我們在芯片設計時，常常會用到各種各樣的器件，如果將芯片比作上面民間傳說中的龍，最基礎的器件就可以比作龍子，不同的是芯片有七子，他們分別是MOS、電阻、電容、電感、二極管、三極管、EFuse，每種器件都有其獨有的特性，可通過金屬線把不同特性的器件合理的連接起來，才能形成特定功能的芯片。

1.二極管(Diode)

1.1 Diode定義

    二極管是一種具有兩個電極的電子元件，通常用來實現電流單向通過，其主要原理就是利用PN結的單向導電性。如圖1所示，在PN結外加正向電壓，在這個外加電場的作用下，PN結的平衡狀態被打破，P區中的空穴和N區的電子都往PN結方向移動，空穴和PN結P區的負離子中和，電子和PN結N區的正離子中和，這樣就使PN結變窄。隨著外加電場的增加，擴散運動進一步增強，漂移運動減弱，當外加電壓超過門檻電壓，PN結相當于一個阻值很小的電阻，也就是PN結導通。

1.2 Diode類型及應用

    二極管在電路中使用廣泛，根據其在不同應用場合可以分為以下幾種類型：

(1) 整流二極管：用于將交流電轉化為直流電，常見于電源適配器和電源供應器中；

(2) 發光二極管(LED)：在正向偏置時發光，用于指示燈、顯示器、照明等；

(3) 齊納二極管：用于穩壓電路，通過在反向偏置下工作的齊納擊穿效應來維持穩定的電壓；

(4) 肖特基二極管：具有較低的正向壓降和快速的開關特性，常用于高速開關電路中；

(5) 光電二極管：用于檢測光信號，通過光電效應將光能轉化為電能，廣泛應用于光纖通信和光學傳感器中。

2.雙極型晶體管(BJT)

2.1 BJT定義

    雙極性晶體管，全稱雙極性結型晶體管(Bipolar Junction Transistor, BJT），俗稱三極管，是一種具有三個終端的電子器件，由三部分摻雜程度不同的半導體制成，晶體管中的電荷流動主要是由于載流子在PN結處的擴散作用和漂移運動。BJT的工作同時涉及電子和空穴兩種載流子的流動，因此它被稱為雙極性的，所以也稱雙極性載流子晶體管。這種工作方式與下一小節要討論的場效應晶體管的單極性晶體管工作方式不同，后者的工作方式僅涉及單一種類載流子的漂移作用。

    BJT是由三個不同的摻雜半導體區域組成，它們分別是發射極區域、基極區域和集電極區域。如圖2所示，這些區域在NPN型晶體管中分別是N型、P型和N型半導體，而在PNP型晶體管中則分別是P型、N型和P型半導體。BJT中每一個半導體區域都有一個引腳端接出，通常用字母E、B和C來表示發射極(Emitter)、基極(Base)和集電極(Collector)。

2.2 BJT類型及應用

    BJT主要分為NPN和PNP兩種，由于其特殊結構，BJT能夠放大信號，并且具有較好的功率控制、高速工作以及耐久能力，常被廣泛地應用于航空航天、醫療器械和機器人等應用產品中：

(1) 放大電路：廣泛用于音頻和射頻信號的放大；

(2) 開關電路：用于數字電路中的開關操作，如微處理器的驅動電路；

(3) 振蕩電路：在振蕩器和定時器電路中，用于產生交流信號；

(4) 電源管理：用于穩壓器和電流源電路中。

3.場效應晶體管

3.1 場效應晶體管定義

    場效應晶體管(Field Effect Transistor，FET)是一種通過電場效應來控制電流的晶體管，由多數載流子參與導電，所以也稱為單極型晶體管。主要通過施加在柵極(Gate)上的電壓來控制源極(Source)和漏極(Drain)之間的電流流動，它具有高輸入阻抗和低功耗的特點，是一種常見的半導體器件。

3.2 場效應晶體管類型及應用

    芯片中常用的場效應晶體管主要有兩種類型：結型場效應管(Junction FET，JFET)和金屬氧化物半導體場效應管(Metal-Oxide Semiconductor FET, MOS-FET)，如圖3所示，兩種場效應晶體管的結構有所區別，在功能上兩者的區別在于JFET主要用于放大弱信號，主要是無線信號，而MOS-FET是一種使用電場效應改變器件電性能的晶體管。

(1) 模擬開關：作為電子開關，用于數字電路、開關電源、和微控制器接口中；

(2) 放大電路：用于信號放大，在運算放大器和射頻放大器中廣泛使用；

(3) 數字電路：MOSFET用于CMOS邏輯電路，是集成電路的基礎；

(4) 電源管理：用于電源管理電路，作為DC-DC轉換器，用于升壓和降壓轉換器中。作為穩壓器，用于線性穩壓器和開關穩壓器中。

4. 電阻

4.1 電阻定義

    我們通常稱的電阻其實學名為電阻器(Resistor)，是一種對電流呈現阻礙作用的耗能元件，根據電阻定律，電阻值可通過R=ρL/S進行計算(ρ為材料電阻率，L為制成電阻材料的長度，S為制成電阻材料的橫截面積)。如圖4a所示，電阻的大小可以通過以上公式結合特征尺寸進行計算，圖4b給出了版圖中一種常見的金屬繞線電阻，在實際版圖中為了方便計算引入了方塊電阻的概念(圖4b右圖所示)，圖4c則給出了電路中電阻的通用符號。

4.2 電阻類型及應用

    芯片中的電阻與我們在電路板中看到的大個電阻雖然形狀大小不同，但是原理都是基于上面的公式，在芯片制造過程中，常見的電阻有以下兩種類型：

(1) 多晶硅電阻

    多晶硅電阻通常是通過在硅基表面形成一層多晶硅薄膜來實現，由于硅材料本身電阻較高，因此該類型電阻的阻值較高，其優點是結構簡單、易于制造以及具有較高的功率能力；

(2) 薄膜電阻

    薄膜電阻是通過在芯片表面沉積一層薄膜來實現，常見的材料有金屬、合金和碳等，其電阻值較小，而且可以通過改變薄膜的材料、厚度和尺寸等參數來實現，其優點是電阻值低、尺寸小以及較好的溫度穩定性。

    這兩種電阻在Foundry的實際制造中會根據需求和工藝形成更多的電阻類型，適用于更多的使用情況。

5. 電容

5.1 電容定義

    電容器就是能夠儲存電荷的“容器”，兩塊導體板(通常為金屬板)中隔以電介質，電容是容器兩極板間電勢差與所存儲電荷量之間的比值，用于描述電容器容納電荷的能力，電容值可以通過C=Q/U進行計算(C代表電容，Q代表電荷量，U代表電勢差)。

5.2 電容類型及應用

    芯片中常見的電容主要分為varactor電容、MIM電容和MOM電容三種，如圖5所示，三種電容的結構不同，電容值和應用場合也有所區別。

(1) Varactor電容

    一種小型電容器，也稱為可變電容器或可變柵極電容器，特點是可以通過改變外部電場來控制它的容量變化，由于其特殊性，常用于高頻收發器、微波電路、分頻器、功率放大器等電路中；

(2) MIM電容

    MIM電容被稱為極板電容，電容值較精確，電容值不會隨偏壓變化而變化。MIM電容利用上下層Mn和Mn-1(版圖金屬層數)金屬構成的，電容值可以用上級板面積與單位容值乘積來進行估算，上下極板接法不可互換，一般用于analog和RF工藝；

(3) MOM電容

    MOM電容被稱為指插電容，一般只在多層金屬的先進制程上使用，通過多層布線的版圖來實現的，但得到的電容值確定性和穩定性不如MIM，一般會用在對電容值要求不高，只是用到相對比值之類的應用中，并且上下極板接法可互換。

6. 電感

6.1 電感定義

    電感(Inductor)，通常是指電感器，是依據電磁感應原理，由導線繞制而成，在導線或線圈中流過電流時，其周圍就會產生磁場，線圈中電流發生變化時線圈周圍的磁場發生變化，變化的磁場可使線圈產生感應電動勢，這就是自感作用，表示自感能力的物理量稱為電感。在電路圖中用符號L表示。

6.2 電感類型及應用

    根據結構不同，電感可以分為線型和非線型兩種，如果根據工藝結構的不同，電感還可以分為繞線型、疊層型和一體型等。電感在芯片電路中的主要作用是限制電流變化速度，使得電路中電流能夠穩定傳輸，穩定電源噪聲，抑制峰值電壓的出現，同時還能過濾掉高頻噪聲，防止芯片發生不必要的崩潰。

7. eFuse

7.1 eFuse定義

    eFuse的全稱是“電子熔斷器”（electronic fuse），是一種可編程電子保險絲，用于存儲信息和保護芯片的非易失性存儲器件。它的原理是基于電子注入和熱效應，在eFuse中短電流脈沖被應用于熱致電子發射，這會使電流通過一個非常小的導線，該電流會引起電線中的材料熔斷，形成一個永久性的開路。這個過程是不可逆的，一旦eFuse被熔斷，就不能再次編程。

7.2 eFuse類型及應用

    eFuse可以被用于多個應用場景，例如芯片保護、電源管理、電路校準等。在芯片保護方面，eFuse可以用于防止電路被過電壓或過電流損壞，也可用于防篡改、防破解等。在電源管理方面，eFuse可以用于控制電流和電壓，確保電路正常工作。在電路校準方面，eFuse可以用于校準電路參數，例如時鐘頻率和電流偏置等。總的來說eFuse的優點是體積小、功耗低、可編程性強、可靠性高、不易被擦除等，因此在集成電路中得到了廣泛應用。