Systemintegration: vom Transistor zur großintegrierten Schaltung
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| Previous Title: | Hoffmann, Kurt VLSI-Entwurf |
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SYSTEMINTEGRATION
VOM TRANSISTOR ZUR GROSSINTEGRIERTEN SCHALTUNG
VON
PROFESSOR DR.-ING. KURT HOFFMANN
OLDENBOURG VERLAG MUENCHEN WIEN
INHALTSVERZEICHNIS
INHALTSVERZEICHNIS XIII
FORMELZEICHEN UND SYMBOLE XIX
UMRECHNUNGSFAKTOREN UND KONSTANTEN XXIII
WICHTIGE BEZIEHUNGEN XXV
1 GRUNDLAGEN DER HALBLEITERPHYSIK 1
1.1 THEORIE DES BAENDERMODELLS 1
1.2 DOTIERTE HALBLEITER 6
1.3 GLEICHUNGEN FUER DEN HALBLEITER IM GLEICHGEWICHTSZUSTAND 8
1.3.1 FERMI-VERTEILUNGSFUNKTION 8
1.3.2 LADUNGSTRAEGERKONZENTRATION IM GLEICHGEWICHTSZUSTAND 11
1.3.3 DAS DICHTEPRODUKT IM GLEICHGEWICHTSZUSTAND 13
1.3.4 ELEKTRONENENERGIE, SPANNUNG UND ELEKTRISCHE FELDSTAERKE 16
1.4 LADUNGSTRAEGERTRANSPORT 18
1.4.1 DRIFTGESCHWINDIGKEIT 19
1.4.2 DRIFTSTROM 21
1.4.3 DIFFUSIONSSTROM 23
1.4.4 KONTINUITAETSGLEICHUNG 26
1.5 STOERUNGEN DES THERMODYNAMISCHEN GLEICHGEWICHTS 27
2 METALLURGISCHER PN-UEBERGANG 41
2.1 INHOMOGENER N-TYP HALBLEITER 41
2.2 DER PN-UEBERGANG IM GLEICHGEWICHTSZUSTAND 44
2.3 DER PN-UEBERGANG BEI ANLEGEN EINER SPANNUNG 46
2.3.1 DAS DICHTEPRODUKT BEI ABWEICHUNGEN VOM GLEICHGEWICHTSZUSTAND 48
2.3.2 STROMSPANNUNGSBEZIEHUNG 50
XIV
INHALTSVERZEICHNIS
2.3.3 ABWEICHUNGEN VON DER STROMSPANNUNGSBEZIEHUNG 53
2.3.4 SPANNUNGSBEZUGSPUNKT 56
2.4 KAPAZITAETSVERHALTEN DES PN-UEBERGANGS 57
2.4.1 SPERRSCHICHTKAPAZITAET 57
2.4.2 DIFFUSIONSKAPAZITAET 63
2.5 SCHALTVERHALTEN DES PN-UEBERGANGS 67
2.6 DURCHBRUCHVERHALTEN 69
2.7 MODELLIERUNG DES PN-UEBERGANGS 73
2.7.1 DIODENMODELL FUER CAD-ANWENDUNGEN 73
2.7.2 DIODENMODELL FUER UEBERSCHLAEGIGE STATISCHE BERECHNUNGEN 76
2.7.3 DIODENMODELL FUER UEBERSCHLAEGIGE KLEINSIGNALBERECHNUNGEN 78
3 BIPOLARER TRANSISTOR 83
3.1 HERSTELLUNG EINER BIPOLARSCHALTUNG 83
3.2 WIRKUNGSWEISE DES BIPOLAREN TRANSISTORS 95
3.2.1 STROMSPANNUNGSBEZIEHUNG 97
3.2.2 TRANSISTOR IM INVERSEN BETRIEB 104
3.2.3 SPANNUNGSSAETTIGUNG 106
3.2.4 TEMPERATURVERHALTEN 108
3.2.5 DURCHBRUCHVERHALTEN HO
3.3 EFFEKTE ZWEITER ORDNUNG 113
3.3.1 ABHAENGIGKEIT DER STROMVERSTAERKUNG VOM KOLLEKTORSTROM 113
3.3.2 BASISWEITENMODULATION 117
3.3.3 EMIRTERRANDVERDRAENGUNG 125
3.4 ABWEICHENDE TRANSISTORSTRUKTUREN 127
3.5 MODELLIERUNG DES BIPOLAREN TRANSISTORS 131
3.5.1 TRANSISTORMODELL FUER CAD-ANWENDUNGEN 132
3.5.2 TRANSISTORMODELL FUER UEBERSCHLAEGIGE STATISCHE BERECHNUNGEN 138
3.5.3 TRANSISTORMODELL FUER UEBERSCHLAEGIGE KLEINSIGNALBERECHNUNGEN 139
3.5.4 BESTIMMUNG DER TRANSITZEIT 143
4 FELDEFFEKTTRANSISTOR 155
4.1 HERSTELLUNG EINER CMOS-SCHALTUNG 155
4.2 MOS-STRUKTUR 163
INHALTSVERZEICHNIS
XV
4.2.1 CHARAKTERISTIK DER MOS-STRUKTUR 164
4.2.2 KAPAZITAETSVERHALTEN DER MOS-STRUKTUR 168
4.2.3 FLACHBANDSPANNUNG 170
4.3 GLEICHUNGEN DER MOS-STRUKTUR 174
4.3.1 LADUNGEN IN DER MOS-STRUKTUR 174
4.3.2 OBERFLAECHENSPANNUNG BEI STARKER INVERSION 178
4.3.3 EINSATZSPANNUNG UND SUBSTRATSTEUEREFFEKT 180
4.4 WIRKUNGSWEISE DES MOS-TRANSISTORS 184
4.4.1 TRANSISTORGLEICHUNGEN BEI STARKER INVERSION 185
4.4.2 GENAUERE TRANSISTORGLEICHUNGEN BEI STARKER INVERSION 194
4.4.3 TRANSISTORGLEICHUNGEN BEI SCHWACHER INVERSION 195
4.4.4 TEMPERATURVERHALTEN DES MOS-TRANSISTORS 198
4.5 EFFEKTE ZWEITER ORDNUNG 201
4.5.1 BEWEGLICHKEITSDEGRADATION 201
4.5.2 KANALLAENGENMODULATION 203
4.5.3 KURZKANALEFFEKTE 205
4.5.4 HEISSE LADUNGSTRAEGER 210
4.5.5 GATEINDUZIERTER DRAINLECKSTROM 212
4.5.6 DURCHBRUCHVERHALTEN DES MOS-TRANSISTORS 214
4.5.7 LATCH-UP EFFEKT 215
4.6 MODELLIERUNG DES MOS-TRANSISTORS 219
4.6.1 CAD-ANWENDUNGEN 219
4.6.2 UEBERSCHLAEGIGE STATISCHE UND TRANSIENTE BERECHNUNGEN 227
4.6.3 UEBERSCHLAEGIGE KLEINSIGNALBERECHNUNGEN 231
5 GRUNDLAGEN DIGITALER CMOS-SCHALTUNGEN 249
5.1 GEOMETRISCHE ENTWURFSUNTERLAGEN 249
5.2 ELEKTRISCHE ENTWURFSREGELN 256
5.3 MOS-INVERTER 263
5.3.1 VERARMUNGSINVERTER 264
5.3.2 ANREICHERUNGSINVERTER 266
5.3.3 P-LAST INVERTER 269
5.3.4 KOMPLEMENTAERINVERTER 271
5.3.5 SERIEN- UND PARALLELSCHALTUNG VON TRANSISTOREN 278
5.4 SCHALTVERHALTEN DER MOS-INVERTER 280
XVI
INHALTSVERZEICHNIS
5.5 TREIBERSCHALTUNGEN 290
5.5.1 SUPER-TREIBER 290
5.5.2 BOOTSTRAP-TREIBER 294
5.6 EINGANGS-/ AUSGANGSSCHALTUNGEN 296
5.6.1 EINGANGSSCHALTUNGEN 297
5.6.2 AUSGANGSTREIBER 301
5.6.3 ESD-SCHUTZ 308
5.7 TRANSFER-ELEMENTE 311
6 SCHALTNETZE UND SCHALTWERKE 321
6.1 STATISCHE SCHALTNETZE 321
6.1.1 STATISCHE GATTERSCHALTUNGEN 322
6.1.2 LAYOUT STATISCHER GATTERSCHALTUNGEN 324
6.1.3 TRANSFER-GATTERSCHALTUNGEN 327
6.2 GETAKTETE SCHALTNETZE 331
6.2.1 GETAKTETE GATTERSCHALTUNGEN (C
2
MOS) 331
6.2.2 DOMINOSCHALTUNGEN 334
6.2.3 MODIFIZIERTE DOMINOSCHALTUNG (NORA-DOMINO) 335
6.2.4 DIFFERENZIELL KASKADIERTE SCHALTUNG (DCVS) 337
6.2.5 SCHALTVERHALTEN VON GATTERN 339
6.3 GATTERSCHALTUNGEN FUER HOHE TAKTRATEN 341
6.4 LOGISCHE FELDER 348
6.4.1 DEKODER 349
6.4.2 PROGRAMMIERBARE LOGIKANORDNUNG (PLA) 355
6.5 SCHALTWERKE 358
6.5.1 FLIP-FLOPS 358
6.5.2 ZWEI-TAKT-REGISTER 365
6.5.3 EIN-TAKT-REGISTER 369
6.5.4 TAKTERZEUGUNG 372
7 MOS-SPEICHER 381
7.1 NUR-LESE-SPEICHER (ROM) 382
7.2 ELEKTRISCH PROGRAMMIERBARE UND OPTISCH LOESCHBARE SPEICHER 384
7.2.1 EPROM SPEICHERARCHITEKTUR 387
7.2.2 STROMSPANNUNGSWANDLER 389
INHALTSVERZEICHNIS XVII
7.3 ELEKTRISCH UMPROGRAMMIERBARE SPEICHER 391
7.3.1 ELEKTRISCH UMPROGRAMMIERBARE SPEICHERZELLEN 391
7.3.2 FLASH-SPEICHER ARCHITEKTUREN 399
7.3.3 CHIP-INTERNE SPANNUNGSERZEUGUNG 406
7.4 STATISCHE SPEICHER 410
7.4.1 STATISCHE SPEICHERZELLEN 410
7.4.2 SRAM SPEICHERARCHITEKTUR 414
7.4.3 ADDRESS TRANSITION DETECTION (ATD) 417
7.5 DYNAMISCHE HALBLEITERSPEICHER 419
7.5.1 EIN-TRANSISTOR-SPEICHERZELLEN 419
7.5.2 DRAM-SPEICHER-GRUNDSCHALTUNGEN 425
7.5.3 DRAM SPEICHERARCHITEKTUR 432
7.5.4 ALPHA-STRAHLEMPFMDLICHKEIT 436
8 GRUNDLAGEN ANALOGER CMOS-SCHALTUNGEN 449
8.1 STROMSPIEGELSCHALTUNGEN 451
8.1.1 VERBESSERTE STROMSENKEN 454
8.2 SOURCE-FOLGER 457
8.3 EINFACHE VERSTAERKERSTUFEN 460
8.3.1 MILLER-EFFEKT 464
8.3.2 DIFFERENZIELLE EINGANGSSTUFE MIT SYMMETRISCHEM AUSGANG 467
8.3.3 DIFFERENZIELLE EINGANGSSTUFE MIT UNSYMMETRISCHEM AUSGANG 472
9 CMOS-VERSTAERKERSCHALTUNGEN 491
9.1 MILLER-VERSTAERKER 491
9.2 GEFALTETER KASKODE-VERSTAERKER 501
9.3 GEFALTETER KASKODE-VERSTAERKER MIT AB-AUSGANGSSTUFE 505
10 BICMOS-SCHALTUNGEN 513
10.1 STROMSCHALTUNGSTECHNIKEN 514
10.1.1 CML-SCHALTUNGEN 515
10.1.2 ECL-SCHALTUNGEN 522
10.2 BICMOS-TREIBER UND-GATTER 526
10.3 BANDABSTAND - SPANNUNGSQUELLEN 531
XVIII
INHALTSVERZEICHNIS
10.4 ANALOGE ANWENDUNGEN 542
10.4.1 OFFSET-VERHALTEN VON BIPOLAR- UND MOS-TRANSISTOR 542
10.4.2 KLEINSIGNALVERHALTEN VON BIPOLAR- UND MOS-TRANSISTOR 544
SACHREGISTER 559 |
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| spelling | Hoffmann, Kurt 1940- Verfasser (DE-588)132282550 aut Systemintegration vom Transistor zur großintegrierten Schaltung von Kurt Hoffmann München [u.a.] Oldenbourg 2003 XXX, 564 S. graph. Darst. txt rdacontent n rdamedia nc rdacarrier Schaltungsentwurf (DE-588)4179389-4 gnd rswk-swf Systemintegration (DE-588)4464875-3 gnd rswk-swf MOS-Schaltung (DE-588)4135571-4 gnd rswk-swf VLSI (DE-588)4117388-0 gnd rswk-swf VLSI (DE-588)4117388-0 s Schaltungsentwurf (DE-588)4179389-4 s Systemintegration (DE-588)4464875-3 s DE-604 MOS-Schaltung (DE-588)4135571-4 s Bis 4. Auflage Hoffmann, Kurt VLSI-Entwurf DNB Datenaustausch application/pdf http://bvbr.bib-bvb.de:8991/F?func=service&doc_library=BVB01&local_base=BVB01&doc_number=009953216&sequence=000001&line_number=0001&func_code=DB_RECORDS&service_type=MEDIA Inhaltsverzeichnis |
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