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  1 .   SRAM单元电路版图设计
  考虑到工艺兼容性,在本实验室工艺条件下最优的最小线宽为0.8um。0.8um线宽,可以保证光刻和其他工艺的完整性。而低于0.8um的线宽尽管还是会有可观的成品率,但是依旧做不到集成电路的要求。为此,我们将增强型的栅长设计为0.8um。耗尽型器件作为电路的负载,不必像增强型一样追求尽可能的短栅长,所以为了进一步提高集成电路的成品率,将耗尽型栅的栅长定为1um。通过本实验室之前的对GaN基E/D模反相器的实验及测试结果,在16nm AlGaN势垒层材料上制备的反相器的驱动/负载宽长比((WE/LE)/(WD/LD))越大,则反相器的输出低电平越低,输出高电平则不受影响[101],但是反相器的翻转电压会有轻微降低。由于我们的SRAM单元电路的设计工作电压在1.5V以下,所以由于(WE/LE)/(WD/LD)而变化的反相器翻转电压的降低(~0.2V)在电路的允许范围之内。为了得到更大的噪声容限,以更好的稳定SRAM的状态,防止非期望下的意外状态翻转,因此将(WE/LE)/(WD/LD)的值设计为20。
 
  作为电路负载的耗尽型器件,我们希望耗尽型器件所占的面积越小越好,一方面可以节约芯片成本,一方面可以降低电路的功耗。在工艺允许的范围内,尽量减小耗尽型负载管的面积,然后通过调整增强型器件的尺寸来实现理想的电路设计。我们将耗尽型的栅宽设计为5um,所以由(WE/LE)/(WD/LD)等于20,得到增强型驱动管的栅宽为100um。根据仿真数据,为了得到最优化的读写操作,增强型字线WL控制管与增强型驱动管的电阻比为1.85:1。在这个比值左右,我们设计了两个相近的字线控制管栅宽,50um和60um。这样便得到两种不同尺寸的SRAM单元电路,一种的单元比(CR)为2,上拉比(PR)为0.08,另外一种单元比为1.67,上拉比为0.067。6管E/D模SRAM单元电路是电学参数对称的电路,因此在设计版图时,我们须考虑版图的对称性设计。图1是所绘制的SRAM单元电路的版图。
绘制的SRAM单元电路版图  
图1 绘制的SRAM单元电路版图
 
  2 .   电平转换电路的版图设计
  在同样大小的芯片上制备出更多的器件是微电子发展的要求之一。电平转换电路是通过HEMT结构二极管的分压来使得电压漂移,高势垒高度/内建势的二极管在降低电压的效率上优势是明显的。F处理HEMT结构肖特基二极管比常规HEMT结构肖特基二极管的势垒高度高了约0.60eV。可以在数量上使用更少的元件实现同样的功能,节约了芯片的面积。因此我们也在本次电平转换电路中也设计了使用F处理HEMT结构二极管进行电压转换的电路。
 
  在电平转换电路的版图设计上,首先需要考虑的是HEMT结构肖特基二极管的版图形式。可以选择的形状为圆形肖特基接触栅或者是条状插指型肖特基接触二极管。尽管在寄生串联电阻上插指型HEMT结构二极管有明显优势,因为扩展的栅宽也降低了寄生HEMT结构二极管的电阻,对准确的实现电压转换是有益的。但是插指型二极管所通过的电流大小值能通过增加栅宽来实现,这将大大的增加芯片的面积。尤其是在F处理HEMT结构肖特基二极管的使用上。正如第四章讨论的那样,F处理HEMT结构肖特基二极管的可靠性与通过肖特基结的电流密度相关,过大的电流密度在长时间电流经过后会使得F处理HEMT结构二极管的肖特基势垒降低,从而使F处理HEMT结构二极管肖特基二极管的优势丧失,同时电压转换值也将发生改变。综合考虑芯片面积和稳定性,我们采用圆形肖特基接触作为F处理HEMT结构二极管的结构。同时考虑可对比性,也使用圆形肖特基接触作为常规HEMT结构二极管的结构。通过增大肖特基接触面积以减小流经F处理HEMT结构二极管的电流密度,从而稳定F处理HEMT结构二极管的工作状态。减小寄生串联HEMT的影响也是重要的考虑之一,为此我们尽可能的缩短HEMT结构肖特基二极管栅极和漏极之间的距离。考虑欧姆电阻退火时的外扩和总体成品率,将肖特基二极管的栅极和漏极的距离设计为1.8um。
 
  在电平转换电路上,耗尽型器件T6作为第二级输出电路的开关管,这是对电流和速度有要求的耗尽型HEMT,而非负载型耗尽型二极管。因此T6的栅长我们也设计成和增强型HEMT一样栅长的0.8um。
 
  为考察HEMT结构二极管实际的电压转换能力和串联HEMT结构二极管数量对电压转换的影响,在芯片上分别设计了4个和5个串联HEMT结构二极管的电平转换电路。电平转换电路的第一级开关电路(WE/LE)/(WD/LD)依旧设计和SRAM一样的比值,增强型驱动管的栅宽为100um,耗尽型负载管的栅宽为5um。第二级的耗尽型驱动管的栅宽为50um,耗尽型负载管的栅宽为5um。两个负电压下拉管的栅宽为50um。如图2所示的是不同串联HEMT结构二极管个数的电平转换电路版图。
设计的不同串联HEMT结构二极管个数的电平转换电路版图  
图2 设计的不同串联HEMT结构二极管个数的电平转换电路版图
 
  图3是加入各种流片中需要的测试图形,工艺控制图形后的整体版图设计。
整体设计版图  
图3 整体设计版图

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