数字集成电路设计原理和应用

黄振忠

摘要

随着时代的发展，科技的进步，微电子技术对于各行各业的发展起到了极大的推进作用。数字集成电路作为微电子技术的重要组成部分，能够有效的推动信息产业化的快速发展。为此要针对数字集成电路相关设计与应用进行分析，提高数字集成电路的应用水平。

【关键词】数字集成电路 设计原理 应用分析

从目前来看，我国对于数字集成电路的理论研究还不够深入，很多关键部分依然不够清晰。所以为了能够更好的促进数字集成电路的应用，正确分析数字集成电路存在的种种异常，促进数字电子技术的推广，必须要针对数字集成电路的不同设计方法所采用的核心工艺进行分析。通过理论研究的方式对数字集成电路的认识提供必要的参考。

1 数字集成电路的理论概述

自从数诞生之后，对于数的表达也有多种多样。包括二进制、八进制，十进制和十六进制等。通常情况下，在电脑中对于数字的处理采用二进制，所以很多的信息都必须要通过数字转换变为1和0的组合。在数字集成电路研究的过程中，对于0和1的认识应该与传统的数字进行区别。数字集成电路中的0和1只表示传输的开关状态。通过。和1的变化能够将输入端的信息分配给输出端，将输入端的信息进行加工与处理，而这个过程就是逻辑运算处理的过程，所以数字集成电路又被称之为逻辑集成电路。

在数字集成电路中，晶体的工作状态始终表现为饱和状态，或者截止状态，也就是1和0。数字集成电路包括门电路、触发电路以及半导体记忆电路。门电路可以不包含时间顺序而触发电路，能够存储任意的时间和信息，形成一定的电路顺序。半导体记忆电路则通过存储二进制数据来记住电子电脑运算过程中所需要的信息指令以及结果，并且还能够快速的提供资料和数据。只有加强对于数字集成电路的理论分析，才能够帮助我们更好的把握不同电路的运行原理。

2 数字集成电路的设计

2.1 MOS场效应电晶体的设计

如图1所示，在设计MOS场效应电晶体的过程中，通常会采用N沟MOS管。主要是通过距离相近、浓度较高的N+P作为引线共同构成源极S以及漏极D。在源極S以及漏极D中，矽片表面有一层SiO₂，这层SiO₂上覆盖的金属铝就是栅极G。通常情况下，栅极G数据MOS二级体。

NMOS能够有很多个品种，所以利用多晶矽栅代替铝栅可以有效的实现近乎垂直的掺杂，保证横向渗透的效应减到最小。降低了源极与栅中的电容量，提高电路的运行速度。

2.2 CMOS集成电路互场效应的设计

在利用CMOS集成电路的过程中，通常采用互补场效应电晶体的设计方案。COM就是在矽片上使用P沟与N沟的两种MOS电路，并且不区分逻辑状态。只要在VDD以及地之间有两个串联的管子，就能够具有反相器的作用，并且始终处于非导通的状态。这样一来就会导致电路中的漏电流降低，只有在开关的过程中两个管子都能够处于非导通状态时才能够明显感受到反相器中有电流经过。COMS电路具有功耗低、瓦数毫微量级、占地面积小、功耗较小，非常适用于大规模集成电路中的应用。

2.3 二级体的设计

二级体通常是由三极管eb以及cb共同构成。eb具有正向压降低，并且不会发生寄生效应。而cb必须利用高击穿电压才能够使用，所以不具有独立性。通过在晶体管制之后在布线的过程中按照电路功能的要求来布置二级电极，可以为P、N的引线进行预留。

2.4 电阻设计

在集成电路之中，通过电阻能够向外延展，实现电晶体基区层的设计。并且电阻的值与杂质浓度。基区宽度和长度都有密切的联系。在需要电容阻值增大时，可以采用沟道电阻，在需要小电容阻值时，必须采用发射区的电阻。

2.5 电容设计

在集成电路中有两种电容器，一种是P-N结电容器，通过利用三极管eb结来获得电容量，并且电容量的大小与所加的偏压具有正相关。另一种MOS电容的值则是固定的。

3 数字集成电路的核心应用

3.1 薄圆晶片的制备

通过在半导体中，利用切片机、磨片机以及抛光机等设备，可以加工出比较完美的晶片。

3.2 外延工艺技术

在电晶体基电结击穿的过程中，必须要求电阻率较高的材料。为了能够提高电晶体的工作效率又必须采用低电阻率的材料，所以必须在底部的材料添加外延生长的电阻层。

3.3 隔离工艺技术

通过数字集成电路中的各个组件作为同一半导体衬底片来改变组件电位的技术。通过有源元件的电晶体相互隔离来实现彼此隔离的技术。通过隔离工艺技术能够有效促进数字集成电路的发展。现阶段隔离工艺技术包括了SiO₂的生长隔离以及P-N结隔离的方式，通过外延结构的P-N结隔离利用P型衬底表面的n型外延层可以有效的进行氧化、光刻以及扩散等。通过将硼杂质扩散的特定部分，可以直穿外延层的方式以及P型衬底的连接，可以将各个电压形成相互独立的小岛，然后利用小岛分别制造电晶体以及其他元件。

3.4 氧化工艺

利用氧化工艺提高半导体的器件表面通过采取有效的措施进行保护，利用SiO₂能够有效的保障钝化层，因为SiO₂非常易于腐蚀，并且在扩散之后可以在同炉内进行氧化。而且还可以作为掺杂的介质。通过SiO₂可以作为导电层的绝缘层，而且这种薄膜也不需要自身的预定功能，更需要将后续的工艺相相容，提高整个薄膜的化学处理性能，保证结构的稳定。

4 结论

数字集成电路是未来信息化时代发展的必然途径，在进行实验设计的过程中也必须加强对于数字集成电路的研究与总结，通过数字集成电路相关技术的应用与分析，可以有效的促进我国科技的快速发展，增强科技创新实力。

参考文献

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