集成电路原理与设计chap7
chap7外延要点
工艺多样化：
具有相反导电类型的外延层，在器件工艺中可
形成结和隔离区； 薄层外延供器件发展等平面隔离和高速电路； 选择外延可取代等平面隔离工艺来发展平面隔 离； 绝缘衬底上的多层外延工艺可以发展三维空间 电路
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7.1 硅气相外延工艺的基本原理
系统示意图
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一、硅源 四种：四氯化硅，三氯硅烷(TCS)，二氯硅烷(DCS)， 硅烷 二、外延的步骤：6步。 1、反应剂分子以扩散方式从气相转移到生长层表面； 2、反应剂分子被生产层表面吸附； 3、被吸附的反应剂分子在生长层表面完成化学反应， 产生硅原子及其他副产物； 4、 副产物从表面解吸； 5、 解吸的副产物以扩散方式转移到气相，随主气流 排出反应室外； 6、 反应生成的硅原子定位于晶格点阵，形成单晶外 延层。
常用测量方法
磨角染色法 层错法 红外椭圆偏振仪法 红外反射干涉法 四探针法 三探针法 C-V 法 扩展电阻法 脉冲 MOS 电容法 C-V 法 扩展电阻法 微分电导和霍尔效应 放射性元素示踪分析 卢瑟福背散射 光学显微镜观测 自动激光扫描仪
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7.2 外延层中的杂质分布
1. 掺杂原理 2. 扩散效应：衬底中的杂质与外延层中的杂质在外 延生长时互相扩散引起衬底与外延层界面附近的杂质 浓度缓慢变化的现象。 3. 自掺杂效应：在外延生长过程中，衬底和外延层 中的杂质因蒸发、或者化学反应的副产物对衬底或外 延层的腐蚀，都会使衬底和（或）外延层中的杂质进 入到边界层中，改变了边界层中的掺杂成分和浓度， 从而导致了外延层中的实际分布偏离理想情况，这种 现象称为自掺杂效应。 采取7项措施减小自掺杂效应的影响。
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7.7 分子束外延
ch7 差分电路与模拟集成电路
第七章差分电路与模拟集成电路§7.1 集成化元器件及其特点§7.2 集成差分放大电路§7.3 电流模电路§7.4 集成运算放大电路小结§7.1 集成化元器件的特点♦集成电路组件将有源器件，无源器件电阻电容及电路连线等都集中在一块半导体基片上，然后封装在一个外壳内便形成一个完整的电路和系统♦集成元器件的特点1. 电路中各元件在同一基片上，又是通过相同工艺过程制造的，较容易制成特性相同的管子。
2. 集成化元器件中最容易制造的是三极管，是最基本的元件，二极管多用做温度补偿元件或电平移动元件，大多是有三极管的发射结构成。
集成化元器件的特点3. 电阻元件由半导体的体电阻构成，阻值越大，占用的硅片面积越大。
通常的电阻范围几十Ω~20kΩ,高阻值的电阻多用半导体三极管等有源元件代替或外接。
4. 电容元件一般有PN结的结电容或MOS管电容来制作，一般的容量小于200PF。
不能制造大电容和电感元件，因此在集成电路中通常采用直接耦合方式，不采用阻容耦合、变压器耦合方式。
5. 集成元器件的参数公差大，温度特性较差，通常同一块基片上相邻的元件具有同相偏差，它们的比值误差较小，匹配性好，对称性也好，因此集成电路大量采用比值电路和对称电路。
§7.2 集成差分放大电路差分放大电路的工作原理差分放大电路的工作原理差分电路的组成由对称的两个结构完全对称的共射放大电路组成，通过射极公共电阻R ee 耦合构成的。
对称两个三极管的特性一致，电路参数对应相等。
即：h fe 1=h fe 2=h feU BE1=U BE2=U BE h ie1=h ie2=h ieI CBO1=I CBO2=I CBO R C1=R C2=R C R b1=R b2=R b♦差分电路的输入输出方式输入方式i单端输入双端输入U i1U i2U o U oU o输出方式单端输出双端输出♦差模信号和共模信号+--+差模信号一对大小相等，极性相反的信号，用U id1、U id2表示，U id1= -U id2共模信号-+一对大小相等，极性相同的信号，用U ic1、U ic2表示，U = U1. 静态分析2I eQ由于电路结构对称，管子特性一致。
电子科技大学集成电路原理讲义
年代后半期日本曾一度超过美国之外，美国一直在世界上占绝对优势。现在仍是日本第二。
美国在 4 英寸线中（占 45％）和 8 英寸线中（占 31％）名列世界第一；而日本在 5 英寸线
中（占 47％）和 6 英寸线中（占 43％）名列世界第一。韩国在 80 年代以倾国的财力发展 IC 之
后，跃居到世界第三，尤其是在 DRAM 存储器生产方面走在世界的前列。
3、“8.5”期间的发展： 华晶“908”工程 华越 上无 14 厂+外资 PHILIPS贝岭（中资 85%） 上无 26 厂+外资 PHILIPS菲利浦（外资 51%） 首钢+NEC首钢 NEC（日方控股）
4、“9.5”期间新建项目： “909”工程——上海华虹 NEC（其中中方投资 100 亿） 1 条 8 英寸、CD=0.350.5m IC 生产线 1 条 8 英寸硅单晶生产线 7 家设计公司：
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教学大纲 3. CMOS 数字集成电路——分析与设计，S-M. Kang，清华大学出版社（影印），2004 年 8 月第一版。 4. CMOS 模拟电路设计，P.E.艾伦，D.R.霍尔伯格，科学出版社，1995 年 3 月第一版。 5. CMOS 模拟电路设计（英文），P.E.Allen，D.R.Holberg，电子工业出版社，2002 年 6 月第二版。 6. 模拟 CMOS 集成电路设计，毕查德.拉扎维著，陈贵灿等译，西安交通大学出版社，2003 年 3 月第一
TN431.1 5222。 6、《超大规模集成电路技术》，[美]，施敏，科学出版社。TN49 S93。 7、《双极与 MOS 模拟集成电路设计》，[美]，艾伦.B.格里本，上海交大出版社。
TN431.1 9188。 1995 年及其以后： 1. 半导体集成电路，朱正涌，清华大学出版杜 2001 年 1 月第一版。 2. 数字集成电路设计透视（英文），J. M. Rabaey，清华大学出版社（影印），1999 年 2 月第一版。
集成电路设计的原理和应用
集成电路设计的原理和应用一、集成电路的基本原理集成电路是指在一块小型硅片上集成几十到几千或者是更多的电子元件，并且这些元件不仅在功能上相互配合，而且在微观上依靠基底电子材料的性能相互联系，构成一种微型化的完整功能电路。
集成电路设计的实质是将一个大型电子电路缩小成小型芯片，将许多电子元件压缩在一个芯片中，实现数据处理的高效、快速和高质量等特点。
集成电路的原理是基于微纳尺寸的物理特性来实现的。
它的基本原理是利用硅等半导体作为载体，通过先进的微影技术对硅片进行各种加工，将电路元件制作出来，并在连接管道上连接不同的元件、电阻、电容等电子元件，完成电路的设计和布局，在此基础上可以实现复杂的运算和控制功能，从而实现芯片的高性能和高集成度。
二、集成电路的应用领域集成电路是现代电子技术的重要组成部分，应用非常广泛。
首先，大规模集成电路可以应用于计算机、通讯、电能传输等领域。
此外，应用领域也包括各种数字信号处理、嵌入系统、医疗设备、汽车电子、家用电器、安防设备等。
在生产过程中也常常需要集成电路帮助提高生产效率和产品质量。
三、集成电路设计的主要流程在集成电路设计中，主要有如下几个步骤：1、需求分析：从需求分析的角度出发，分析电路的功能和特点，确定电路设计的目标和瓶颈，并根据需求确定设计方案。
2、电路设计：根据前一步的需求分析，进行电路的具体设计，包括电路的框图设计、元件的选择和布局等等。
3、电路仿真：在电路设计的基础上，通过仿真软件对电路进行仿真分析，优化不足之处。
4、电路布局：直接对电路各元件的位置、连接等进行图纸布局，确定具体的电路结构和走线。
5、样片验证：通过制作样片来验证电路设计的可行性和有效性，并对样片进行测试和评价。
6、批量生产：验证通过后，进行大规模的批量生产，由此实现量产的目标。
四、集成电路设计的技术趋势随着科技的不断发展和进步，集成电路技术也不断的推陈出新。
现在，人们已经开始探索新型的三维集成电路，即将两个或多个芯片从三维的角度结合在一起，减小供电区域，实现更好的设计灵活性和更高的性能指标。
集成电路设计的基本原理
集成电路设计的基本原理集成电路（Integrated Circuit, IC）是由一个或多个功能电路组成的微小芯片，具有高度集成、体积小、功耗低、可靠性高等优点，是现代电子技术发展的重要基础。
集成电路的设计是集成电路工程的核心部分，也是整个工程的基础。
一、集成电路设计的基本流程集成电路设计是由电路设计、版图设计和制造流程三部分组成的。
它的基本流程如下：1. 电路设计：为实现特定功能，设计所需电路，选择芯片、器件，并进行电路仿真，获取电路的性能参数。
2. 版图设计：将电路专业提纯之后，进行版图设计，设计出不同极性晶体管、基准电压和电容等元件，以确保电路可靠。
3. 制造流程：按照设计进行工艺流程，包括掩膜制作、曝光、腐蚀、清洗、沉积及光刻等，制作成电路图。
二、集成电路设计的基本原理集成电路设计的核心是电路设计，电路设计者需要充分了解组成电路的元件，如电阻、电容、电感、二极管、三极管等，并需要熟悉基本电路、放大器、振荡器、计数器、逻辑电路、数字信号处理器等不同类型的电路。
此外，电路设计者还需了解电路参数及其相互关系。
在电路设计中，工艺参数也非常重要，包括掩膜线宽、晶圆直径、不同金属的电阻和电容等。
电路设计者需要对工艺参数有充分的了解，以保证电路设计的可行性。
三、集成电路设计的主要问题及解决方案1. 器件模型：在电路设计中，电路模型非常重要，能够快速、准确地模拟电路运行情况。
器件模型包括等效电路模型、元件模型和子电路模型。
电路设计者需根据电路的工作情况、物理特性和性能参数来选择器件模型。
2. 仿真技术：在电路设计中，仿真技术是检测电路性能好坏的有效方法。
仿真可分为电路仿真和系统仿真。
电路仿真主要用于验证电路参数和时域响应；系统仿真主要用于验证整个系统的功能和性能。
在仿真过程中，电路设计者可以对电路进行分析、仿真分析和性能优化等操作。
3. 电路布局：电路布局是电路设计中非常重要的环节。
根据设计需求和布局目的，确定电路元件的位置和布线方式。
《集成电路原理与设计》重点内容总结
《集成电路原理与设计》重点内容总结引言集成电路（Integrated Circuit, IC）作为现代电子工程的核心，其设计和制造技术的发展极大地推动了信息技术的进步。
《集成电路原理与设计》课程涵盖了IC设计的基础理论、工艺技术、设计流程和应用实例，对于电子工程领域的学生和专业人士具有重要意义。
第一部分：集成电路基础1.1 集成电路概述集成电路是将大量电子元件（如晶体管、电阻、电容等）集成在一块半导体材料（通常是硅）上的微型电子器件。
IC的出现极大地减小了电子设备的体积，提高了性能，降低了成本。
1.2 半导体物理基础半导体物理是IC设计的基础。
重点内容包括：半导体材料的特性，如硅和锗的电子结构。
PN结的形成和特性。
载流子（电子和空穴）的行为。
半导体中的扩散和漂移现象。
1.3 晶体管原理晶体管是IC中最基本的放大和开关元件。
重点内容包括：双极型晶体管（BJT）和金属氧化物半导体场效应晶体管（MOSFET）的工作原理。
晶体管的电流-电压特性。
晶体管的开关时间和速度。
第二部分：集成电路设计2.1 设计流程IC设计包括前端设计和后端设计两个主要阶段。
重点内容包括：系统规格定义和功能模块划分。
逻辑设计和电路设计。
物理设计，包括布局、布线和验证。
2.2 设计工具和方法IC设计涉及多种计算机辅助设计（CAD）工具和方法。
重点内容包括：硬件描述语言（如VHDL和Verilog）的使用。
逻辑综合和优化技术。
时序分析和仿真。
2.3 工艺技术IC的制造工艺对设计有重要影响。
重点内容包括：CMOS工艺流程。
工艺参数对IC性能的影响。
新型工艺技术，如FinFET和SOI。
第三部分：集成电路应用3.1 数字集成电路数字IC是实现数字逻辑功能的核心。
重点内容包括：门电路和触发器的设计。
算术逻辑单元（ALU）和微处理器的设计。
存储器的设计，如SRAM、DRAM和Flash。
3.2 模拟集成电路模拟IC用于处理模拟信号。
重点内容包括：放大器、滤波器和振荡器的设计。
数字集成电路原理与设计课程大纲
双极型逻辑电路
4
内容摘要：TTL和ECL逻辑电路的分析与设计。
知识点：饱和型逻辑电路、RTL电路、DTL电路、标准TTL电路、电压传输特性、瞬态特性、功耗、肖特基TTL电路，ECL电路、射极耦合开关、参考电源、射极跟随器。
基本的BiCMOS逻辑电路
2
内容摘要：BiCMOS电路的结构与特性。
知识点：BiCMOS反相器、逻辑摆幅、全摆幅的BiCMOS反相器、BiCMOS逻辑门、 BiCMOS三态门。
知识点：平面工艺的3种基本操作、阱区、二氧化硅的作用、LOCOS隔离、硅栅自对准；沟槽隔离、双阱、两种硅栅、SDE、Salicide、铜互连；pn结隔离，SBC结构、多晶硅发射极；闩锁效应、SOICMOS、BiCMOS；版图设计规则。
第3章
集成电路中的元器件
6
内容摘要：讲解MOS晶体管的基本原理和SPICE模型参数，双极晶体管的基本原理和SPICE模型参数，集成电路中电阻和电容元件的设计，集成电路中互连线的寄生效应。
第
7章
MOS存储器
2
内容摘要：存储器的分类，存储器的总体结构以及基本存储单元电路。
知识点：MOS存储器的分类，存储器的总体结构，DRAM和SRAM的单元结构。
（注：本资料素材和资料部分来自网络，仅供参考。请预览后才下载，期待你的好评与关注！）
知识点：阈值电压、MOSFET电流方程、导电因子、level 2模型、双极晶体管电流方程、饱和压降、EM模型、寄生效应；集成电阻、集成电容、互连线的寄生电阻和寄生电容、互连线的RC延迟。
第
4章
MOS反相器
4
内容摘要：CMOS反相器的直流特性和瞬态特性的分析，CMOS反相器的设计，NMOS与CMOS电路的性能比较。
数字集成电路分析与设计 第七章答案
CHAPTER 7P7.1. Assume that all nodes start at 0V. The first row outputs will be at DD T V V -. Since thesenodes are also the gate nodes of the second row of transistors, their source nodes will be at 2DD T V V -. Likewise, the last row of transistors have voltages of 3DD T V V -. However, this value is below 0V so we leave them at 0V.1.2V1.2V0.73V 0.73V 0.73V0.33V0.33V0.33V0V0V0VP7.2. (a)(b)(c)(d)P7.3. (a) First calculate V Q .()01.80.51.15Q DD T DD T V V V V V Vγ=-=-+=--=Since this is slightly below 1.3V (voltage at which the PMOS turns on), we assume that the PMOS is slightly on. Since the PMOS’s V GS is quite low (because Q is high) and its V DS is quite high (because Q is low), the transistor is very likely in saturation. Similarly for the NMOS, because its V GS is high and its V DS is low, it’s likely in the linear region. Equating the two currents:()()()()()()()()22,,222211DSNDSN CN NQ Q CN NSDP sat DSN linV N N OX GSN T DSN P sat OX GSP T V GSP T CP PN V N N OX Q T Q P sat OX DD Q T V DD Q T CP PE L N I I W C V V V W v C V V V V E L L W C V V V W v C V V V V V V E L L μμ=---=-++----=--++For simplicity we shall assume that 11Q CN NV E L +≈ and220QV ≈.()()()2N N OX Q T QP sat OX DD Q T DD Q T CP P NW C V V V W v C V V V V V V E L L μ---≈--+Solve to produce:0.0080V Q V ≈When the CLK goes low, the intermediate output suffers from clock feedthough. To calculate the effects of clock feedthrough, let us first compute the capacitances involved. The capacitance from the clock signal to Q is:(.2/)(.2)0.0.4fF GS OL C C fF um um ===The capacitance from the Q to ground is:()()()(),310.2320.2 1.4fF Q DN IN inv d g C C C C W C W =+=+=+=The capacitive feedthrough equation is:()210.04 1.80.05V 0.04 1.41.150.05 1.1VGS CLK Q GS Q Q Q Q C V V C C V V V -∆∆===-++=+∆=-=To get the new value of Q V , first determine the determine the regions of operation of the transistors in the inverter by calculating V S . Then, once again, use the currentequations to determine Q V .Since the new voltage of V Q is still greater than the switching voltage, the transistors are in the same regions:()()()()()()2000460.4100.2810P N sat OX DD Q T Q N N OX Q T DD Q T CP P OXW L v C V V V V W C V V V V V E L C μ---≈---+⨯⨯≈()()()21.8 1.10.50.2270OX C --()()0.016V1.10.5 1.8 1.10.5 4.8≈---+(b) In this case 1.8Q DD V V V == and 0Q V =. Clock feedthrough has no effect since the transmission gate CLK signals cancel each other out.()()()()()()()(),3151515315(23)312.5102100.2110(2)0.23(210)(0.2)312.5101100.2257.532.5pass pass inv d inv eqn g eff g eqn d t R C R C R C W C W C W R C Wps ps ps----=+=+++⎡⎤=⨯⨯+⨯+⨯+⎣⎦⨯⨯=+=P7.4.a. Out A BC =+BBOutb. Out AB BC C =++Outc. ()Out A B C AB ABC AB =+++=+BBOutd. ()()1Out A B C AB ABC AB AB C AB A B =+++=+=+==+OutP7.5.a. ()Out A B C =+b. ()()Out A B C D E =+++ P7.6.a. Out A BC =+c bclkclkV DDb. Out AB BCC =++a bclkclkV DDc.()Out A B C AB ABC AB =+++=+V DDd.()()()Out A B C AB A B C A B AB=+++=+++=+aclkclkV DDP7.7.Assuming that one of the transistors in each transmission gate is being driven by a min-sized inverter:a.()()()()122333passinvRC R R RLERC R R+====b.()()()()()()()()313133313133AAinvCCinvRRC RLERC R RRRC RLERC R R========()()()()339333BBinvRRC RLERC R R====P7.8.a. Out A sel B sel =⋅+⋅b.R inv 6.25k ΩC inv,diff 1.2fF C pass,gate 0.8fF C pass,diff0.8fFR pass 6.25k ΩCpass,diff0.8fFCpass,gate0.8fFfC inv,gate2.4f fFCpass,diff0.8fFc. ()()(),,,,,,2A C inv inv diff pass gate pass diff inv pass inv gate pass gate pass diff t R C C C R R fC C C -=++++++ d. (),,inv inv LOADC out inv diff LOAD inv inv diffR R C t fC C R C f f-=+=+ e.()()()()(),,,,,,,,220inv inv diff pass gate pass diff inv pass inv gate pass gate pass diff inv LOADinv inv diff inv LOAD inv pass inv gate t R C C C R R fC C C R C R C fR C dtR R C df f f =++++++++=+-===3.2=P7.9. In both of these cases, the logical effort is the same due to the fact that the longest pathfrom output to ground is three transistors long. Assume that the CLK arrives ahead of the signals. Then,12()26663R R LE R λλ+== P7.10. We will use 0.18um technology and the node names below:W=4W=4OutFor the two inverter inputs:()()()3230.2 1.2fF inv g C C W ===For the pass gate inputs:()0.4fF pass g C C W ==At node x:()(3)(2) 1.4x eff eff g C C W C W C W fF =++=At node y:()2((2))(2)2y eff g eff C C W C W C W fF =++=At node Out:()((2))(2) 1.2out eff g eff C C W C W C W fF =++=The shortest path is through the one of the G ND input nodes to the output:()()()()min 212.5 1.4212.5 1.247.5x out t RC RC k fF k fF ps =+=+=The longest path is through one of the inverters to the output.()()()()()()max 2312.5 1.4212.52312.5 1.2112.5sx y out t RC RC RC k fF k fF k fF p =++=++=P7.11. At 0t =: DD F V =0X =?Y =.When the a goes high the first time, the voltage at X would be computed using the charge-sharing formula:()101.21V 210F DDX X F C V V C C ===++But because the maximum allowable voltage at node x is 0.734V, set 0.734V X V = Then recomputed V F :()()()()10 1.220.734 1.05V 10F DD X X F F C V C V V C --===When Phi goes down, F DD V V = and V X and V Y remains the same. The next time the Phi goes up, all the internal nodes are 0. When Phi goes down, F DD V V = and V X and V Y remains at 0. P7.12.P7.13.a. The input settings that give you the worst-case charge sharing are any of 1a c e === and both of 0b d ==. Essentially, what you are doing it trying to create the greatest amount of parasitic capacitances without creating a path to G ND .b. Assuming that transistors share nodes to reduce capacitance.()()()()()()()12*11125(3)(5) 5.2fF 333190.2 1.8fF 5.2 1.8 1.34V 5.2 1.8g d g d C C W C W C W C C W W W C V V C C =++==++=====++ The actual voltage would be larger than this since the internal node cannot rise above V DD -V T .c. This circuit fails if the worse case voltage falls below the switching voltage which can be computed to be V S =0.92V. Therefore, the circuit will operate properly. P7.14. Both of these circuits act as latches. When EN is on, there is a path from the output toeither V DD or G ND . The first latch is better than the second because the second latch suffers from charge sharing. When EN is off, there is no path from the output to either of the sources, if IN is switching it is possible for whatever charge that is held on OUT to be shared with the internal nodes between the two NMOS’s or the two PMOS’s. Therefore, the second one is not as good as the first one. P7.15.a.OUT OL X DD TV V V V V ==-b. First, let ’s find the required change in voltage:()()2OUT DD OLX DD T DD T TV V V V V V V V V ∆=-∆=+--=Now, let’s set up the clock feedthrough equation and solve for C b :22b OUT X b XX X T Xb OUT X DD OL TC V V C C V C V C C V V V V V ∆∆=+∆==∆-∆--。
《集成电路设计导论》课件
IC设计的测试和验证
探讨IC设计的测试和验证技术， 以确保设计的正确性和可靠性。
总结与展望
集成电路设计的现状与未来趋势
总结集成电路设计的现状并展望未来的发展趋 势，如人工智能芯片和物联网应用。
集成电路设计中的挑战与机遇
探讨集成电路设计中面临的挑战和机遇，如功 耗优化和设计验证等。
《集成电路设计导论》 PPT课件
这是一套《集成电路设计导论》的PPT课件，针对集成电路的概念、分类和历 史发展等主题进行介绍，通过丰富的内容和精美的图片，让学习更加生动有 趣。
第一章：集成电路概述
集成电路的定义
介绍集成电路的基本概念和定义，以及其在电子领域中的重要作用。
集成电路的分类
分析不同类型的集成电路，包括数字集成电路、模拟集成电路和混合集成电路。
探讨集成电路设计中常用的仿真 技术，如时序仿真、噪声仿真和 功耗仿真等。
CMOS工艺的基本原理和特点，以及其在集成电路设计中的应用。
2
CMOS电路设计基础
讨论CMOS电路设计的基本原则和技巧，包括逻辑门设计和布局。
3
CMOS电路的布局与布线
解释CMOS电路布局与布线的重要性，以及如何进行最佳布局和布线。
第五章：模拟电路设计
模拟电路设计基础
介绍模拟电路设计的基本原理和 技术，包括信号放大、滤波和稳 压等。
模拟电路的建模与仿真
讨论模拟电路的建模方法和仿真 技术，以验证电路设计的准确性 和性能。
模拟电路的测试和调试
探讨模拟电路的测试和调试方法， 以保证电路的可靠性和稳定性。
第六章：数字电路设计
1
数字电路的逻辑设计
第四章：数模转换电路设计
数模转换电路的种类
集成电路原理与设计甘学温pdf
集成电路原理与设计甘学温pdf 《集成电路原理与设计》是一本以为读者介绍了集成电路的基本
原理和设计方法的经典教材。
它由甘学温教授编写，内容生动、全面
且具有指导意义。
在这本书中，甘学温教授首先介绍了集成电路的基本概念，包括
集成电路的分类、发展历程以及常见的集成电路制造工艺。
随后，他
深入解析了集成电路中的数字电路和模拟电路的设计原理，涵盖了逻
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他通过实例详细解释了如何进行数字电路和模拟电路的设计，
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读者可以通
过学习这些内容，掌握实际的设计技能，提高自己的集成电路设计水平。
此外，本书还介绍了一些集成电路设计中常见的问题和解决方法，如功耗优化、速度提升、抗干扰设计等。
甘学温教授借助他丰富的实
践经验，为读者提供了许多实用的设计技巧和经验教训，帮助读者在
实际工作中更好地应对各种挑战。
总的来说，《集成电路原理与设计》这本书内容生动、全面、具
有指导意义。
它不仅可以帮助读者建立坚实的集成电路基础知识，还
可以引导他们掌握实际的设计技能，提高自己在集成电路领域的竞争力。
这是一本值得读者深入研读和反复参考的优秀教材。
集成电路课件
设计方法学
集成电路设计的方法学主要包括基于硬件描述语言的设计方法、基于高层次综 合的设计方法等。同时，随着技术的发展，人工智能和机器学习等方法也逐渐 被应用于集成电路设计中。
理和传输。
在计算机领域，集成电路被用于CPU 、GPU、内存等计算机核心部件的设 计和制造。
在消费电子领域，集成电路被用于手 机、电视、数码相机等电子产品的设 计和制造。
在汽车电子领域，集成电路被用于发 动机控制、车身控制、自动驾驶等系 统的设计和制造。
在航空航天领域，集成电路被用于航 空航天设备的导航、控制、通信等系 统的设计和制造。
全球集成电路产业现状及特点
01
02
03
产业规模不断扩大
全球集成电路市场规模持 续增长，从2016年的 1690亿美元增长到2020 年的1960亿美元。
高技术含量
集成电路是信息技术产业 的核心，具有高技术含量 ，涉及微电子、计算机、 通信等多个领域。
全球化特征明显
全球集成电路产业分布广 泛，美国、欧洲、日本等 国家和地区都有强大的产 业集群。
总结词
高可靠性、低能耗、快速响应的 功率器件芯片。
详细描述
该案例探讨了某型功率器件芯片 的技术创新与产业升级，涉及先 进的材料技术、精细加工技术、 可靠性验证技术等，强调了集成 电路在节能减排、绿色环保等领 域的重要作用。
相关知识点
功率器件芯片的特点与用途，集 成电路在节能减排、绿色环保等 领域的应用价值。
集成电路的基本组成
集成电路主要由输入输出端口、逻辑功能模块、存储器、 时钟等组成，不同功能的芯片可能还包括其他特殊模块。
集成电路原理第七讲
第五章 发射极耦合逻辑(ECL)电路 第六章 集成注入逻辑(I2L)电路
第五章 发射极耦合逻辑(ECL)电路
Emitter Coupled Logic IC
1.引言 的电流开关电路 ECL工作在放大和截止两个状态。 优点：速度快——纳秒甚至亚纳秒； 工作频率高——几百兆甚至1.5GHz 缺点：功耗大——25mW； 电平阈值电压温度漂移大、噪声容限低、成 本高。 用途：超高速集成电路，数字通信系统，高精度测 试设备等方面.
高速计算机
工作在非饱和状态
ECL电平的补充说明
ECL的正电源电压为VCC，负电源电压VEE。
为了提高电路的抗干扰能力，应将VCC接 地，即采用负电源供电。 对于标准的ECL电路，规定VCC = 0V， VEE = -5.2V，输出高电平VOH = -0.924V， 输出低电平VOL = -1.75V。
ECL基本使A,B为L=-1.75
A
× B
×
√
-1.99
VBB 参考电位-1.29v
VEE -5.2v
ECL基本门电路
由H变L
由L变H
C
假使A或者B为H=-0.924V
D VBB 参考电位-1.29v A
√ B
×
-1.624
VEE -5.2v
ECL举例一
第I部分为基本门电 路，完成“或/或非” 功能； 第II部分为射级跟随 器，完成输出及隔离 功能； 第III部分为基准源电 路具有温度补偿功 能。
图5.1 ECL电路的基本门
ECL电路举例二
C VBB D A B F
E
C D A B
E F A B
-VEE
集成电路原理与设计
集成电路原理与设计集成电路是现代电子技术中的重要组成部分，它的发展与应用对于现代电子产业的发展起着至关重要的作用。
集成电路原理与设计是电子工程师必须掌握的基础知识之一，它涉及到电子元器件的工作原理、电路设计方法、集成电路的结构和工艺等方面的内容。
本文将从集成电路的基本原理、设计方法和应用领域等方面进行介绍和分析。
首先，我们来了解一下集成电路的基本原理。
集成电路是将多个电子元器件集成在一块半导体晶片上，通过微电子工艺将电子元器件、电路和系统功能集成在一起。
集成电路的基本原理是利用半导体材料的导电性和非导电性来实现电子器件的功能，通过控制半导体材料的导电性来实现电子元器件的工作。
集成电路的基本原理包括晶体管的工作原理、场效应管的工作原理、集成电路的逻辑门电路等内容。
其次，我们来介绍一下集成电路的设计方法。
集成电路的设计方法包括模拟电路设计和数字电路设计两个方面。
模拟电路设计是指利用模拟电子元器件来实现电路功能，它涉及到放大器、滤波器、功率放大器等电路的设计。
数字电路设计是指利用数字电子元器件来实现电路功能，它涉及到逻辑门电路、寄存器、计数器等电路的设计。
集成电路的设计方法需要掌握电子元器件的特性、电路的设计原理和电路的仿真分析方法。
最后，我们来讨论一下集成电路的应用领域。
集成电路的应用领域非常广泛，它涉及到通信、计算机、消费电子、汽车电子、工业控制等多个领域。
在通信领域，集成电路被广泛应用于移动通信、卫星通信、光纤通信等领域；在计算机领域，集成电路被广泛应用于微处理器、存储器、接口电路等领域；在消费电子领域，集成电路被广泛应用于手机、电视、音响等产品中；在汽车电子领域，集成电路被广泛应用于发动机控制、车载娱乐、车载导航等系统中；在工业控制领域，集成电路被广泛应用于工业自动化、机器人控制、传感器接口等领域。
总之，集成电路原理与设计是电子工程师必须掌握的基础知识之一，它涉及到电子元器件的工作原理、电路设计方法、集成电路的结构和工艺等方面的内容。
集成电路原理与设计教案
集成电路原理与设计教案教案一：集成电路的概述I. 课程背景A. 教学目标B. 先修知识II. 教学内容A. 集成电路的定义B. 集成电路的分类1. 按集成度分类2. 按制作工艺分类3. 按应用领域分类C. 集成电路的发展历程1. 从离散元件到集成电路2. 集成电路的快速发展3. 集成度与功能的提升III. 教学方法A. 讲授B. 讨论C. 实践操作D. 案例分析IV. 教学步骤A. 引入1. 介绍课程背景和重要性2. 激发学生兴趣B. 讲解集成电路的定义和分类1. 详细解释集成电路的概念2. 分类介绍不同类型的集成电路C. 探讨集成电路的发展历程1. 分析从离散元件到集成电路的进步2. 总结集成电路的发展趋势D. 进行实践操作和案例分析1. 学生通过实验了解集成电路的原理和设计过程2. 分析真实的集成电路案例E. 总结与展望1. 总结所学内容2. 展望未来集成电路的发展V. 教学评价A. 以课堂讨论和实际操作为主要评价方式B. 考核学生对集成电路原理和设计的理解能力C. 督促学生完成相应的实验报告和案例分析报告教案二：逻辑门电路设计I. 课程背景A. 教学目标B. 先修知识II. 教学内容A. 逻辑门的基本原理B. 逻辑门的代数表达式1. 布尔代数基本运算2. 逻辑门的真值表C. 逻辑门的设计方法1. 小规模集成电路的设计2. 大规模集成电路的设计D. 逻辑门的应用场景1. 数字电路中的逻辑门2. 逻辑门在计算机中的应用III. 教学方法A. 讲授B. 实验演示C. 讨论D. 练习IV. 教学步骤A. 引入1. 复习前一教案的内容2. 引出本节课的主题B. 介绍逻辑门的基本原理和代数表达式1. 解释逻辑门的基本功能2. 分析逻辑门的代数运算C. 演示逻辑门的设计方法1. 通过实验演示小规模集成电路设计的过程2. 探讨大规模集成电路设计的要点D. 讨论逻辑门的应用场景1. 分析数字电路中逻辑门的作用2. 探索逻辑门在计算机中的应用E. 知识巩固练习1. 学生进行逻辑门电路的设计练习2. 分析练习中出现的问题并进行讨论V. 教学评价A. 以练习结果和讨论参与度为主要评价方式B. 考核学生对逻辑门设计和应用的掌握程度C. 督促学生完成相应的设计练习报告和讨论记录教案三：集成电路的工艺制造I. 课程背景A. 教学目标B. 先修知识II. 教学内容A. 集成电路的工艺流程1. 层叠式工艺流程2. 半导体工艺制造步骤B. 集成电路的工艺问题与解决方案1. 掺杂控制问题2. 掩膜制备问题3. 金属铝连接问题C. 集成电路的测试与封装1. 功能测试2. 封装技术III. 教学方法A. 讲授B. 实验演示C. 讨论D. 案例分析IV. 教学步骤A. 引入1. 介绍工艺制造的重要性2. 引出本节课的主题B. 讲解集成电路的工艺流程1. 详细介绍层叠式工艺流程和半导体工艺制造步骤2. 分析每个步骤的作用和要点C. 探讨工艺问题与解决方案1. 分析工艺制造中可能出现的问题2. 提出相应的解决方案D. 实验演示集成电路的测试与封装技术1. 演示集成电路的功能测试方法2. 介绍封装技术的原理和方法E. 案例分析1. 分析真实的工艺制造案例2. 总结案例中的经验和教训V. 教学评价A. 以实验结果和案例分析报告为主要评价方式B. 考核学生对集成电路工艺制造的理解能力C. 督促学生完成相应的实验报告和案例分析报告通过以上三个教案，学生将能够全面了解集成电路的原理与设计，掌握逻辑门电路的设计方法，并深入了解集成电路的工艺制造过程。
集成电路原理与设计实验指导书
《集成电路原理与设计》实验指导书河北工业大学信息工程学院集成电路原理与设计课程组0000 年00月随着微电子的迅速发展，集成电路作为微电子的核心已经发展到65nm技术，单个芯片上能够集成多达七十亿个元器件，半导体技术正在进入将整个系统整合在单一晶片上的时代。
目前各种电子产品的极大丰富使得集成电路的设计和制造成为研究的重点，因此了解集成电路的原理与设计也就成为大学生学习的关键。
集成电路原理与设计课程主要介绍双极性集成电路（包括TTL电路、ECL电路、I2L电路）和MOS集成电路（包括NMOS、PMOS、CMOS）的组成特点、工作原理以及逻辑扩展方面的知识，借助计算机辅助设计软件，并遵循各项流程规则及参数规定进行仿真练习。
Tanner Tools Pro提供完整的集成电路设计环境，可在PC 机上运行，能够帮助学生进入VLSI设计领域。
它从电路图设计、电路分析与仿真到电路布局环境一应俱全。
学生通过仿真实验能够进一步深化对集成电路原理、半导体工艺等方面知识的理解和掌握，将电子科学与技术专业的基础知识融会贯通。
实验一使用S—Edit设计简单逻辑电路----------------------------------------------------------------4 实验二简单逻辑电路的瞬时分析和直流分析----------------------------------------------------------10 实验三全加器电路设计与瞬时分析----------------------------------------------------------------------23 实验四四位加法器电路设计与仿真----------------------------------------------------------------------28 实验五使用L—Edit画PMOS布局图-------------------------------------------------------------------33 实验六使用L—Edit画反相器布局图------------------------------------------------------------------43 实验七四位加法器标准原件自动配置与绕线--------------------------------------------------------55实验一使用S—Edit设计简单逻辑电路（2学时）一、实验目的1.熟悉S—Edit电路图编辑环境2.熟悉S—Edit中模块的编辑和引用3.掌握S—Edit菜单中各项的意义和使用方法4.掌握反相器和与非门两种电路图的编辑方法二、实验内容实验内容包括两个部分，首先利用S—Edit编辑反相器和与非门。
集成电路设计基础Ch07
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9.温度分析
与直流或瞬态分析等命令结合使用：例 如对反相器链瞬态特性的温度扫描： …… VIN IN 0 PULSE(0 5V 10NS 1N 1N 50N 100N) .TRAN 1N 200N sweep temp 0 125 20 .PRINT V(OUT) .END
6.5 缓冲驱动器设计实例
6.6 跨导放大器设计实例
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第7章 SPICE数模混合仿真程序的 设计流程及方法
7.1 采用SPICE的电路设计流程
7.2 电路元件的SPICE输入语句格式 7.3 电路特性分析语句
7.4 电路特性控制语句
list: 列出元件列表；
MEASDGT：.MEASURE语句输出的有效数字位数 例：.option post probe $MetaWaves只观察.probe语 句输出的变量。
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计算反相器链电路的延迟时间
.TITLE 1.2UM CMOS INVERTER CHAIN .INCLUDE "models.sp" …… X1 IN 1 INV WN=1.2U WP=3U X2 1 2 INV WN=1.2U WP=3U X3 2 OUT INV WN=1.2U WP=3U CL OUT 0 1PF VCC VDD 0 5V VIN IN 0 PULSE(0 5V 10NS 1N 1N 50N 100N) .TRAN 1N 200N .measure tran tdelay trig v(in) val=2.5 td=8ns rise=1 + targ v(out) val=2.5 td=9n fall=1 .END
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第七章MOS存储器
微电子学系
甘学温教授
1
摩尔定律引导MOS存储器发展
摩尔定律：单位面积芯片上所能容纳的器
件数量，每12-18个月翻一番。
摩尔定律得以保持的途径：
缩小特征尺寸
增大芯片面积
大芯片
单元结构的改进
2
主要内容
7.1 MOS存储器的分类
71
72
7.2 存储器的总体结构
7.3 存储器的单元结构
73
7.3.1 DRAM单元结构和工作原理
731DRAM
7.3.2 SRAM单元结构和工作原理
3
71MOS存储器的分类
7.1 MOS存储器的分类
MOS存储器主要分为两大类
（R d A M
随机存取存储器（Random Access Memory,
RAM）：挥发性存储，断电后存储内容消失。
只读存储器（Read Only Memory, ROM）：
存储存储内容期持少不挥发性存储，存储内容可以长期保持，至少保持10年以上。
持年
4
随机存取存储器RAM的分类
动态随机存取存储器（Dynamic Random Access Memory, 动态随机存取存储器（Dynamic Random Access Memory, DRAM）:
存储原理：依靠电容存储保持时间短必须定期刷新
存储原理：依靠电容存储，保持时间短，必须定期刷新。
特点：单元电路简单，面积小，有利于提高集成密度
用途：集成度高、功耗低，适合于计算机的内存。
用途集成度高功耗低适合于计算机的内存
静态随机存取存储器（Static Random Access
Memory，SRAM）：
存储原理：双稳态电路存储，只要不断电存储信息不会丢失。
特点：电路复杂，占用面积大，集成度不如DRAM高。
特点复占大集成度DRAM高
用途：工作速度快，常用来作高速缓冲存储器（cache）。
5
只读存储器ROM的分类
1.掩模编程的只读存储器（Mask Rom）：真正1掩模编程的只读存储器（M k R）
意义的只读存储器，存储信息由制作时的某一
块掩模版确定产品生产出来存储内容就不能块掩模版确定，产品生产出来存储内容就不能
再改变。
适合于存储固定程序、常数、字符等
固定内容。
固定内容
2.基于熔丝或反熔丝的可编程只读存储器（
基于熔或反熔的可编程只读存储器programmable ROM, PROM）：存储内容由用户编程确定，一般只能编程一次，相当于固定内容的只读存储器，但是比Mask ROM在应用上有一定灵活性。
6
3可擦除的可编程只读存储器（erasable and 只读存储器ROM的分类(续)3.可擦除的可编程只读存储器（erasable and programmable ROM, EPROM）:可以随机改写，擦除和写入时间较长耗能较大不如RAM的写入方便和写入时间较长，耗能较大，不如RAM的写入方便，因此归入只读存储器类。
（1）紫外光擦除UVEPROM （ulraviolet EPROM ）只能在断电情况下全片统一擦除。
（2）电擦除EEPROM （electrical EPROM ）：按位擦除和改写
Flash Memory ——一种可全片或按扇区快速擦除的EEPROM
7
•FeRAM（ferroelectric random access 新技术的发展
FeRAM（ferroelectric random access memory）和MRAM（magnetic random access memory）
–优点：具有DRAM高密度和RAM随机读/写的特点，不挥发性，保持时间长，耐久作读速度性好，功耗小、工作电压低、读写速度快、以及抗辐射、抗干扰等。
点作成本高常成艺–缺点：制作成本高，和常规集成电路工艺的不兼容性。
前景代盘实大容量存储–前景：取代硬盘实现大容量存储器。
8
71MOS存储器的分类
7.1 MOS存储器的分类
总结
9
主要内容
7.1 MOS存储器的分类
7.2 存储器的总体结构
7.3 存储器的单元结构
存储的单结构
7.3.1 DRAM单元结构和工作原理
731DRAM
单元结构和作原理
7.3.2 SRAM单元结构和工作原理
10
7.2 存储器的总体结构
72存储器的总体结构
1．存储单元阵列
2．译码器
3．输入/输出
缓冲器
4．时钟和控制
电路
11
1
存储单元阵列
存储器的集成度就是指存储单元的数
1．存储单元阵列
量，也就是存储器的容量。
存储单元都排成方阵。
例：一个4kb的存储器有4096个存储单元，这些单元可以排成64行×64列
（=4096）的方阵。
一字多位：如一个1k×4b的存储器可以存储1024个数据，每个数据有4位,因此总的存储容量仍是4096 。
12
2译码器
2．译码器
以4Kb（6464）存
64*64
储器为例。
每字1位：行地址6位
位行地址
（26=64），列地址
6位。
每字4位：行地址6位，
列地址4位（同时选中
列）
4列）。
13
多级译码
{第一级：5个两输入
与非门,
把10个行地址分成5
组译码。
组译码
{第二级：组合送入
1024个五输入与非门
译码。
14
3输入/输出缓冲器
3．输入/输出缓冲器
地址输入缓冲器的要求和作用：
输入信号缓冲的作用
产生地址信号的正、反码
足够大的驱动能力
数据输入缓冲器
数据输出缓冲器
15
SRAM的位线结构
16
主要内容
7.1 MOS存储器的分类
71MOS
7.2 存储器的总体结构
72
7.3
7.3 存储器的单元结构
7.3.1 DRAM单元结构和工作原理
7.3.2 SRAM单元结构和工作原理
17
7.3.1 DRAM单元结构和工作原理731DRAM单元结构和工作原理
存储电容Cs=A(C
+C j)
ox
18
信息的写入
•写1：
预备动作：位线高电平
过程：字线高电平门管导通位线向存储电容充电
结果：存储节点的高电平S1DD TN
：V=V －V
写0：
预备动作：位线低电平
过程：字线高电平门管导通位线对存储电容放电
存节平S0
结果：存储节点的低电平：V=0
19
信息的读取
预备动作位线预充电10
S S V V V +=
{
预备动作：位线预充电
过程字线高电平{
过程：字线高电平
-〉门管导通-〉存储电容和位线电容发生电荷分享
R B SO S
BO
R
B S
V C V C V V C C +=<+11R B S S
B R B S
V C V C V V C C +=
>+20
为了反映DRAM单元读出特性，引入单元电电荷传输效率
荷传输效率的参数T
V−
Δ
10
B B S
B
V C
V
T===
由于位线电容比存储电容大很多，因此电荷传输效率远小于1
DRAM读操作存在2个问题: 读出后单元信号被破坏,
读出信号微弱
解决办法: 设置灵敏再生放大器(S/R)
21
主要内容
7.1 MOS存储器的分类
71MOS
7.2 存储器的总体结构
72
7.3
7.3 存储器的单元结构
7.3.1 DRAM单元结构和工作原理7.3.2 SRAM单元结构和工作原理
22
7.3.1 SRAM单元结构和工作原理731SRAM单元结构和工作原理高阻多晶硅电阻负载的单元
问题：功耗与可靠性的矛盾
23
CMOS单元电路
•解决电阻负载单元中
功耗和可靠性的矛盾
•优势：
–只有泄漏电流引起的
静态功耗
–保证单元存储信息可靠
问题减单
•问题：如何减小单元
面积
24。