數(shù)字集成電路設(shè)計原理和應(yīng)用

黃振忠

摘要

隨著時代的發(fā)展，科技的進步，微電子技術(shù)對于各行各業(yè)的發(fā)展起到了極大的推進作用。數(shù)字集成電路作為微電子技術(shù)的重要組成部分，能夠有效的推動信息產(chǎn)業(yè)化的快速發(fā)展。為此要針對數(shù)字集成電路相關(guān)設(shè)計與應(yīng)用進行分析，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)計原理 應(yīng)用分析

從目前來看，我國對于數(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，促進數(shù)字電子技術(shù)的推廣，必須要針對數(shù)字集成電路的不同設(shè)計方法所采用的核心工藝進行分析。通過理論研究的方式對數(shù)字集成電路的認(rèn)識提供必要的參考。

1 數(shù)字集成電路的理論概述

自從數(shù)誕生之后，對于數(shù)的表達(dá)也有多種多樣。包括二進制、八進制，十進制和十六進制等。通常情況下，在電腦中對于數(shù)字的處理采用二進制，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，對于0和1的認(rèn)識應(yīng)該與傳統(tǒng)的數(shù)字進行區(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。和1的變化能夠?qū)⑤斎攵说男畔⒎峙浣o輸出端，將輸入端的信息進行加工與處理，而這個過程就是邏輯運算處理的過程，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間順序而觸發(fā)電路，能夠存儲任意的時間和信息，形成一定的電路順序。半導(dǎo)體記憶電路則通過存儲二進制數(shù)據(jù)來記住電子電腦運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)。只有加強對于數(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行原理。

2 數(shù)字集成電路的設(shè)計

2.1 MOS場效應(yīng)電晶體的設(shè)計

如圖1所示，在設(shè)計MOS場效應(yīng)電晶體的過程中，通常會采用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二級體。

NMOS能夠有很多個品種，所以利用多晶矽柵代替鋁柵可以有效的實現(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，提高電路的運行速度。

2.2 CMOS集成電路互場效應(yīng)的設(shè)計

在利用CMOS集成電路的過程中，通常采用互補場效應(yīng)電晶體的設(shè)計方案。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)。這樣一來就會導(dǎo)致電路中的漏電流降低，只有在開關(guān)的過程中兩個管子都能夠處于非導(dǎo)通狀態(tài)時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、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 二級體的設(shè)計

二級體通常是由三極管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電極，可以為P、N的引線進行預(yù)留。

2.4 電阻設(shè)計

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

2.5 電容設(shè)計

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、磨片機以及拋光機等設(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行氧化、光刻以及擴散等。通過將硼雜質(zhì)擴散的特定部分，可以直穿外延層的方式以及P型襯底的連接，可以將各個電壓形成相互獨立的小島，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行保護，利用SiO₂能夠有效的保障鈍化層，因為SiO₂非常易于腐蝕，并且在擴散之后可以在同爐內(nèi)進行氧化。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代發(fā)展的必然途徑，在進行實驗設(shè)計的過程中也必須加強對于數(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，可以有效的促進我國科技的快速發(fā)展，增強科技創(chuàng)新實力。

參考文獻

[1]張建文.基于ARM的數(shù)字集成電路測試系統(tǒng)的研究[J].中國新技術(shù)新產(chǎn)品，2018（09）：21-22.

[2]張帆.一種低功耗數(shù)字集成電路自檢電路設(shè)計方法[J].科技經(jīng)濟導(dǎo)刊，2017（16）：76+72.

[3]嚴(yán)梓揚，蘇成悅，張宏鑫.Vhd1在數(shù)字集成電路設(shè)計中的應(yīng)用分析[J].自動化與儀器儀表，2017（05）：131-133.