尺寸縮小對於並存於互補式金氧半製程中的側向雙載子電晶體特性的改進; 及其在低雜訊, 低補偏的互補式金氧半電晶體放大器的應用分析

Abstract

本論文重點在於（１）•研究尺寸縮小對於並存於互補式金氧半製程中的側向雙載子 電晶體特性的改進；（２）•研究如何將這些側向雙載子電晶體應用在低雜訊，低補 偏（ｏｆｆｓｅｔ）的互補弋金氧半電晶體放大器上；（３）•考慮在尺寸縮小時對 整體電路的效應。為達到此目的，首先我們建立了壹個新修正的側向雙載子電晶體模 型，模擬結果顯示利用這種新修正的模型所模擬出來的情形和實驗測量結果一致。通 常側向雙載子電晶體被應用於互補式金氧半運算放大器的前級，以改善電路的雜訊及 補偏電壓特性。在本論文中我們提出我們已經發展出來的兩種新修正的低雜訊互補式 金氧半運算轉導（ｔｒａｎｓｃｏｎｄｕｃｔａｎｃｅ）放大器。由第一次項的模擬 結果顯示它們在電壓增益和雜訊性能方面都有明顯的改進。 在三種當用的金氧半尺寸縮小法則中，由模擬結果顯示固定電壓式尺寸縮小法則最能 改進側向電晶體的電流增益，側向集級效率，高注入效應電流準位，小信號輸出電阻 和元件面積並能緩和歐利（Ｅａｒｌｙ）電壓和輔導性能的惡化，固定電壓式尺寸縮 小法則也會使得垂直式電晶體性能衰減，但是其程度不大而可以被接受。所以對並存 於互補式金氧半製程中的側向雙載子電晶體而言，固定電壓式尺寸縮小法則是最佳化 的方法。它可以提供較佳的整體性元件效能，以應用於線性電路設計上。對於以側向 電晶體為前級放大器的低雜訊，低補偏互補式金氧半電晶體放大器而言，固定電壓式 尺寸縮小法則的應用能改進電路的功率消耗和晶片面積並且能緩和電壓增益和雜訊效 能惡化。所以固定電壓式尺寸縮小法則對電路而言也是最好的方法。這個結果和前面 提過的元件尺寸縮小的情形是相配和的。最後，為更進一步改善低雜訊，低補偏的互 補式金氧半電晶體放大器，在原來的互補式金氧半製程中，我們提出一些簡易的修改 方法。