Systemintegration: vom Transistor zur großintegrierten Schaltung
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| Format: | Book |
| Language: | German |
| Published: |
München [u.a.]
Oldenbourg
2006
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| Edition: | 2., korr. und erw. Aufl. |
| Subjects: | |
| Online Access: | Inhaltstext Inhaltsverzeichnis |
| Physical Description: | XXVII, 562 S. zahlr. graph. Darst. |
| ISBN: | 3486578944 9783486578942 |
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|---|---|
| adam_text | Inhaltsverzeichnis
Inhaltsverzeichnis V
Vorwort XI
Zum Inhalt des Buches XIV
Formelzeichen und Symbole XVIII
Umrechnungsfaktoren und Konstanten XXI
Wichtige Beziehungen XXII
1 Grundlagen der Halbleiterphysik 1
1.1 Theorie des Bändermodells 1
1.2 Dotierte Halbleiter 6
1.3 Gleichungen für den Halbleiter im Gleichgewichtszustand 8
1.3.1 Fermi Verteilungsfunktion 8
1.3.2 Ladungsträgerkonzentration im Gleichgewichtszustand 11
1.3.3 Das Dichteprodukt im Gleichgewichtszustand 13
1.3.4 Elektronenenergie, Spannung und elektrische Feldstärke 16
1.4 Ladungsträgertransport 18
1.4.1 Driftgeschwindigkeit 18
1.4.2 Driftstrom 20
1.4.3 Diffusionsstrom 23
1.4.4 Kontinuitätsgleichung 25
1.5 Störungen des thermodynamischen Gleichgewichts 26
1.6 Übungen 35
1.7 Literatur 38
2 Metallurgischer pn Übergang 39
2.1 Inhomogener n Typ Halbleiter 39
2.2 Der pn Übergang im Gleichgewichtszustand 42
2.3 Der pn Übergang bei Anlegen einer Spannung 44
2.3.1 Das Dichteprodukt bei Abweichungen vom Gleichgewichtszustand 46
2.3.2 Stromspannungsbeziehung 48
2.3.3 Abweichungen von der Stromspannungsbeziehung 51
2.3.4 Spannungsbezugspunkt 53
VI Inhaltsverzeichnis
2.4 Kapazitätsverhalten des pn Übergangs 54
2.4.1 Sperrschichtkapazität 55
2.4.2 Diffusionskapazität 60
2.5 Schaltverhalten des pn Übergangs 64
2.6 Durchbruchverhalten 66
2.7 Modellierung des pn Übergangs 70
2.7.1 Diodenmodell für CAD Anwendungen 70
2.7.2 Diodenmodell für überschlägige statische Berechnungen 73
2.7.3 Diodenmodell für überschlägige Kleinsignalberechnungen 75
2.8 Übungen 76
2.9 Literatur 78
3 Bipolarer Transistor 79
3.1 Herstellung einer Bipolarschaltung 79
3.2 Wirkungsweise des bipolaren Transistors 89
3.2.1 Stromspannungsbeziehung 91
3.2.2 Transistor im inversen Betrieb 98
3.2.3 Spannungssättigung 100
3.2.4 Temperaturverhalten 102
3.2.5 Durchbruchverhalten 104
3.3 Effekte zweiter Ordnung 107
3.3.1 Abhängigkeit der Stromverstärkung vom Kollektorstrom 107
3.3.2 Basisweitenmodulation 111
3.3.3 Emitterrandverdrängung 118
3.4 Abweichende Transistorstrukturen 121
3.5 Modellierung des bipolaren Transistors 124
3.5.1 Transistormodell für CAD Anwendungen 124
3.5.2 Transistormodell für überschlägige statische Berechnungen 130
3.5.3 Transistormodell für überschlägige Kleinsignalberechnungen 131
3.5.4 Bestimmung der Transitzeit 134
3.6 Übungen 139
3.7 Literatur 143
4 Feldeffekttransistor 145
4.1 Herstellung einer CMOS Schaltung 145
4.2 MOS Struktur 152
4.2.1 Charakteristik der MOS Struktur 152
4.2.2 Kapazitätsverhalten der MOS Struktur 156
4.2.3 Flachbandspannung 158
4.3 Gleichungen der MOS Struktur 161
4.3.1 Ladungen in der MOS Struktur 161
4.3.2 Oberflächenspannung bei starker Inversion 165
4.3.3 Einsatzspannung und Substratsteuereffekt 167
Inhaltsverzeichnis VII
4.4 Wirkungsweise des MOS Transistors 171
4.4.1 Transistorgleichungen bei starker Inversion 172
4.4.2 Genauere Transistorgleichungen bei starker Inversion 179
4.4.3 Transistorgleichungen bei schwacher Inversion 181
4.4.4 Temperaturverhalten des MOS Transistors 183
4.5 Effekte zweiter Ordnung 186
4.5.1 Beweglichkeitsdegradation 186
4.5.2 Kanallängenmodulation 188
4.5.3 Kurzkanaleffekte 190
4.5.4 Heiße Ladungsträger 195
4.5.5 Gateinduzierter Drainleckstrom 196
4.5.6 Durchbruchverhalten des MOS Transistors 198
4.5.7 Latch Up Effekt 199
4.6 MOS Transistoren mit hoher Spannungsfestigkeit 202
4.7 Modellierung des MOS Transistors 211
4.7.1 CAD Anwendungen 211
4.7.2 Überschlägige statische und transiente Berechnungen 219
4.7.3 Überschlägige Kleinsignalberechnungen 222
4.8 Übungen 225
4.9 Anhang A: Schwache Inversion 231
4.10 Literatur 236
5 Grundlagen digitaler CMOS Schaltungen 239
5.1 Geometrische Enrwurfsunterlagen 239
5.2 Elektrische Entwurfsregeln 246
5.3 MOS Inverter 252
5.3.1 Verarmungsinverter 253
5.3.2 Anreicherungsinverter 256
5.3.3 P Last Inverter 258
5.3.4 Komplementärinverter 260
5.3.5 Serien und Parallelschaltung von Transistoren 267
5.4 Schaltverhalten der MOS Inverter 268
5.5 Treiberschaltungen 278
5.5.1 Super Treiber 278
5.5.2 Bootstrap Treiber 281
5.6 Eingangs / Ausgangsschaltungen 283
5.6.1 Eingangsschaltungen 284
5.6.2 Ausgangstreiber 287
5.6.3 Hochgeschwindigkeits Schnittstelle 293
5.6.4 ESD Schutz 309
5.7 Übungen 313
5.8 Literatur 316
VIII Inhaltsverzeichnis
6 Schaltnetze und Schaltwerke 319
6.1 Statische Schaltnetze 319
6.1.1 Statische Gatterschaltungen 319
6.1.2 Layout statischer Gatterschaltungen 322
6.1.3 Transfer Gatterschaltungen 325
6.2 Getaktete Schaltnetze 328
6.2.1 Getaktete Gatterschaltungen (C2MOS) 328
6.2.2 Dominoschaltungen 331
6.2.3 Modifizierte Dominoschaltung (NORA Domino) 333
6.2.4 Differenziell kaskadierte Schaltung (DCVS) 334
6.2.5 Schaltverhalten von Gattern 336
6.3 Gatterschaltungen für hohe Taktraten 338
6.4 Logische Felder 345
6.4.1 Dekoder 345
6.4.2 Komplementärdekoder 346
6.4.3 Programmierbare Logikanordnung (PLA) 350
6.5 Schaltwerke 353
6.5.1 Flip Flops 353
6.5.2 Zwei Takt Register 361
6.5.3 Ein Takt Register 364
6.5.4 Takterzeugung 367
6.6 Übungen 370
6.7 Literatur 372
7 MOS Speicher 375
7.1 Nur Lese Speicher (ROM) 376
7.2 Elektrisch programmierbare und optisch löschbare Speicher 378
7.2.1 EPROM Speicherarchitektur 380
7.2.2 Stromspannungswandler 382
7.3 Elektrisch umprogrammierbare Speicher 384
7.3.1 Elektrisch umprogrammierbare Speicherzellen 384
7.3.2 Flash Speicher Architekturen 391
7.3.3 NROM 397
7.3.4 Chip interne Spannungserzeugung 402
7.4 Statische Speicher 406
7.4.1 Statische Speicherzellen 406
7.4.2 SRAM Speicherarchitektur 410
7.4.3 Address Transition Detection (ATD) 411
7.5 Dynamische Halbleiterspeicher 413
7.5.1 Ein Transistor Speicherzellen 414
7.5.2 DRAM Speicher Grundschaltungen 419
7.5.3 DRAM Speicherarchitektur 425
7.5.4 Alpha Strahlempfindlichkeit 429
7.6 Übungen 431
IX.
7.7 Literatur 436
8 Grundlagen analoger CMOS Schaltungen 439
8.1 Stromspiegelschaltungen 440
8.1.1 Verbesserte Stromsenken 443
8.2 Source Folger 446
8.3 Einfache Verstärkerstufen 449
8.3.1 Miller Effekt 453
8.3.2 Differenzielle Eingangsstufe mit symmetrischem Ausgang 456
8.3.3 Differenzielle Eingangsstufe mit unsymmetrischem Ausgang 460
8.4 Übungen 467
8.5 Anhang B: Übertragungsfunktion 469
8.6 Weiterführende Literatur 476
9 CMOS Verstärkerschaltungen 477
9.1 Miller Verstärker 477
9.2 Gefalteter Kaskode Verstärker 488
9.3 Gefalteter Kaskode Verstärker mit AB Ausgangsstufe 491
9.4 Übungen 496
9.5 Literatur 497
10 BICMOS Schaltungen 499
10.1 Stromschaltungstechniken 500
10.1.1 CML Schaltungen 500
10.1.2 ECL Schaltungen 507
10.2 BICMOS Treiber und Gatter 510
10.3 Bandabstand Spannungsquellen 516
10.4 Analoge Anwendungen 526
10.4.1 Offset Verhalten von Bipolar und MOS Transistor 527
10.4.2 Kleinsignalverhalten von Bipolar und MOS Transistor 528
10.5 BCD Technik 536
10.5.1 Schaltverhalten des DMOS Transistors 541
10.5.2 Stromquellen 543
10.5.3 DMOS Treiber 544
10.5.4 Schutzschaltungen 547
10.6 Übungen 553
10.7 Literatur 555
11 Sachregister 557
|
| adam_txt |
Inhaltsverzeichnis
Inhaltsverzeichnis V
Vorwort XI
Zum Inhalt des Buches XIV
Formelzeichen und Symbole XVIII
Umrechnungsfaktoren und Konstanten XXI
Wichtige Beziehungen XXII
1 Grundlagen der Halbleiterphysik 1
1.1 Theorie des Bändermodells 1
1.2 Dotierte Halbleiter 6
1.3 Gleichungen für den Halbleiter im Gleichgewichtszustand 8
1.3.1 Fermi Verteilungsfunktion 8
1.3.2 Ladungsträgerkonzentration im Gleichgewichtszustand 11
1.3.3 Das Dichteprodukt im Gleichgewichtszustand 13
1.3.4 Elektronenenergie, Spannung und elektrische Feldstärke 16
1.4 Ladungsträgertransport 18
1.4.1 Driftgeschwindigkeit 18
1.4.2 Driftstrom 20
1.4.3 Diffusionsstrom 23
1.4.4 Kontinuitätsgleichung 25
1.5 Störungen des thermodynamischen Gleichgewichts 26
1.6 Übungen 35
1.7 Literatur 38
2 Metallurgischer pn Übergang 39
2.1 Inhomogener n Typ Halbleiter 39
2.2 Der pn Übergang im Gleichgewichtszustand 42
2.3 Der pn Übergang bei Anlegen einer Spannung 44
2.3.1 Das Dichteprodukt bei Abweichungen vom Gleichgewichtszustand 46
2.3.2 Stromspannungsbeziehung 48
2.3.3 Abweichungen von der Stromspannungsbeziehung 51
2.3.4 Spannungsbezugspunkt 53
VI Inhaltsverzeichnis
2.4 Kapazitätsverhalten des pn Übergangs 54
2.4.1 Sperrschichtkapazität 55
2.4.2 Diffusionskapazität 60
2.5 Schaltverhalten des pn Übergangs 64
2.6 Durchbruchverhalten 66
2.7 Modellierung des pn Übergangs 70
2.7.1 Diodenmodell für CAD Anwendungen 70
2.7.2 Diodenmodell für überschlägige statische Berechnungen 73
2.7.3 Diodenmodell für überschlägige Kleinsignalberechnungen 75
2.8 Übungen 76
2.9 Literatur 78
3 Bipolarer Transistor 79
3.1 Herstellung einer Bipolarschaltung 79
3.2 Wirkungsweise des bipolaren Transistors 89
3.2.1 Stromspannungsbeziehung 91
3.2.2 Transistor im inversen Betrieb 98
3.2.3 Spannungssättigung 100
3.2.4 Temperaturverhalten 102
3.2.5 Durchbruchverhalten 104
3.3 Effekte zweiter Ordnung 107
3.3.1 Abhängigkeit der Stromverstärkung vom Kollektorstrom 107
3.3.2 Basisweitenmodulation 111
3.3.3 Emitterrandverdrängung 118
3.4 Abweichende Transistorstrukturen 121
3.5 Modellierung des bipolaren Transistors 124
3.5.1 Transistormodell für CAD Anwendungen 124
3.5.2 Transistormodell für überschlägige statische Berechnungen 130
3.5.3 Transistormodell für überschlägige Kleinsignalberechnungen 131
3.5.4 Bestimmung der Transitzeit 134
3.6 Übungen 139
3.7 Literatur 143
4 Feldeffekttransistor 145
4.1 Herstellung einer CMOS Schaltung 145
4.2 MOS Struktur 152
4.2.1 Charakteristik der MOS Struktur 152
4.2.2 Kapazitätsverhalten der MOS Struktur 156
4.2.3 Flachbandspannung 158
4.3 Gleichungen der MOS Struktur 161
4.3.1 Ladungen in der MOS Struktur 161
4.3.2 Oberflächenspannung bei starker Inversion 165
4.3.3 Einsatzspannung und Substratsteuereffekt 167
Inhaltsverzeichnis VII
4.4 Wirkungsweise des MOS Transistors 171
4.4.1 Transistorgleichungen bei starker Inversion 172
4.4.2 Genauere Transistorgleichungen bei starker Inversion 179
4.4.3 Transistorgleichungen bei schwacher Inversion 181
4.4.4 Temperaturverhalten des MOS Transistors 183
4.5 Effekte zweiter Ordnung 186
4.5.1 Beweglichkeitsdegradation 186
4.5.2 Kanallängenmodulation 188
4.5.3 Kurzkanaleffekte 190
4.5.4 Heiße Ladungsträger 195
4.5.5 Gateinduzierter Drainleckstrom 196
4.5.6 Durchbruchverhalten des MOS Transistors 198
4.5.7 Latch Up Effekt 199
4.6 MOS Transistoren mit hoher Spannungsfestigkeit 202
4.7 Modellierung des MOS Transistors 211
4.7.1 CAD Anwendungen 211
4.7.2 Überschlägige statische und transiente Berechnungen 219
4.7.3 Überschlägige Kleinsignalberechnungen 222
4.8 Übungen 225
4.9 Anhang A: Schwache Inversion 231
4.10 Literatur 236
5 Grundlagen digitaler CMOS Schaltungen 239
5.1 Geometrische Enrwurfsunterlagen 239
5.2 Elektrische Entwurfsregeln 246
5.3 MOS Inverter 252
5.3.1 Verarmungsinverter 253
5.3.2 Anreicherungsinverter 256
5.3.3 P Last Inverter 258
5.3.4 Komplementärinverter 260
5.3.5 Serien und Parallelschaltung von Transistoren 267
5.4 Schaltverhalten der MOS Inverter 268
5.5 Treiberschaltungen 278
5.5.1 Super Treiber 278
5.5.2 Bootstrap Treiber 281
5.6 Eingangs / Ausgangsschaltungen 283
5.6.1 Eingangsschaltungen 284
5.6.2 Ausgangstreiber 287
5.6.3 Hochgeschwindigkeits Schnittstelle 293
5.6.4 ESD Schutz 309
5.7 Übungen 313
5.8 Literatur 316
VIII Inhaltsverzeichnis
6 Schaltnetze und Schaltwerke 319
6.1 Statische Schaltnetze 319
6.1.1 Statische Gatterschaltungen 319
6.1.2 Layout statischer Gatterschaltungen 322
6.1.3 Transfer Gatterschaltungen 325
6.2 Getaktete Schaltnetze 328
6.2.1 Getaktete Gatterschaltungen (C2MOS) 328
6.2.2 Dominoschaltungen 331
6.2.3 Modifizierte Dominoschaltung (NORA Domino) 333
6.2.4 Differenziell kaskadierte Schaltung (DCVS) 334
6.2.5 Schaltverhalten von Gattern 336
6.3 Gatterschaltungen für hohe Taktraten 338
6.4 Logische Felder 345
6.4.1 Dekoder 345
6.4.2 Komplementärdekoder 346
6.4.3 Programmierbare Logikanordnung (PLA) 350
6.5 Schaltwerke 353
6.5.1 Flip Flops 353
6.5.2 Zwei Takt Register 361
6.5.3 Ein Takt Register 364
6.5.4 Takterzeugung 367
6.6 Übungen 370
6.7 Literatur 372
7 MOS Speicher 375
7.1 Nur Lese Speicher (ROM) 376
7.2 Elektrisch programmierbare und optisch löschbare Speicher 378
7.2.1 EPROM Speicherarchitektur 380
7.2.2 Stromspannungswandler 382
7.3 Elektrisch umprogrammierbare Speicher 384
7.3.1 Elektrisch umprogrammierbare Speicherzellen 384
7.3.2 Flash Speicher Architekturen 391
7.3.3 NROM 397
7.3.4 Chip interne Spannungserzeugung 402
7.4 Statische Speicher 406
7.4.1 Statische Speicherzellen 406
7.4.2 SRAM Speicherarchitektur 410
7.4.3 Address Transition Detection (ATD) 411
7.5 Dynamische Halbleiterspeicher 413
7.5.1 Ein Transistor Speicherzellen 414
7.5.2 DRAM Speicher Grundschaltungen 419
7.5.3 DRAM Speicherarchitektur 425
7.5.4 Alpha Strahlempfindlichkeit 429
7.6 Übungen 431
IX.
7.7 Literatur 436
8 Grundlagen analoger CMOS Schaltungen 439
8.1 Stromspiegelschaltungen 440
8.1.1 Verbesserte Stromsenken 443
8.2 Source Folger 446
8.3 Einfache Verstärkerstufen 449
8.3.1 Miller Effekt 453
8.3.2 Differenzielle Eingangsstufe mit symmetrischem Ausgang 456
8.3.3 Differenzielle Eingangsstufe mit unsymmetrischem Ausgang 460
8.4 Übungen 467
8.5 Anhang B: Übertragungsfunktion 469
8.6 Weiterführende Literatur 476
9 CMOS Verstärkerschaltungen 477
9.1 Miller Verstärker 477
9.2 Gefalteter Kaskode Verstärker 488
9.3 Gefalteter Kaskode Verstärker mit AB Ausgangsstufe 491
9.4 Übungen 496
9.5 Literatur 497
10 BICMOS Schaltungen 499
10.1 Stromschaltungstechniken 500
10.1.1 CML Schaltungen 500
10.1.2 ECL Schaltungen 507
10.2 BICMOS Treiber und Gatter 510
10.3 Bandabstand Spannungsquellen 516
10.4 Analoge Anwendungen 526
10.4.1 Offset Verhalten von Bipolar und MOS Transistor 527
10.4.2 Kleinsignalverhalten von Bipolar und MOS Transistor 528
10.5 BCD Technik 536
10.5.1 Schaltverhalten des DMOS Transistors 541
10.5.2 Stromquellen 543
10.5.3 DMOS Treiber 544
10.5.4 Schutzschaltungen 547
10.6 Übungen 553
10.7 Literatur 555
11 Sachregister 557 |
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