh hẹp lại hơn do đó điện trở kênh dẫntăng lên và dòng qua kênh dẫn giảm đi Với cách phân cực trên thì điện áp phân cực

Thiết Kế Và Mô Phỏng Mạch Trộn Tín Hiệu

Trên Công Nghệ Cmos 180nm

giữa G và D lớn hơn điện áp phân cực ngược giữa G và S làm cho vùng hạn chếelectron mở rộng không đều.

Hình 2.5: Đặc tuyến V/I vùng tuyến tính của MOSFET

Khi VDS tăng giá trị ID thay đổi theo VDS = VGS - VTH, tại mỗi vị trí trên đườngparabol được biểu diễn bởi công thức:

Khi đó, VGS - VTH được gọi là điện áp hiệu dụng, nếu VDS ≤ VGS - VTH thìMOSFET hoạt động ở vùng tuyến tính Ngược lại VDS ≥ VGS - VTH thì MOSFEThoạt động ở vùng bão hòa

Hình 2.6: Đặc tuyến V/I vùng bão hòa của MOSFET

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Trang 11/33

1.4 Quy trình tạo ra CMOS

Hình 2.7: Quá trình tạo chất nền và cực cổng G

Các vi mạch thường được chế tạo trên một chất nền loại p được pha tạp vớiboron Để cung cấp khả năng tránh khỏi tốt hơn chống lại CMOS latch-up, bề mặtthường được pha tạp càng cao càng tốt để giảm thiểu điện trở suất nền Vùng cóoxit dày được xác định bên ngoài các khu vực hoạt động để tăng điện áp ngưỡngtrong các khu vực này và giảm điện dung ký sinh Pad oxide cung cấp khả năngngăn chặn tuân thủ cơ học được tạo ra bởi sự tăng trưởng nitrit do làm hỏng silicon

cơ bản Quá trình oxy hóa cục bộ của silicon hoặc kỹ thuật cô lập rãnh nông (STI)phát triển ôxit dày trong lớp đế nền trong vùng được xác định

STI được chấp nhận rộng rãi như là một cách tiếp cận hiệu quả STI bao gồmtrench-etch, lắng đọng hơi hóa học (CVD), và tuyến tính hóa bằng cách sử dụngphương pháp đánh bóng cơ học hóa học (CMP)

Quá trình oxy hóa bên trong được sử dụng để thu hồi tinh thể của chất nền silicsau khi khắc rãnh STI Quá trình oxy hóa Sidewall loại bỏ các thành phần gây tạp

Thiết Kế Và Mô Phỏng Mạch Trộn Tín Hiệu

Trên Công Nghệ Cmos 180nm

trong suốt quá trình rãnh, cạnh hoạt động làm cho hạn chế của các điênh áp kí sinh,

và giảm các điểm tiếp xúc để giảm rò rỉ

Công nghệ CMOS tiên tiến, cả n-well và p-well đã được sử dụng để tối ưu hóacác đặc tính thiết bị của cả nFET và pFET Do sự tồn tại của nhiều bước dopingkhác nhau trong chế tạo, cần phải điều chỉnh ngưỡng để di chuyển điện áp ngưỡngtới các mục tiêu mong muốn

Hai cấy ghép riêng biệt được sử dụng để điều chỉnh điện áp ngưỡng (V) trongnFETs và pFET độc lập Sau khi sự lắng đọng lớp poly, việc cấy ghép dummyadjust sẽ tạo ra oxit cổng giả để loại bỏ silicon trần ở các khu vực hoạt động

Oxit cổng G thực sẽ được hình thành bằng cách sử dụng oxy ở nhiệt độ cao đểđảm bảo chất lượng của Si-SiO2

Hình 2.8: Quá trình tạo Souce và các điện cực

Cấy ghép cực S và cực D là một bước xử lý quan trọng khác xác định hiệu suấtđiện của thiết bị Quá trình ủ được tuân theo sau khi cấy để kích hoạt các dopants

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Trang 13/33

Các cổng Polysilicon hoàn thành trong các bước quy trình trước được sử dụng làmmặt nạ để tự sắp xếp các bộ cấy Source/Drain cho cả hai nFETs và pFETs Tự sắpxếp giảm thiểu khả năng chồng chéo giữa cổng và Suorce/Drain Lớp oxit dày đượclắng đọng như một vật liệu cách nhiệt giữa các thiết bị hoạt động và các kết nốibằng metal

1.5 Tụ điện siêu cao tần

Thường sử dụng 2 loại: metal-insulator-metal (MIM) Capacitors, Metal (MOM) Capacitors

Metal-over-Vertical-MIM (V-MIM) có lợi thế là kim loại mà không có bất kỳ depletion và poly-gate gây hao mòn Nếu được thực hiện ở lớp kim loại cuối cùng,

poly-nó có toàn bộ ngăn xếp ILD-Interlayer Dielectric Deposition giữa chúng và đế, do

đó điện dung ký sinh nhỏ hơn nhiều Độ tuyến tính tuyệt vời với điện áp và nhiệt độminh họa mức độ phổ biến của thiết bị như một phần tử tương tự Hạn chế của thiết

bị V-MIM là dung lượng nhỏ trên một đơn vị diện tích do độ dày của chất cáchđiện

MIM bên cạnh giải quyết vấn đề này bằng cách sử dụng điện dung bên giữa cácđường kim loại chứ không phải là điện dung dọc giữa các lớp ILD khác nhau CácF-MIM không cần thêm bất kỳ mặt nạ nào Tính chất khớp của F-MIM là thấp hơn

so với tụ điện V-MIM, vì vậy các tụ điện F-MIM này có thể không phù hợp với một

số ứng dụng tương tự yêu cầu chính xác

Hình 2.9: Metal-Insulator-Metal Capacitors

Thiết Kế Và Mô Phỏng Mạch Trộn Tín Hiệu

Trên Công Nghệ Cmos 180nm