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通用标准工艺中的Multi
资料介绍
一、Multi-Vth技术概述
Multi-Vth全称多阈值电压（Multiple Threshold Voltage），是现代CMOS集成电路制造中通用的标准工艺技术，主要用于解决集成电路设计中性能与功耗之间的矛盾。在摩尔定律驱动下，集成电路特征尺寸不断缩小，漏电流带来的静态功耗占比持续攀升，单纯依靠单一阈值电压工艺已经无法满足高性能、低功耗的设计需求，Multi-Vth工艺因此成为主流通用工艺的标配选项。
1.1 阈值电压的基本概念
阈值电压（Vth）是CMOS晶体管开启所需的最低栅极电压，对于NMOS晶体管，阈值电压是源漏之间形成导电沟道所需的最小栅源电压；对于PMOS晶体管，则是沟道形成所需的最小负栅源电压。阈值电压的大小直接决定了晶体管的开关特性：低阈值电压（LVth）晶体管的驱动能力更强，开关速度更快，导通电阻更低，但亚阈值漏电流更大，静态功耗更高；高阈值电压（HVth）晶体管的亚阈值漏电流更小，静态功耗更低，但驱动能力弱，开关速度更慢，导通电阻更高。
1.2 Multi-Vth工艺的核心思路
Multi-Vth工艺的核心思路是在同一颗芯片上集成两种或两种以上不同阈值电压的晶体管，设计师可以根据电路模块的时序要求，灵活选择不同阈值电压的器件：在时序路径的关键路径上使用LVth晶体管保证性能，在非关键路径上使用HVth晶体管降低漏电流和静态功耗，从而在整体性能满足设计要求的前提下，最大限度降低芯片总功耗。这种工艺不需要改变芯片的整体制造流程，只需要在离子注入步骤增加阈值电压调整的掩膜版，成本增加幅度很小，因此成为当前通用工艺中应用最广泛的功耗优化技术。
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