數(shù)字集成電路設(shè)計(jì)原理與使用

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摘要：隨著時(shí)代的發(fā)展，科技的進(jìn)步，微電子技術(shù)對(duì)于各行各業(yè)的發(fā)展起到了極大的推進(jìn)作用。數(shù)字集成電路作為微電子技術(shù)的重要組成部分，能夠有效的推動(dòng)信息產(chǎn)業(yè)化的快速發(fā)展。為此要針對(duì)數(shù)字集成電路相關(guān)設(shè)計(jì)與應(yīng)用進(jìn)行分析，提高數(shù)字集成電路的應(yīng)用水平。

關(guān)鍵詞：數(shù)字集成；電路設(shè)計(jì)；原理；應(yīng)用分析

從目前來看，我國對(duì)于數(shù)字集成電路的理論研究還不夠深入，很多關(guān)鍵部分依然不夠清晰。所以為了能夠更好的促進(jìn)數(shù)字集成電路的應(yīng)用，正確分析數(shù)字集成電路存在的種種異常，促進(jìn)數(shù)字電子技術(shù)的推廣，必須要針對(duì)數(shù)字集成電路的不同設(shè)計(jì)方法所采用的核心工藝進(jìn)行分析。通過理論研究的方式對(duì)數(shù)字集成電路的認(rèn)識(shí)提供必要的參考。

1數(shù)字集成電路的理論概述

自從數(shù)誕生之后，對(duì)于數(shù)的表達(dá)也有多種多樣。包括二進(jìn)制、八進(jìn)制，十進(jìn)制和十六進(jìn)制等。通常情況下，在電腦中對(duì)于數(shù)字的處理采用二進(jìn)制，所以很多的信息都必須要通過數(shù)字轉(zhuǎn)換變?yōu)?和0的組合。在數(shù)字集成電路研究的過程中，對(duì)于0和1的認(rèn)識(shí)應(yīng)該與傳統(tǒng)的數(shù)字進(jìn)行區(qū)別。數(shù)字集成電路中的0和1只表示傳輸?shù)拈_關(guān)狀態(tài)。通過0和1的變化能夠?qū)⑤斎攵说男畔⒎峙浣o輸出端，將輸入端的信息進(jìn)行加工與處理，而這個(gè)過程就是邏輯運(yùn)算處理的過程，所以數(shù)字集成電路又被稱之為邏輯集成電路。在數(shù)字集成電路中，晶體的工作狀態(tài)始終表現(xiàn)為飽和狀態(tài)，或者截止?fàn)顟B(tài)，也就是1和0。數(shù)字集成電路包括門電路、觸發(fā)電路以及半導(dǎo)體記憶電路。門電路可以不包含時(shí)間順序而觸發(fā)電路，能夠存儲(chǔ)任意的時(shí)間和信息，形成一定的電路順序。半導(dǎo)體記憶電路則通過存儲(chǔ)二進(jìn)制數(shù)據(jù)來記住電子電腦運(yùn)算過程中所需要的信息指令以及結(jié)果，并且還能夠快速的提供資料和數(shù)據(jù)。只有加強(qiáng)對(duì)于數(shù)字集成電路的理論分析，才能夠幫助我們更好的把握不同電路的運(yùn)行原理。

2數(shù)字集成電路的設(shè)計(jì)

2.1MOS場效應(yīng)電晶體的設(shè)計(jì)

在設(shè)計(jì)MOS場效應(yīng)電晶體的過程中，通常會(huì)采用N溝MOS管。主要是通過距離相近、濃度較高的N+P作為引線共同構(gòu)成源極S以及漏極D。在源極S以及漏極D中，矽片表面有一層SiO2，這層SiO2上覆蓋的金屬鋁就是柵極G。通常情況下，柵極G數(shù)據(jù)MOS二級(jí)體。NMOS能夠有很多個(gè)品種，所以利用多晶矽柵代替鋁柵可以有效的實(shí)現(xiàn)近乎垂直的摻雜，保證橫向滲透的效應(yīng)減到最小。降低了源極與柵中的電容量，提高電路的運(yùn)行速度。

2.2CMOS集成電路互場效應(yīng)的設(shè)計(jì)

在利用CMOS集成電路的過程中，通常采用互補(bǔ)場效應(yīng)電晶體的設(shè)計(jì)方案。COM就是在矽片上使用P溝與N溝的兩種MOS電路，并且不區(qū)分邏輯狀態(tài)。只要在VDD以及地之間有兩個(gè)串聯(lián)的管子，就能夠具有反相器的作用，并且始終處于非導(dǎo)通的狀態(tài)。這樣一來就會(huì)導(dǎo)致電路中的漏電流降低，只有在開關(guān)的過程中兩個(gè)管子都能夠處于非導(dǎo)通狀態(tài)時(shí)才能夠明顯感受到反相器中有電流經(jīng)過。COMS電路具有功耗低、瓦數(shù)毫微量級(jí)、占地面積小、功耗較小，非常適用于大規(guī)模集成電路中的應(yīng)用。

2.3二級(jí)體的設(shè)計(jì)

二級(jí)體通常是由三極管eb以及cb共同構(gòu)成。eb具有正向壓降低，并且不會(huì)發(fā)生寄生效應(yīng)。而cb必須利用高擊穿電壓才能夠使用，所以不具有獨(dú)立性。通過在晶體管制之后在布線的過程中按照電路功能的要求來布置二級(jí)電極，可以為P、N的引線進(jìn)行預(yù)留。

2.4電阻設(shè)計(jì)

在集成電路之中，通過電阻能夠向外延展，實(shí)現(xiàn)電晶體基區(qū)層的設(shè)計(jì)。并且電阻的值與雜質(zhì)濃度。基區(qū)寬度和長度都有密切的聯(lián)系。在需要電容阻值增大時(shí)，可以采用溝道電阻，在需要小電容阻值時(shí)，必須采用發(fā)射區(qū)的電阻。

2.5電容設(shè)計(jì)

在集成電路中有兩種電容器，一種是P-N結(jié)電容器，通過利用三極管eb結(jié)來獲得電容量，并且電容量的大小與所加的偏壓具有正相關(guān)。另一種MOS電容的值則是固定的。

3數(shù)字集成電路的核心應(yīng)用

3.1薄圓晶片的制備

通過在半導(dǎo)體中，利用切片機(jī)、磨片機(jī)以及拋光機(jī)等設(shè)備，可以加工出比較完美的晶片。

3.2外延工藝技術(shù)

在電晶體基電結(jié)擊穿的過程中，必須要求電阻率較高的材料。為了能夠提高電晶體的工作效率又必須采用低電阻率的材料，所以必須在底部的材料添加外延生長的電阻層。

3.3隔離工藝技術(shù)

通過數(shù)字集成電路中的各個(gè)組件作為同一半導(dǎo)體襯底片來改變組件電位的技術(shù)。通過有源元件的電晶體相互隔離來實(shí)現(xiàn)彼此隔離的技術(shù)。通過隔離工藝技術(shù)能夠有效促進(jìn)數(shù)字集成電路的發(fā)展?，F(xiàn)階段隔離工藝技術(shù)包括了SiO2的生長隔離以及P-N結(jié)隔離的方式，通過外延結(jié)構(gòu)的P-N結(jié)隔離利用P型襯底表面的n型外延層可以有效的進(jìn)行氧化、光刻以及擴(kuò)散等。通過將硼雜質(zhì)擴(kuò)散的特定部分，可以直穿外延層的方式以及P型襯底的連接，可以將各個(gè)電壓形成相互獨(dú)立的小島，然后利用小島分別制造電晶體以及其他元件。

3.4氧化工藝

利用氧化工藝提高半導(dǎo)體的器件表面通過采取有效的措施進(jìn)行保護(hù)，利用SiO2能夠有效的保障鈍化層，因?yàn)镾iO2非常易于腐蝕，并且在擴(kuò)散之后可以在同爐內(nèi)進(jìn)行氧化。而且還可以作為摻雜的介質(zhì)。通過SiO2可以作為導(dǎo)電層的絕緣層，而且這種薄膜也不需要自身的預(yù)定功能，更需要將后續(xù)的工藝相相容，提高整個(gè)薄膜的化學(xué)處理性能，保證結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定。

4結(jié)論

數(shù)字集成電路是未來信息化時(shí)展的必然途徑，在進(jìn)行實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的過程中也必須加強(qiáng)對(duì)于數(shù)字集成電路的研究與總結(jié)，通過數(shù)字集成電路相關(guān)技術(shù)的應(yīng)用與分析，可以有效的促進(jìn)我國科技的快速發(fā)展，增強(qiáng)科技創(chuàng)新實(shí)力。

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作者:黃振忠 單位:貴州華芯通半導(dǎo)體技術(shù)有限公司