山东农业大学《集成电路设计基础》8特征尺寸缩小.pptVIP

上节回顾 晶体管的二次效应 迁移率变化 速度饱和 亚阈值导通 晶体管电容 栅电容 结构电容 沟道电容 栅电容-覆盖电容 栅电容-沟道电容 栅电容-沟道电容 结电容 源-漏电阻 工艺偏差 淀积、扩散不均匀 光刻有限分辨率 同个wafer，甚至于同一个芯片上的晶体管也 会有差别 解决方法：悲观-最坏情况也可满足性能需求 特征尺寸缩小 工艺每2～3 年出现一代 特征尺寸缩小30％（为原来的0.7 倍） 门延时减少30％ （工作频率提高43％） 晶体管密度翻一倍 每次翻转消耗的能量减少65％ （在频率提高43％的情况下功耗节省50％ ） 尺寸缩小为了 （1）尺寸更小（2）速度更快 （3）功耗更低（4）成本更低 器件的尺寸缩小 恒场律（全比例缩小）：理想模型，尺寸和电压按同一比例缩小 恒压律至今仍是最普遍的模型，仅尺寸缩小，电压保存不变 一般化对今天最实用，尺寸和电压按不同比例缩小 （一）恒场律（CE 律） （1）原理： 1．所有尺寸（纵，横，垂直）均÷ S 2．器件的（电源）电压÷ S 3．衬底浓度× S 恒场率所得到的结果 恒压缩小 (二) 恒压律: 1. V D D 保持常数 2. 所有尺寸( W , L , t O X ) ÷ S 3. 衬底浓度提高S2 倍 特征尺寸降低，电源未降低 速度饱和导致保持电压不变并不能提高很多性能 功耗提高 恒压律的结果 恒压律的优点与缺点: 一般化的尺寸缩小 第四章 导线 互连寄生的影响 寄生类型 电容性 电阻性 电感性 影响 延时增加 影响能耗和功率分布 引起额外的噪声来源，影响电路可靠性 简化原则 如果导线电阻很大，或外加信号的上升下降时间很慢，那么电感影响可忽略。 当导线很短，或截面积很大，或者电阻率很低，可以采用只含电容的模型 当导线间距很大，导线间电容可忽略 1 互连线电容 平行板电容模型 介电常数 边缘电容 线间电容 典型0.25工艺导线平板电容与边缘电容 典型0.25工艺导线平板电容与边缘电容 2 互联电阻 方块电阻 减小线电阻 平均线长的减小 好的互连材料 铜和硅化物等 更多的互连层 趋肤效应 不同宽度的导体趋肤效应 导线模型 理想导线 集总模型（Lumped Model）-只考虑电容 集总RC模型 RC 延时及其模型 例 4.5 集总RC模型 RC-tree： 电路只有一个输入节点 所有电容都在某个节点和地之间 该电路不包括任何电阻回路 Elmore 模型-重点掌握 RC 链的Elmore 延时 导线延时估测 将总长L的导线被分割成N段 每段长度为L/N，电阻为rL/N,电容为cL/N 结论 导线的延时是长度的二次函数 过长的导线通过反相器链进行一层一层的中继 片上导线-实际比例 平板 边缘 上极板 下极板 R□ 对于特定工艺，特定 金属层H为定值 忽略导线电阻 Rdriver 10K欧 Clumped 11pf 当N趋向于无穷大 电子与通信工程系 也可写作Col OVERLAP 底板PN结 侧壁PN结 源区或漏区长度 晶体管宽度 方块电阻 接触电阻 影响： 1.可靠性 2.性能 3.功耗 完整模型 w=W-H/2 当W/H小于1.5时，边缘 电容变成了主要部分 电子与通信工程系 * *