專利名稱：基于深n阱nmos晶體管的源極跟隨器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型屬于源極跟隨器技術(shù)領(lǐng)域，涉及基于深N阱NMOS晶體管的源極跟隨器。
背景技術(shù)：
基于MOS器件(即M0SFET，也即MOS晶體管)的源極跟隨器被廣泛應用于各種功能電路中。例如，源極跟隨器通?？梢杂米鞲咚佥斎刖彌_，它電路結(jié)構(gòu)簡單，源極跟隨器可以提供高輸入阻抗、低輸出阻抗和寬信號帶寬；相比于基于閉環(huán)驅(qū)動的運算放大器，源極跟隨器不存在穩(wěn)定性問題。因此，源極跟隨器非常適用于緩沖器和驅(qū)動電路。圖1所示為標準NMOS晶體管的示意圖,其中(a)為其截面結(jié)構(gòu)示意圖，(b)為其等效電路示意圖。圖2所示為基于圖1所示的標準NMOS晶體管所形成的傳統(tǒng)源極跟隨器的電路不意圖。如圖1所示，標準NMOS晶體管形成直接形成在P型襯底111上，在襯底111上構(gòu)圖進行N型摻雜形成源區(qū)113，并且構(gòu)圖N型摻雜形成漏區(qū)114，在形成柵介質(zhì)層112后，從源區(qū)113和漏區(qū)114上分別引出形成源極(Source,以下簡稱為S)115和漏極(Drain,以下簡稱為D) 117，在柵介質(zhì)層112上構(gòu)圖形成柵極116 (Gate,以下簡稱為G)，并且，從襯底111引出形成偏置接地信號(GND)的體端(Bulk，以下簡稱為B) 118。因此，該標準NMOS晶體管中通常會形成寄生電容Csb和Cdb，其中，Csb為源區(qū)113與P型襯底111之間形成的二極管(如圖1 (a)中所示)的結(jié)電容，Cdb為漏區(qū)114與P型襯底111之間形成的二極管(如圖1 (a)中所示)的結(jié)電容。在基于圖1所示的標準NMOS晶體管形成的圖2所示的源極跟隨器中，標準NMOS晶體管用作輸入器件，標準NMOS晶體管的柵極用作輸入端Vin，輸入信號(例如前一級輸出的信號)從柵極輸入，標準NMOS`晶體管的源極用作輸出端Vrat ;漏極接入電源信號VDD，體端偏置接地信號GND ;電流源置于源極和接地端之間，其為輸入器件提供恒定的偏置電流；因此，Cdb置于漏極D和體端B之間，Csb置于源極S和體端B之間。圖2所示的源極跟隨器的輸出信號可以跟隨輸入信號變化，其增益fei/ 可以通過以下公式(I)計算:
ro
Gain =--111
I
ro +-
Gm其中是輸入器件(在此為標準NMOS晶體管)的輸出阻抗，其與電流源并聯(lián)；σ 是標準NMOS晶體管的跨導。通常η 1/ Gm，因此，源極跟隨器的增益fei/7接近等于I，也即，輸出信號基本跟隨輸入信號。但是，實際上，輸入器件(包括電流源下的器件)的是隨輸出信號的電壓電平的變化而有所變化的，從而導致其增益Gain亦隨輸出信號的電壓的變化而變化，這種特性通常稱為電壓依賴性。這種電壓依賴性會導致輸入信號在高幅度擺動時，源極跟隨器呈現(xiàn)非線性特性，也即，在輸入信號擺幅較大時容易發(fā)生較大失真。因此，圖2所示的源極跟隨器由于其電壓依賴性容易線性失真，線性度差。申請人:發(fā)現(xiàn)，源極跟隨器產(chǎn)生線性失真的根本原因在于引起電壓依賴性的一個重要因素:體效應。這是由5 是隨源極和襯底(B)之間的偏壓而變化，也即隨Vsb變化；當襯底接地時，源極為輸出信號的電壓(約等于輸入信號的電壓)，Vsb隨輸入信號的電壓而變化，ro和源極跟隨器的增益fei/7均隨輸入信號的電壓變化而變化。為避免由電壓依賴性的體效應引起的線性失真，進一步提出了基于深N阱NMOS晶體管的源極跟隨器，但是這種源極跟隨器未考慮深N阱NMOS晶體管中的寄生電容在高頻應用時對其高頻動態(tài)失真性能的影響，通常情況下，在高頻或高速應用時，容易產(chǎn)生動態(tài)失真。有鑒于此，有必要提出一種新型的源極跟隨器。

實用新型內(nèi)容本實用新型的目的之一在于，提高源極跟隨器的線性度。本實用新型的又一目的在于，減小源極跟隨器的輸出信號的線性失真和動態(tài)失真。為實現(xiàn)以上目的或者其他目的，本實用新型提供一種基于深N阱NMOS晶體管的源極跟隨器，包括電流源和用作輸入器件的深N阱NMOS晶體管，所述深N阱NMOS晶體管包括:P型襯底，在所述P型襯 底中構(gòu)圖摻雜形成的深N阱，在所述深N阱中構(gòu)圖摻雜形成的P阱，從所述P阱中引出的體端(B)，在所述P阱中構(gòu)圖摻雜形成的源區(qū)和漏區(qū)，從所述深N阱引出的深N阱引出極，從所述漏區(qū)中引出的源極(S)，從所述漏區(qū)中引出的漏極(D)，以及柵極(G);其中，所述柵極被定義為所述源極跟隨器的輸入端(Vin)，所述源極被定義為所述源極跟隨器的輸出端(Vwt)，所述漏極和深N阱引出極接入高電平信號(VDD)，所述電流源的兩端分別連接所述源極和接地端；其中，所述體端(B)與所述輸入端(Vin)連接，以至于使所述源極與所述體端之間的電壓(Vsb)在輸入信號變化的情況下基本保持恒定。按照本實用新型一實施例的源極跟隨器，其中，所述P阱被所述深N阱包圍。其中，所述深N阱匪OS晶體管中，存在所述源區(qū)與所述P阱之間形成的二極管所導致的第一寄生電容(Csb)、所述漏區(qū)與所述P阱之間形成的二極管所導致的第二寄生電容(Cdb)、所述P阱與所述深N阱之間形成的二極管所導致的第三寄生電容(Cb)。按照本實用新型一實施例的源極跟隨器，其中，所述高電平信號(Vdd)被偏置在所述深N阱上以使所述P阱與所述P型襯底相隔離。[0029]具體地，所述P型襯底接地。本實用新型的技術(shù)效果是，通過將P阱的體端與輸入端Vin連接在一起，一方面可以使源極跟隨器的增益不受體效應影響，提高線性度并且線性失真大大減小；另一方面，可以巧妙地使源極跟隨器的輸出端的寄生電容顯著減少，在輸入端Vin的輸入信號的頻率發(fā)生變化時，動態(tài)失真小，解決在高頻輸入信號的情況下的動態(tài)失真的問題。因此，本實用新型的源極跟隨器非常適合于高速大負載場合應用。

從結(jié)合附圖的以下詳細說明中，將會使本實用新型的上述和其他目的及優(yōu)點更加完整清楚，其中，相同或相似的要素采用相同的標號表示。圖1是標準NMOS晶體管的不意圖，其中(a)為其截面結(jié)構(gòu)不意圖，(b)為其等效電路不意圖。圖2是基于圖1所示的標準NMOS晶體管所形成的傳統(tǒng)源極跟隨器的電路示意圖。圖3是深N阱NMOS晶體管的示意圖，其中(a)為其溝道方向的截面結(jié)構(gòu)示意圖，(b)為其等效電路不意圖。圖4是基于圖3所示的深N阱NMOS晶體管所形成的一種源極跟隨器的電路示意圖。圖5是基于圖3所示的深N阱NMOS晶體管所形成的按照本實用新型一實施例的源極跟隨器的電路示意圖。
具體實施方式
下面介紹的是本實·用新型的多個可能實施例中的一些，旨在提供對本實用新型的基本了解，并不旨在確認本實用新型的關(guān)鍵或決定性的要素或限定所要保護的范圍。容易理解，根據(jù)本實用新型的技術(shù)方案，在不變更本實用新型的實質(zhì)精神下，本領(lǐng)域的一般技術(shù)人員可以提出可相互替換的其他實現(xiàn)方式。因此，以下具體實施方式
以及附圖僅是對本實用新型的技術(shù)方案的示例性說明，而不應當視為本實用新型的全部或者視為對本實用新型技術(shù)方案的限定或限制。將理解，當據(jù)稱將部件“連接”到另一個部件時，它可以直接連接到另一個部件或可以存在中間部件。相反，當據(jù)稱將部件“直接連接”到另一個部件時，則表示不存在中間部件。圖3所示為深N阱NMOS晶體管的示意圖，其中(a)為其溝道方向的截面結(jié)構(gòu)示意圖，(b)為其等效電路不意圖。如圖3所示，在該實施例中，深N阱NMOS晶體管選擇在P型襯底或基片211上形成，深N阱NMOS晶體管包括深N阱(De印N Well) 212、P阱213、源區(qū)221、漏區(qū)222、深N阱引出極231、體端(B) 232、源極(S) 233、柵極(G) 234、漏極(D) 235和柵介質(zhì)層240。其中，深N阱212可以為N導電類型，其可以通過對P型襯底211構(gòu)圖N型摻雜形成，其具體深度和摻雜濃度不是限制性的；P阱213為P導電類型，其用來形成NMOS晶體管，具體可以在深N阱212中構(gòu)圖P型摻雜形成；在？阱213中，構(gòu)圖摻雜形成源區(qū)221和漏區(qū)222，二者可以同時摻雜形成，也可以分步摻雜形成，并且二者同為N導電類型，其具體摻雜濃度不是限制性的，在源區(qū)221和漏區(qū)222之間，可以柵偏壓的控制下可以形成溝道；源極233可以從源區(qū)221引出金屬電極形成，漏極235可以從漏區(qū)222引出金屬電極形成；體端232從P阱213中引出形成；柵介質(zhì)層240具體可以但不限于為SiO2，其可以通過對硅材料的襯底211的表面構(gòu)圖氧化形成，柵極234形成在源極233和漏極235之間。由于P阱213在深N阱212中構(gòu)圖摻雜形成，因此，深N阱212包圍P阱213，使其與P型襯底211隔離，這樣，形成在P型襯底211上的每個深N阱NMOS晶體管類似于其上的一個“孤島”。深N阱212在此也通過深N阱引出極231引出，以向其偏置電壓信號，例如，偏置高電平的電源信號VDD。繼續(xù)如圖3所示，類似于圖1的標準NMOS晶體管，其中通常會形成寄生電容Csb和Cdb,Csb為源區(qū)221與P阱213之間形成的二極管(如圖3 (a)中所示)的結(jié)電容，Cdb為漏區(qū)222與P阱213之間形成的二極管(如圖3 (a)中所示)的結(jié)電容。并且，P阱213和其外圍的深N阱212之間的二極管的結(jié)電容還會引入寄生電容Cb，因此，形成如圖3 (b)所示的等效電路圖。在該實施例中，為避免Cb對應的二極管被正向偏置,深N阱引出極231偏置電源信號VDD，P型襯底211偏置接地信號GND。此時，P阱213已經(jīng)與P型襯底211隔離，P阱213不再需要通過接地來保證其寄生二極管的反偏，這完全不同于圖1所示的標準NMOS晶體管。圖4所示為基于圖3所示的深N阱NMOS晶體管所形成的一種源極跟隨器的電路示意圖。在圖4所示實施例中，為解決圖2所示源極跟隨器的問題，使用了深N阱NMOS晶體管，其P阱213并不必須要接地，而是將P阱213的體端232與自身源極233直接連接在一起。這樣，源極與體端之間的電壓Vsb基本恒定為零，這樣，基本消除了圖2所示實施例中的體效應， 和源極跟隨器的增益fei/7并不會隨源極跟隨器的輸入端(即柵極)的輸入信號的電壓變化而變化(圖3所示實施例的增益Gain類似地按照公式(I)計算)，也消除了電壓依賴性。與圖2所示的源極跟隨器相比較，圖4所示的源極跟隨器大大減小了線性失真，可以提供相對更好的線 性度。但是，申請人發(fā)現(xiàn)，在圖4實施例的源極跟隨器中，輸出端Vrat連接寄生電容Cdb和Cb (Csb因襯底連接而短路，不呈現(xiàn)在輸出端)；當輸入信號頻率上升時，通過深N阱NMOS晶體管的部分輸出電流會分流到輸出端的電容通道(負載電容或寄生電容)，由于這個動態(tài)電流是隨輸入信號頻率而變化，這會導致輸入器件的輸出阻抗 也具有電壓依賴性，因此，源極跟隨器的增益隨信號電壓變化，引起動態(tài)失真。輸入信號的頻率越高，輸出端的電容(包括寄生電容)越大，動態(tài)失真越嚴重。圖5所示為基于圖3所示的深N阱NMOS晶體管所形成的按照本實用新型一實施例的源極跟隨器的電路示意圖。在圖5所示實施例中，同樣選擇圖3所示實施例的深N阱NMOS晶體管作為輸入器件，電流源置于源極和接地端(GND)之間，其用于為輸入器件提供基本恒定的偏置電流；源極跟隨器的輸入信號從深N阱NMOS晶體管的柵極G輸入，柵極G被定義為源極跟隨器的輸入端Vin ;信號從深N阱NMOS晶體管的源極S輸出，源極S被定義為源極跟隨器的輸出端Vwt ;進一步，漏極D接入高電平的電源信號Vdd ;深N阱的深N阱引出極231也被偏置高電平的電源信號VDD，以使P型襯底211與深N阱212之間形成的二極管反向偏置、深N阱212與P阱213之間形成的二極管反向偏置。尤其地，將體端B與輸入端Vin或柵極G連接，例如，在圖3中，可以將體端232與柵極234直接連接。這樣，圖5所示實施例的源極跟隨器將同時具有以下兩方面的優(yōu)點。[0045]第一，考慮了基于標準NMOS晶體管的源極跟隨器的體效應問題?？梢宰⒁獾?，在圖5所示實施例中，由于體端B與輸入端Vin或柵極G連接，體端B等于柵極G的電位，因此Vsb=Vsg ;又由于源極跟隨器中源極S電壓跟隨輸入柵極G，因此Vsg將是一個常量，它不會隨輸入信號的電壓的變化而改變，也即，不存在電壓依賴性問題。圖5所示的源極跟隨器的增益Gain (foi/ 的計算可以類似地通過公式(I)計算，其中f是輸入器件的輸出阻抗，
是深N阱NMOS晶體管的跨導)也不受體效應影響，相比圖2所示實施例的源極跟隨器，其線性度好，線性失真大大減小。第二，考慮了輸出端的寄生電容對動態(tài)失真的影響?？梢宰⒁獾?，在圖5所示實施例中，通過將體端B與輸入端Vin或柵極G連接，Cdb和Cb并聯(lián)地置于Vdd與體端之間，Cdb和Cb不再出現(xiàn)在輸出端Vwt ;并且對于Csb來說，雖然其置于體端B和源端S之間，但是如前所述，Vsb=Vsg, Vsb電壓值也為一常量(不隨輸入信號的電壓變化而變化)，從而寄生電容Csb不會增加輸出端Vrat的電容總量。這樣，與圖4所示源極跟隨器結(jié)構(gòu)相比，其輸出端的寄生電容顯著減少，在輸入端Vin的輸入信號的頻率發(fā)生變化時，不會出現(xiàn)以上圖4所示源極跟隨器的電壓依賴性問題和動態(tài)失真問題。綜上，圖5所示實施例的源極跟隨器不但減少了由體效應引起的線性失真，還消除了深N阱NMOS晶體管的寄生電容所導致的動態(tài)失真的問題，因此，其可以在維持良好低頻線性特性的情況下降低動態(tài)失真，具有良好的高頻特性，非常適合在高速大負載場合應用。需要理解的是，輸入端Vin的輸入信號可以為前一級電路的輸出，例如,前一級電路可以為運算放大器。輸入信號的具體類型不是限制性的。還需要 理解的是，圖5所示實施例的源極跟隨器不僅適于在集成電路中制造形成，也適于由深N阱NMOS晶體管分離器件通過線路連接形成。以上例子主要說明了本實用新型的基于深N阱NMOS晶體管的源極跟隨器。盡管只對其中一些本實用新型的實施方式進行了描述，但是本領(lǐng)域普通技術(shù)人員應當了解，本實用新型可以在不偏離其主旨與范圍內(nèi)以許多其他的形式實施。因此，所展示的例子與實施方式被視為示意性的而非限制性的，在不脫離如所附各權(quán)利要求所定義的本實用新型精神及范圍的情況下，本實用新型可能涵蓋各種的修改與替換。
權(quán)利要求1.一種基于深N阱NMOS晶體管的源極跟隨器，包括電流源和用作輸入器件的深N阱NMOS晶體管，所述深N阱NMOS晶體管包括: P型襯底， 在所述P型襯底中構(gòu)圖摻雜形成的深N阱， 在所述深N阱中構(gòu)圖摻雜形成的P阱， 從所述P阱中引出的體端(B)， 在所述P阱中構(gòu)圖摻雜形成的源區(qū)和漏區(qū)， 從所述深N阱引出的深 N阱引出極， 從所述漏區(qū)中引出的源極(S)， 從所述漏區(qū)中引出的漏極(D)，以及 柵極(G)； 其中，所述柵極被定義為所述源極跟隨器的輸入端(Vin)，所述源極被定義為所述源極跟隨器的輸出端(Vrat),所述漏極和深N阱引出極接入高電平信號(VDD)，所述電流源的兩端分別連接所述源極和接地端； 其特征在于，所述體端(B)與所述輸入端(Vin)連接，以至于使所述源極與所述體端之間的電壓(Vsb)在輸入信號變化的情況下保持恒定。
2.如權(quán)利要求1所述的源極跟隨器，其特征在于，所述P阱被所述深N阱包圍。
3.如權(quán)利要求1所述的源極跟隨器，其特征在于，所述深N阱NMOS晶體管中，存在所述源區(qū)與所述P阱之間形成的二極管所導致的第一寄生電容(csb)、所述漏區(qū)與所述P阱之間形成的二極管所導致的第二寄生電容(cdb)、所述P阱與所述深N阱之間形成的二極管所導致的第三寄生電容(Cb)。
專利摘要本實用新型提供一種基于深N阱NMOS晶體管的源極跟隨器，屬于源極跟隨器技術(shù)領(lǐng)域。該源極跟隨器包括電流源和用作輸入器件的深N阱NMOS晶體管，其中，所述深N阱NMOS晶體管的體端與源極跟隨器的輸入端(Vin)連接，以至于使N阱NMOS晶體管的源極與體端之間的電壓(Vsb)在輸入信號變化的情況下基本保持恒定。該源極跟隨器失真小、線性度好，尤其適合于在高速大負載場合應用。
文檔編號H03K19/0185GK203104402SQ20132010872
公開日2013年7月31日 申請日期2013年3月11日 優(yōu)先權(quán)日2013年3月11日
發(fā)明者劉松, 楊飛琴, 吳柯 申請人:香港中國模擬技術(shù)有限公司