2.6 CMOS二极管

二极管具有单向导电性，在电路中可以用于整流、限幅、钳位和稳压等。在CMOS集成电路设计中经常用到两种二极管，即PN结二极管和MOS二极管，下面对它们的结构进行讨论。

1.PN结二极管

当P型半导体与N型半导体结合在一起时，就可以构成PN结二极管。图2.35所示为PN结二极管结构图和符号图，其中阳极从P型引出，阴极从N型引出，电流方向是从阳极指向阴极。

在CMOS工艺中，P型与N型的接触机会很多，所以构成PN结二极管的机会也很多。如图2.36所示，在N阱CMOS工艺中，在P型衬底上制造N+扩散区，则P型衬底与N+扩散区构成PN结，从而形成二极管。在N阱内制造P+扩散区，P+扩散区与N阱也可以构成PN结二极管。需要指出，左侧剖面图中的P+和右侧剖面图中的N+只是用于引出二极管的电极，即N阱和P型衬底，并不参与构成PN结。

由于P型衬底必须接地，所以由P型衬底与N+构成的二极管阳极必须接地，因此它只能用在二极管阳极接地的电路中，比如ESD电路中的保护二极管（可参考6.2节内容）。由于N阱电位基本上不受限制，它与P+构成的二极管连接就比较灵活。另外，当N阱接电源时，二极管处于反偏状态，这种连接也经常用在ESD保护电路中。

图2.37所示为PN结二极管版图，左侧是N+位于P型衬底上的结构，右侧是P+位于N阱内的结构，二极管外圈的扩散区用于连接P型衬底或N阱，扩散区上打满了孔以减小接触电阻。

2.MOS二极管

把普通MOS管的栅极G和漏极D连接在一起，可以得到类似于PN结二极管的 Ⅰ-Ⅴ 特性，因此把这种连接方式的MOS管称为MOS二极管 ^[3] 。如图2.38所示，将NMOS管的栅极G与漏极D连接在一起，作为二极管的阳极，源极S作为二极管的阴极，或者把PMOS管的源极S作为二极管的阳极，将栅极G与漏极D连接在一起，作为二极管的阴极，当正向电压大于MOS管的阈值电压 Ⅴ _th 时，MOS管就处于饱和导通状态，相当于二极管导通。