什么是MOS集成電路
MOS集成電路是由若千個(gè)MOS晶體管按照-定電路形式聯(lián)接而成的具有一定功能的電路。它們可以是數(shù)字電路，也可以是模擬電路。組成MOS集成電路的“細(xì)胞”一MOS管的剖面如圖1-1所示。
圖1-1是典型MOS管剖面圖。MOS管由金屬(通常是鋁Al).氧化物(通常是二氧化硅SiO2)和半導(dǎo)體材料(通常是硅Si)構(gòu)成。它們處在半導(dǎo)體表面十幾微米的表層內(nèi)。MOS集成電路就是把許多這樣的MOS管同時(shí)制作在一個(gè)硅片上，并且用金屬條(通常是鋁)聯(lián)接成電路一一這就是集成電路芯片。將芯片裝進(jìn)特制的管殼之內(nèi),用細(xì)金屬線將芯片內(nèi)各電路引出端與管殼引線聯(lián)接起來(lái)，封上管殼就可以成為一個(gè)實(shí)用的集成電路了。圖1-2是MOS集成電路的芯片及實(shí)物。
MOS集成電路的優(yōu)點(diǎn)
MOS集成電路在集成電路中的發(fā)展速度之快，是其它集成電路所望塵莫及的。由于它具有很多突出的優(yōu)點(diǎn)所以具有強(qiáng)大的生命力。MOS集成電路的主要優(yōu)點(diǎn)有以下幾個(gè)方面。
①功率消耗小.一般MOS晶體管的工作電流只有幾十微安,因此每個(gè)MOS電路的基本單元的功耗只有幾毫瓦甚至微瓦，新型的MOS電路甚至可以在納瓦下工作。它的功耗只是普通雙極型晶體管和集成電路單元功耗的百分之一，乃至萬(wàn)分之一!
②電路結(jié)構(gòu)和制造工藝簡(jiǎn)單，成品率高。雙極型集成電路中通常要用晶體管和電阻來(lái)組成電路。在MOS集成電路中常以MOS管代替電阻，實(shí)現(xiàn)了用單一元件一MOS管 組成的電路。由于MOS管的高阻抗輸入不需要推動(dòng)電路，使得電路間的MOS管可以直接聯(lián)接，這就使得電路結(jié)構(gòu)大為簡(jiǎn)單。
其次，由于MOS電路一般不需要“ 隔離" ( CMOS集成電路需P阱隔離),省去了制造元件之間“隔離”的工藝。另外，由于MOS管只是一種三層(M- 0- S)結(jié)構(gòu)，省去了制造雙極型電路多層結(jié)構(gòu)的不少工藝，使得MOS集成電路的制造工藝要比雙極型電路簡(jiǎn)單得多,一般可省去30%~50 %的工序。電路形式簡(jiǎn)單和制造工序少，就使得MOS電路具備較高的芯片合格率。合格率的提高必然導(dǎo)至MOS電路的成本降低。
③集成度高。MOS管本身具有的特性蘊(yùn)藏著提高M(jìn)OS集成電路集成度的巨大潛力:每個(gè)MOS管功耗極小，允許更多的MOS管集成在-起，散熱問(wèn)題容易滿足。
MOS電路中各MOS管之間不需要特殊的“隔離”方法，在硅片上省去了“隔離槽”的面積，使得硅片有效利用率大大提高(-般可提高40%左右).MOS管本身面積小。
通常一個(gè)MOS管占用硅片面積僅為0.0005平方毫米，這個(gè)面積只有普通雙極型晶體管占用面積的四分之一或五分之一。這就使得在相同的硅片面積上可以集成更多個(gè)元器件。
MOS集成電路中通常用MOS管來(lái)代替高阻值電阻，節(jié)省了在雙極型集成電路中用來(lái)制造電阻的硅片面積。所有這些都使得MOS大規(guī)模集成電路的制造比雙極型集成電路更加容易。
MOS集成電路的主要缺點(diǎn)是工作頻率和速度一般較低。例如P-MOS數(shù)字電路的工作速度一般為毫秒數(shù)量級(jí)。但引起人們極大重視的是迅速發(fā)展起來(lái)的互補(bǔ)CMOS集成電路的工作速度已達(dá)到納秒數(shù)量級(jí)。近年來(lái)高速CMOS數(shù)字電路的工作速度已經(jīng)可以與雙極TTL電路媲美。
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