我们在芯片设计时，常常会用到各种各样的器件，如果将芯片比作上面民间传说中的龙，最基础的器件就可以比作龙子，不同的是芯片有七子，他们分别是MOS、电阻、电容、电感、二极管、三极管、EFuse，每种器件都有其独有的特性，可通过金属线把不同特性的器件合理的连接起来，才能形成特定功能的芯片。

1.二极管(Diode)

1.1 Diode定义

    二极管是一种具有两个电极的电子元件，通常用来实现电流单向通过，其主要原理就是利用PN结的单向导电性。如图1所示，在PN结外加正向电压，在这个外加电场的作用下，PN结的平衡状态被打破，P区中的空穴和N区的电子都往PN结方向移动，空穴和PN结P区的负离子中和，电子和PN结N区的正离子中和，这样就使PN结变窄。随着外加电场的增加，扩散运动进一步增强，漂移运动减弱，当外加电压超过门槛电压，PN结相当于一个阻值很小的电阻，也就是PN结导通。

1.2 Diode类型及应用

    二极管在电路中使用广泛，根据其在不同应用场合可以分为以下几种类型：

(1) 整流二极管：用于将交流电转化为直流电，常见于电源适配器和电源供应器中；

(2) 发光二极管(LED)：在正向偏置时发光，用于指示灯、显示器、照明等；

(3) 齐纳二极管：用于稳压电路，通过在反向偏置下工作的齐纳击穿效应来维持稳定的电压；

(4) 肖特基二极管：具有较低的正向压降和快速的开关特性，常用于高速开关电路中；

(5) 光电二极管：用于检测光信号，通过光电效应将光能转化为电能，广泛应用于光纤通信和光学传感器中。

2.双极型晶体管(BJT)

2.1 BJT定义

    双极性晶体管，全称双极性结型晶体管(Bipolar Junction Transistor, BJT），俗称三极管，是一种具有三个终端的电子器件，由三部分掺杂程度不同的半导体制成，晶体管中的电荷流动主要是由于载流子在PN结处的扩散作用和漂移运动。BJT的工作同时涉及电子和空穴两种载流子的流动，因此它被称为双极性的，所以也称双极性载流子晶体管。这种工作方式与下一小节要讨论的场效应晶体管的单极性晶体管工作方式不同，后者的工作方式仅涉及单一种类载流子的漂移作用。

    BJT是由三个不同的掺杂半导体区域组成，它们分别是发射极区域、基极区域和集电极区域。如图2所示，这些区域在NPN型晶体管中分别是N型、P型和N型半导体，而在PNP型晶体管中则分别是P型、N型和P型半导体。BJT中每一个半导体区域都有一个引脚端接出，通常用字母E、B和C来表示发射极(Emitter)、基极(Base)和集电极(Collector)。

2.2 BJT类型及应用

    BJT主要分为NPN和PNP两种，由于其特殊结构，BJT能够放大信号，并且具有较好的功率控制、高速工作以及耐久能力，常被广泛地应用于航空航天、医疗器械和机器人等应用产品中：

(1) 放大电路：广泛用于音频和射频信号的放大；

(2) 开关电路：用于数字电路中的开关操作，如微处理器的驱动电路；

(3) 振荡电路：在振荡器和定时器电路中，用于产生交流信号；

(4) 电源管理：用于稳压器和电流源电路中。

3.场效应晶体管

3.1 场效应晶体管定义

    场效应晶体管(Field Effect Transistor，FET)是一种通过电场效应来控制电流的晶体管，由多数载流子参与导电，所以也称为单极型晶体管。主要通过施加在栅极(Gate)上的电压来控制源极(Source)和漏极(Drain)之间的电流流动，它具有高输入阻抗和低功耗的特点，是一种常见的半导体器件。

3.2 场效应晶体管类型及应用

    芯片中常用的场效应晶体管主要有两种类型：结型场效应管(Junction FET，JFET)和金属氧化物半导体场效应管(Metal-Oxide Semiconductor FET, MOS-FET)，如图3所示，两种场效应晶体管的结构有所区别，在功能上两者的区别在于JFET主要用于放大弱信号，主要是无线信号，而MOS-FET是一种使用电场效应改变器件电性能的晶体管。

(1) 模拟开关：作为电子开关，用于数字电路、开关电源、和微控制器接口中；

(2) 放大电路：用于信号放大，在运算放大器和射频放大器中广泛使用；

(3) 数字电路：MOSFET用于CMOS逻辑电路，是集成电路的基础；

(4) 电源管理：用于电源管理电路，作为DC-DC转换器，用于升压和降压转换器中。作为稳压器，用于线性稳压器和开关稳压器中。

4. 电阻

4.1 电阻定义

    我们通常称的电阻其实学名为电阻器(Resistor)，是一种对电流呈现阻碍作用的耗能元件，根据电阻定律，电阻值可通过R=ρL/S进行计算(ρ为材料电阻率，L为制成电阻材料的长度，S为制成电阻材料的横截面积)。如图4a所示，电阻的大小可以通过以上公式结合特征尺寸进行计算，图4b给出了版图中一种常见的金属绕线电阻，在实际版图中为了方便计算引入了方块电阻的概念(图4b右图所示)，图4c则给出了电路中电阻的通用符号。

4.2 电阻类型及应用

    芯片中的电阻与我们在电路板中看到的大个电阻虽然形状大小不同，但是原理都是基于上面的公式，在芯片制造过程中，常见的电阻有以下两种类型：

(1) 多晶硅电阻

    多晶硅电阻通常是通过在硅基表面形成一层多晶硅薄膜来实现，由于硅材料本身电阻较高，因此该类型电阻的阻值较高，其优点是结构简单、易于制造以及具有较高的功率能力；

(2) 薄膜电阻

    薄膜电阻是通过在芯片表面沉积一层薄膜来实现，常见的材料有金属、合金和碳等，其电阻值较小，而且可以通过改变薄膜的材料、厚度和尺寸等参数来实现，其优点是电阻值低、尺寸小以及较好的温度稳定性。

    这两种电阻在Foundry的实际制造中会根据需求和工艺形成更多的电阻类型，适用于更多的使用情况。

5. 电容

5.1 电容定义

    电容器就是能够储存电荷的“容器”，两块导体板(通常为金属板)中隔以电介质，电容是容器两极板间电势差与所存储电荷量之间的比值，用于描述电容器容纳电荷的能力，电容值可以通过C=Q/U进行计算(C代表电容，Q代表电荷量，U代表电势差)。

5.2 电容类型及应用

    芯片中常见的电容主要分为varactor电容、MIM电容和MOM电容三种，如图5所示，三种电容的结构不同，电容值和应用场合也有所区别。

(1) Varactor电容

    一种小型电容器，也称为可变电容器或可变栅极电容器，特点是可以通过改变外部电场来控制它的容量变化，由于其特殊性，常用于高频收发器、微波电路、分频器、功率放大器等电路中；

(2) MIM电容

    MIM电容被称为极板电容，电容值较精确，电容值不会随偏压变化而变化。MIM电容利用上下层Mn和Mn-1(版图金属层数)金属构成的，电容值可以用上级板面积与单位容值乘积来进行估算，上下极板接法不可互换，一般用于analog和RF工艺；

(3) MOM电容

    MOM电容被称为指插电容，一般只在多层金属的先进制程上使用，通过多层布线的版图来实现的，但得到的电容值确定性和稳定性不如MIM，一般会用在对电容值要求不高，只是用到相对比值之类的应用中，并且上下极板接法可互换。

6. 电感

6.1 电感定义

    电感(Inductor)，通常是指电感器，是依据电磁感应原理，由导线绕制而成，在导线或线圈中流过电流时，其周围就会产生磁场，线圈中电流发生变化时线圈周围的磁场发生变化，变化的磁场可使线圈产生感应电动势，这就是自感作用，表示自感能力的物理量称为电感。在电路图中用符号L表示。

6.2 电感类型及应用

    根据结构不同，电感可以分为线型和非线型两种，如果根据工艺结构的不同，电感还可以分为绕线型、叠层型和一体型等。电感在芯片电路中的主要作用是限制电流变化速度，使得电路中电流能够稳定传输，稳定电源噪声，抑制峰值电压的出现，同时还能过滤掉高频噪声，防止芯片发生不必要的崩溃。

7. eFuse

7.1 eFuse定义

    eFuse的全称是“电子熔断器”（electronic fuse），是一种可编程电子保险丝，用于存储信息和保护芯片的非易失性存储器件。它的原理是基于电子注入和热效应，在eFuse中短电流脉冲被应用于热致电子发射，这会使电流通过一个非常小的导线，该电流会引起电线中的材料熔断，形成一个永久性的开路。这个过程是不可逆的，一旦eFuse被熔断，就不能再次编程。

7.2 eFuse类型及应用

    eFuse可以被用于多个应用场景，例如芯片保护、电源管理、电路校准等。在芯片保护方面，eFuse可以用于防止电路被过电压或过电流损坏，也可用于防篡改、防破解等。在电源管理方面，eFuse可以用于控制电流和电压，确保电路正常工作。在电路校准方面，eFuse可以用于校准电路参数，例如时钟频率和电流偏置等。总的来说eFuse的优点是体积小、功耗低、可编程性强、可靠性高、不易被擦除等，因此在集成电路中得到了广泛应用。