什么是增强型与耗尽型金属-氧化物-半导体集成电路?

什么是增强型与耗尽型金属-氧化物-半导体集成电路?

[拼音]：zengqiangxing yu haojinxing jinsh yanghuawubandaoti jicheng dianlu

[外文]：enhancement / depletion MOS integrated circuit

耗尽型MOS晶体管用作负载管，增强型MOS晶体管用作驱动管组成反相器（图1），并以这种反相器作为基本单元而构成各种集成电路。这种集成电路简称E/D MOS。

特点

E/D MOS电路的速度快，电压摆幅大，集成密度高。MOS反相器的每级门延迟取决于负载电容的充电和放电速度。在负载电容一定的条件下，充电电流的大小是决定反相器延迟的关键因素。各种MOS反相器的负载特性见图2。在E/D MOS反相器中，作为负载的耗尽型管一般工作在共栅源（栅与源相连，其电压uGS＝0）状态。把耗尽型MOS晶体管的输出特性IDS～VDS曲线，沿纵轴翻转180o，取出其中uGS＝0的曲线，即可得到E/D MOS反相器的负载（图2）。E/D MOS反相器具有接近于理想恒流源的负载特性。与E/E MOS反相器(负载管和驱动管都用增强型MOS晶体管的)相比，同样尺寸的理想E/D MOS电路，可以获得更高的工作速度，其门延迟(tpd)可减少至十几分之一。由于耗尽型管存在衬偏调制效应，E/D MOS反相器的负载特性变差，tpd的实际改进只有1/5～1/8。此外，由于E/DMOS反相器输出电压uo没有阈电压损失，最高输出电压uo可达到电源电压UDD=5伏(图1)。因此，比饱和负载E/E MOS反相器的电压摆幅大。另一方面，由于E/D MOS反相器的负载特性较好，为了达到同样的门延迟，E/D MOS反相器的负载管可以选用较小的宽长比，从而占用较少的面积;为了得到相同的低电平，E/D MOS反相器的βR值


也比E/E MOS反相器的βR值小些。与E/E MOS电路相比，E/D MOS电路的集成密度约可提高一倍。

结构与工艺

只有合理的版图设计和采用先进的工艺技术，才能真正实现E/D MOS电路的优点。图3是E/D MOS反相器的剖面示意图。E/DMOS电路的基本工艺与 NMOS电路类同（见N沟道金属-氧化物-半导体集成电路）。其中耗尽管的初始沟道，是通过砷或磷的离子注入而形成的。为了使负载管的栅与源短接，在生长多晶硅之前，需要进行一次“埋孔”光刻。先进的 E/D MOS的结构和工艺有以下特点。

（1）准等平面：引用氮化硅层实现选择性氧化，降低了场氧化层的台阶；

（2）N沟道器件:电子迁移率约为空穴迁移率的三倍，因而N沟道器件有利于提高导电因子；

（3）硅栅自对准：用多晶硅作栅，可多一层布线。结合自对准，可使栅、源和栅、漏寄生电容大大减小。

采用准等平面、 N沟道硅栅自对准技术制作的 E/D MOS电路，已达到tpd≈4纳秒，功耗Pd≈1毫瓦，集成密度约为300门／毫米2。E/D MOS电路和CMOS电路是MOS大规模集成电路中比较好的电路形式。CMOS电路（见互补金属-氧化物-半导体集成电路）比E/D MOS电路的功耗约低两个数量级，而E/D MOS电路的集成密度却比CMOS电路约高一倍，其工艺也比CMOS电路简单。E/D MOS电路和CMOS电路技术相结合，是超大规模集成电路技术发展的主要方向。