集成电路设计方案习题答案章

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集成电路设计方案习题答案章

CH1

1.按规模划分,集成电路的发展已经经历了哪几代?它的发展遵循了一条业界著名的定律,请说出是什么定律?

晶体管-分立元件-SSI-MSI-LSI-VLSI-ULSI-GSI-SOC。MOORE 定律

2.什么是无生产线集成电路设计?列出无生产线集成电路设计的特点和环境。

拥有设计人才和技术,但不拥有生产线。特点:电路设计,工艺制造,封装分立运行。环境:IC产业生产能力剩余,人们需要更多的功能芯片设计

3.多工程晶圆

MPW:把几到几十种工艺上兼容的芯片拼装到一个宏芯片上,然后以步行的方式排列到一到多个晶圆上。意义:降低成本。

4.集成电路设计需要哪四个方面的知识?

系统,电路,工具,工艺方面的知识

CH2

1.为什么硅材料在集成电路技术中起着举足轻重的作用?

原材料来源丰富,技术成熟,硅基产品价格低廉2.GaAs和InP材料各有哪些特点? P10,11

3.怎样的条件下金属与半导体形成欧姆接触?怎样的条件下金属与半导体形成肖特基接触?

接触区半导体重掺杂可实现欧姆接触,金属与掺杂半导体接触形成肖特基接触

4.说出多晶硅在CMOS工艺中

的作用。P13

5.列出你知道的异质半导体材料系统。

GaAs/AlGaAs, InP/ InGaAs, Si/SiGe,

6.SOI材料是怎样形成的,有什么特点?

SOI绝缘体上硅,能够经过氧隔离或者晶片粘结技术完成。特点:电极与衬底之间寄生电容大大减少,器件速度更快,功率更低

7. 肖特基接触和欧姆型接触各有什么特点?

肖特基接触:阻挡层具有类似PN结的伏安特性。欧姆型接触:载流子能够容易地利用量子遂穿效应相应自由传输。

8. 简述双极型晶体管和MOS晶体管的工作原理。P19,21

CH31.写出晶体外延的意义,列出三种外延生长方法,并比较各自的优缺点。

意义:用同质材料形成具有不同掺杂种类及浓度而具有不同性能的晶体层。外延方法:液态生长,气相外延生长,金属有机物气相外延生长

2.写出掩膜在IC制造过程中的作用,比较整版掩膜和单片掩膜的区别,列举三种掩膜的制造方法。P28,29

3.写出光刻的作用,光刻有哪两种曝光方式?作用:把掩膜上的图形转换成晶圆上的器件结构。曝光方式有接触与非接触两种。

4.X射线制版和直接电子束直写技术替代光刻技术有什么优缺点?

X 射线

光短得多的波长,可用来制作更高分辨率的掩膜版。电子束扫描法,,由于高速电子的波长很短,分辨率很高

5.说出半导体工艺中掺杂的作用,举出两种掺杂方法,并比较其优缺点。

热扩散掺杂和离子注入法。与热扩散相比,离子注入法的优点如下:1.掺杂的过程可经过调整杂质剂量与能量来精确控制杂质分布。2.可进行小剂量的掺杂。3.可进行极小深度的掺杂。4.较低的工业温度,故光刻胶可用作掩膜。5.可供掺杂的离子种类较多,离子注入法也可用于制作隔离岛。缺点:价格昂贵,大剂量注入时,半导体晶格会遭到严重破坏且难以恢复

6.列出干法和湿法氧化法形成SiO2的化学反应式。

干氧湿氧

CH4

1.Si工艺和GaAs工艺都有哪些晶体管结构和电路形式?见表4.1

2.比较CMOS工艺和GaAs工艺的特点。

CMOS工艺技术成熟,功耗低。GaAs工艺技术不成熟,工作频率高。

3.什么是MOS工艺的特征尺

寸?

工艺能够实现的平面结构的最小宽度,一般指最小栅长。

4.为什么硅栅工艺取代铝栅工

艺成为CMOS工艺的主流技术?

铝栅工艺缺点是,制造源漏极与制造栅极需要两次掩膜步骤

对齐。硅栅工艺的优点是:自对准的,它无需重叠设计,减小了电容,提高了速度,增加了电路的稳定性。

5.为什么在栅长相同的情况下

NMOS管速度要高于PMOS 管?

因为电子的迁移率大于空穴的迁移率

6.简述CMOS工艺的基本工艺流程。P.52

7.常规N-Well CMOS工艺需要哪几层掩膜?每层掩膜分别有什么作用?P50表4.3

CH5

6.说出MOSFET的基本结构。

MOSFET由两个PN结和一个MOS电容组成。

7.写出MOSFET的基本电流方

程。

8.MOSFET的饱和电流取决于

哪些参数?

饱和电流取决于栅极宽度W,栅极长度L,栅-源之间压降,阈值电压,氧化层厚度,氧化层介电常数

9.为什么说MOSFET是平方率

器件?

因为MOSFET的饱和电流具有平方特性

10.什么是MOSFET的阈值电

压?它受哪些因素影响?

阈值电压就是将栅极下面的Si表面从P型Si变成N型Si 所必要的电压。影响它的因素有4个:材料的功函数之差,SiO2层中能够移动的正离子的影响,氧化层中固定电荷的影响,界面势阱的影响

11.什么是MOS器件的体效

应?

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