集成电路设计基础.
数字集成电路设计基础
数字集成电路设计基础
1. 数字逻辑
•布尔代数
•组合逻辑电路
•时序逻辑电路
•状态机
2. CMOS 技术
•CMOS 器件的结构和特性•MOS 晶体管的开关特性•CMOS 逻辑门
•CMOS 存储器
3. 数字集成电路设计流程
•系统规范
•架构设计
•逻辑设计
•物理设计
•验证和测试
4. 组合逻辑电路设计
•门级优化
•多级逻辑优化
•可编程逻辑器件 (FPGA)
5. 时序逻辑电路设计
•时钟和复位电路
•触发器和锁存器
•同步和异步时序电路
6. 存储器设计
•静态随机存取存储器 (SRAM) •动态随机存取存储器 (DRAM) •只读存储器 (ROM)
•闪存
7. 芯片设计中的布局和布线
•布局约束和规则•布线算法
•时序和功耗优化8. 验证和测试
•功能验证
•时序验证
•制造测试
9. 数字集成电路应用•微处理器和单片机•数字信号处理•通信系统
•嵌入式系统
其他重要概念：
•数制转换
•可靠性和容错性•EDA 工具
•低功耗设计
•可制造性设计。
集成电路设计基础第11章数字集成vlsi系统设计基础
通过对时序逻辑电路的输入、输出及状态进行分析，了解其工作原理和特性。
时序逻辑电路设计
根据实际需求，选用合适的触发器和组合逻辑电路，设计出满足特定功能的时序逻辑电路。同时 需要考虑时序问题，确保电路的正确性和稳定性。
03
数字集成VLSI系统关键技术
高性能计算技术
并行处理技术
通过多核处理器、GPU加速等技术提高计算能力。
逻辑综合
将HDL代码转换为门级网表，优化电路性能并降低功 耗。
布局布线
根据电路需求和工艺要求，将门级网映射到具体的 芯片上，实现电路的物理实现。
时序分析
对布局布线后的电路进行时序分析，确保电路时序的 正确性和性能。
仿真验证与测试方法
前仿真
在电路设计阶段进行仿真验证， 检查电路功能和性能是否符合设 计要求。
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集成电路设计基础第11章数 字集成vlsi系统设计基础
• 数字集成VLSI系统概述 • 数字集成VLSI系统基本原理 • 数字集成VLSI系统关键技术 • 数字集成VLSI系统实现方法
• 数字集成VLSI系统应用实例 • 数字集成VLSI系统前沿研究动态
01
数字集成VLSI系统概述
定义与发展历程
柔性电子在数字集成VLSI中潜在价值
柔性电子器件
利用柔性基底和可弯曲的电 子材料制造柔性电子器件， 实现可穿戴、可折叠的数字
集成VLSI系统。
生物兼容性
柔性电子具有良好的生物兼 容性，可用于生物医学应用 中与人体紧密接触的电子设
备。
轻量化与便携性
柔性电子器件具有轻量化、 薄型化和可弯曲的特点，便 于携带和集成到各种移动设 备中。
应用领域及市场需求
集成电路设计基础课程简介
集成电路设计基础课程简介集成电路设计基础课程简介集成电路设计基础课程是电子信息类专业中的一门重要课程，它主要介绍了集成电路设计的基本原理、方法和技术。
通过学习这门课程，学生将能够掌握集成电路设计的基本理论知识，了解集成电路设计的流程和方法，培养集成电路设计的能力和创新思维。
本课程主要包括以下几个方面的内容：1. 集成电路设计概述：介绍集成电路设计的基本概念、发展历程和应用领域，让学生对集成电路设计有一个整体的认识。
2. 集成电路设计流程：详细介绍集成电路设计的流程和各个环节，包括需求分析、电路设计、布局布线、仿真验证等，让学生了解整个设计过程的每个环节。
3. 集成电路设计工具：介绍常用的集成电路设计工具，如EDA软件、仿真工具等，让学生掌握使用这些工具进行集成电路设计的能力。
4. 集成电路设计基础知识：介绍集成电路设计中的基础知识，如数字电路、模拟电路、信号处理等，让学生建立起扎实的基础知识。
5. 集成电路设计方法与技术：介绍常用的集成电路设计方法和技术，如逻辑设计、时序设计、布局布线技术等，让学生了解并掌握这些方法和技术。
6. 集成电路设计案例分析：通过分析一些实际的集成电路设计案例，让学生了解集成电路设计在实际应用中的具体情况和问题，并培养学生解决问题的能力。
通过学习这门课程，学生将能够掌握以下能力：1. 掌握集成电路设计的基本理论知识，了解集成电路设计的流程和方法。
2. 掌握常用的集成电路设计工具，能够使用这些工具进行集成电路设计。
3. 建立起扎实的集成电路设计基础知识，能够进行基本的数字电路和模拟电路设计。
4. 掌握常用的集成电路设计方法和技术，能够进行逻辑设计、时序设计等。
5. 具备分析和解决集成电路设计问题的能力，能够应对实际应用中的挑战。
总之，集成电路设计基础课程是电子信息类专业中一门重要的课程，通过学习这门课程，学生将能够掌握集成电路设计的基本理论知识和方法，培养集成电路设计能力和创新思维。
集成电路设计基础
集成电路设计基础1. 引言集成电路设计是现代电子工程领域中的重要一环。
它涉及到将多个电子元件（如晶体管、电容器和电阻器等）集成在同一个硅片上，从而实现更高级别的电子功能。
本文将介绍集成电路设计的基础知识，包括集成电路的分类、设计流程以及常用的设计工具等。
2. 集成电路的分类根据集成度的不同，集成电路可以分为三种类型：小规模集成电路（LSI）、中规模集成电路（MSI）和大规模集成电路（LSI）。
LSI通常包括10个以上的门电路，MSI则包括数十个门电路，而LSI包含了成千上万个门电路。
此外，根据功能的不同，集成电路可以分为模拟集成电路和数字集成电路。
模拟集成电路是利用模拟信号进行信息处理，而数字集成电路是利用数字信号进行信息处理。
3. 集成电路设计流程集成电路的设计通常包括以下几个步骤：3.1 需求分析在设计集成电路之前，首先需要明确设计的目标和需求。
这包括确定电路的功能、性能指标以及工作环境等。
3.2 电路设计在电路设计阶段，需要根据需求分析的结果设计出符合要求的电路结构。
这包括选择适当的电子元件、确定元件的连接方式以及设计电路的布局等。
3.3 电路模拟在电路模拟阶段，使用模拟电路仿真工具对设计的电路进行模拟。
通过模拟可以评估电路的性能指标，如增益、带宽和功耗等。
3.4 电路布局与布线在电路布局与布线阶段，需要设计电路的物理结构以及元件之间的连接方式。
这包括确定电路的尺寸、排列顺序以及设计布线的路径等。
3.5 校准与测试在校准与测试阶段，需要对设计的集成电路进行校准和测试。
这包括检查电路的功能和性能指标是否满足需求，并对电路进行调整和优化。
4. 集成电路设计工具集成电路设计通常使用专门的设计工具来辅助完成。
常用的集成电路设计工具包括：•电路设计工具：如Cadence、Mentor Graphics等，用于设计电路的原理图和逻辑图。
•电路仿真工具：如Spice、HSPICE等，用于对设计的电路进行模拟和验证。
集成电路设计基础 课后答案
班级：通信二班姓名：赵庆超学号：200712012977，版图设计中整体布局有哪些注意事项？答：1版图设计最基本满足版图设计准则，以提高电路的匹配性能，抗干扰性能和高频工作性能。
2 整体力求层次化设计，即按功能将版图划分为若干子单元，每个子单元又可能包含若干子单元，从最小的子单元进行设计，这些子单元又被调用完成较大单元的设计，这种方法大大减少了设计和修改的工作量，且结构严谨，层次清晰。
3 图形应尽量简洁，避免不必要的多边形，对连接在一起的同一层应尽量合并，这不仅可减小版图的数据存储量，而且版图一模了然。
4 在构思版图结构时，除要考虑版图所占的面积，输入和输出的合理分布，较小不必要的寄生效应外，还应力求版图与电路原理框图保持一致（必要时修改框图画法），并力求版图美观大方。
8，版图设计中元件布局布线方面有哪些注意事项？答：1 各不同布线层的性能各不相同，晶体管等效电阻应大大高于布线电阻。
高速电路，电荷的分配效应会引起很多问题。
2 随器件尺寸的减小，线宽和线间距也在减小，多层布线层之间的介质层也在变薄，这将大大增加布线电阻和分布电阻。
3 电源线和地线应尽可能的避免用扩散区和多晶硅布线，特别是通过较大电流的那部分电源线和地线。
因此集成电路的版图设计电源线和地线多采用梳状布线，避免交叉，或者用多层金属工艺，提高设计布线的灵活性。
4 禁止在一条铝布线的长信号霞平行走过另一条用多晶硅或者扩散区布线的长信号线。
因为长距离平行布线的两条信号线之间存在着较大的分布电容，一条信号线会在另一条信号线上产生较大的噪声，使电路不能正常工作。
、5 压点离开芯片内部图形的距离不应少于20um，以避免芯片键和时，因应力而造成电路损坏。
CMOS集成电路设计基础
CMOS集成电路设计基础CMOS（亦称互补金属氧化物半导体）是一种常用的集成电路设计技术，它在数字电路中广泛使用。
本文将详细介绍CMOS集成电路设计的基础知识。
CMOS电路是由PMOS（P型金属氧化物半导体）和NMOS（N型金属氧化物半导体）晶体管组成的。
PMOS和NMOS的工作原理相反，当输入信号为高电平时，PMOS开关导通，NMOS截断；当输入信号为低电平时，PMOS截断，NMOS导通。
通过PMOS和NMOS的结合，可以实现高度集成的数字电路。
CMOS电路的优势主要体现在以下几个方面：1.功耗低：由于CMOS电路只有在切换时才消耗功耗，因此静态功耗基本可以忽略不计。
而且CMOS在开关时的功耗也非常低。
2.噪声低：CMOS电路的输出电平会受到两个晶体管开关阈值的影响，这样可以减小由于电流变化而引起的噪声。
3.集成度高：CMOS电路可以实现非常高的集成度，因为它的结构非常简单，只需要两种类型的晶体管。
1.逻辑门设计：逻辑门是CMOS电路的基本单元，它可以实现与门、或门、非门等逻辑运算。
逻辑门的设计要考虑功耗、速度和面积等因素。
2.布局设计：布局设计是将逻辑门按照一定的规则进行布置，以实现电路的高集成度和高性能。
布局设计需要考虑晶体管的相互影响，以及电路的信号延迟等因素。
3.时序设计：时序设计是指在设计中考虑到电路的时序特性，以满足时序约束。
时序设计需要考虑时钟频率、延迟等因素，以确保电路的正确操作。
4.电源和地设计：CMOS电路需要提供稳定的电源和地，以确保电路的正常运行。
电源和地的设计需要考虑电源噪声、电源提供能力等因素。
总之，CMOS集成电路设计基础知识包括逻辑门设计、布局设计、时序设计和电源地设计等方面。
了解这些基础知识，可以帮助我们理解和设计复杂的CMOS集成电路，提高电路的性能和可靠性。
集成电路设计基础
集成电路设计基础集成电路设计是现代电子技术中的重要组成部分，它涉及到电路设计、布局、布线、仿真、验证等多个环节。
本文将从集成电路设计的基础知识入手，介绍一些常用的设计方法和流程。
一、集成电路设计的基本概念集成电路是将多个电子元器件集成在一块芯片上的电路。
它的设计过程主要包括逻辑设计和物理设计两个阶段。
逻辑设计是指根据电路的功能要求，使用逻辑门和触发器等基本逻辑单元，设计出满足特定功能的逻辑电路。
物理设计则是将逻辑电路映射到实际的物理布局上，包括芯片的布局、布线和电路的优化等。
二、集成电路设计的方法1. 逻辑设计方法逻辑设计是集成电路设计的第一步，它决定了电路的功能和性能。
常用的逻辑设计方法包括门级逻辑设计、寄存器传输级（RTL）设计和行为级设计等。
门级逻辑设计是指将逻辑电路表示为逻辑门的组合，可以使用与、或、非等基本逻辑门进行逻辑运算。
寄存器传输级设计则是将逻辑电路表示为寄存器和数据传输器的组合，它可以更直观地描述电路的数据流动。
行为级设计是指使用高级语言（如Verilog、VHDL等）描述电路的功能和行为。
2. 物理设计方法物理设计是将逻辑电路映射到实际的物理布局上，其目标是在满足电路功能和性能要求的前提下，尽可能减小电路的面积和功耗。
物理设计的主要步骤包括芯片的布局、布线和电路的优化。
芯片的布局是指将电路的各个逻辑单元按照一定的规则放置在芯片上，以满足电路的连接要求和良好的电路布局。
布线是指将逻辑单元之间的连线完成，使其能够正常传递信号。
布线的目标是尽量减小连线的长度和延迟，提高电路的运行速度。
电路的优化是指对布局和布线进行进一步的优化，以减小芯片的面积和功耗。
常用的优化方法包括逻辑优化、时钟树优化和功耗优化等。
三、集成电路设计的流程集成电路设计的流程一般包括需求分析、逻辑设计、验证、物理设计和后端流程等多个阶段。
需求分析阶段是确定电路的功能和性能要求，以及电路的输入输出特性等。
逻辑设计阶段是根据需求分析的结果，设计出满足功能和性能要求的逻辑电路。
集成电路设计基础复习
1. 在P 衬底硅片上设计的PMOS 管可以分为n+层、SiO 2层、多晶硅层、金属层和N 井层。
2. 在集成电路设计中，制造厂商所给的工艺中有R □为它成为（方块电阻）。
3. MOS 管元件参数中的C ox 是栅极单位面积所具有的（电容值）。
4. 对于NMOS 而言，工作在饱和区中，其漏电流I D 等于（21()2D P ox GS TH WI C V V Lμ=-），不能使用β或K 来表示。
5. 对于PMOS 而言，工作在饱和区中，其漏电流I D 等于（21(||)2D P ox SG TH WI C V V Lμ=--），不能使用β或K 来表示。
6. 对于工作在饱和区的NMOS 而言，其g m 等于（2Dm GS THI g V V =-），只能有I D 和过驱动电压表示。
7. 对于工作在饱和区的NMOS 而言，其g m等于（m g =），只能有I D 、W 、L 以及工艺参数表示。
8. 根据MOS 管特征曲线划分的四个工作区域，可以作为MOS 电阻的区域为（深度三极管区）。
9. 根据MOS 管特征曲线划分的四个工作区域中，可以作为电流源的区域为（饱和区）。
10. 对于NMOS 而言，导电沟道形成，但没有产生夹断的外部条件为（V DS 小于V GS -V TH ）。
11. 差动信号的优点，能（有效抑制共模噪声），增大输出电压摆幅，偏置电路更简单和输出线性度更高。
12. 分析MOS 共栅放大电路，其电流增益约等于（1）。
13. 差动信号的优点，能有效抑制共模噪声，增大输出电压摆幅，偏置电路更简单和（输出线性度更高）。
14. 共源共栅电流镜如下图所示，当V X 电压源由大变小的过程中，M2和M3管，（M3）先退出饱和区。
1. 根据MOS管特征曲线划分的四个工作区域中，可以作为电流源的区域为（ B ）。
A 线性区B 饱和区C 截止区D 三极管区2. 根据MOS管特征曲线划分的四个工作区域中，可以作为MOS电阻的区域为（ A ）。
集成电路设计基础期末考试复习题
全部复习题均可在教材上找到参考答案！！！1.摩尔定律的内容：单位面积芯片上所能容纳的器件数量，每12-18个月翻一番。
2.摩尔定律得以保持的途径：特征尺寸不断缩小、增大芯片面积及单元结构的改良。
3.图形的加工是通过光刻和刻蚀工艺完成的。
4.在场区中，预防出现寄生沟道的措施：足够厚的场氧化层、场区注硼、合理的幅员。
5.形成SOI材料的三种主要技术：注氧隔离技术、键合减薄技术、智能剥离技术。
6.实际的多路器和逆多路器中输入和输出一般是多位信息，如果对m个n位数据进行选择，则需要n位m选一多路器。
7.在氧化层上形成所需要的图形的步骤：甩胶、曝光、显影、刻蚀、去胶。
8.幅员设计规则可以用两种形式给出：微米规则和λ规则。
9.常规CMOS结构的闩锁效应严峻地影响电路的可靠性，解决闩锁效应最有效的方法是开发多晶硅技术。
10.要完成四选一多路器，应该用2位二进制变量组成4个操纵信号，操纵4个数据的选择。
11.摩尔分析了集成电路迅速开展的原因，他指出集成度的提高主要是三方面的奉献：特征尺寸不断缩小、芯片面积不断增大、器件和电路结构的不断改良。
12.缩小特征尺寸的目的：使集成电路继续遵循摩尔定律提高集成密度；提高集成度可以使电子设备体积更小、速度更高、功耗更低；降低单位功能电路的本钱，提高产品的性能/价格比，使产品更具竞争力。
13.N阱CMOS主要工艺步骤：衬底硅片的选择→制作n阱→场区氧化→制作硅栅→形成源、漏区→形成金属互连线。
14.解决双极型晶体管纵向按比例缩小问题的最正确方案之一，就是采纳多晶硅发射极结构，预防发射区离子注入对硅外表的损伤。
15.n输入与非门设计考虑，根据直流特性设计：Kr=KN/KP=n3/2；根据瞬态特性设计：Kr=KN/KP=n。
n输入或非门设计考虑，根据直流特性设计：Kr=KN/KP=n-3/2；根据瞬态特性设计：Kr= Kr=KN/KP=1/n.16.CE等比例缩小定律要求器件的全部几何尺寸，包含横向和纵向尺寸，都缩小k倍；衬底掺杂浓度增大K倍；电源电压下降K倍。
ic设计知识清单集成电路必备的基础知识
ic设计知识清单集成电路必备的基础知识1.半导体物理与器件知识了解半导体材料属性，主要包括固体晶格结构、量子力学、固体量子理论、平衡半导体、输运现象、半导体中的非平衡过剩载流子；熟悉半导体器件基础，主要包括pn结、pn结二极管、金属半导体和半导体异质结、金属氧化物半导体场效应晶体管、双极晶体管、结型场效应晶体管等。
2.信号与系统知识熟悉线性系统的基本理论、信号与系统的基本概念、线性时不变系统、连续与离散信号的傅里叶标识、傅里叶变换以及时域和频域系统的分析方法等，能够理解各种信号系统的分析方法并比较其异同。
3.模拟电路知识熟悉基本放大电路、多级放大电路、集成运算放大电路、放大电路的频率相应、放大电路中的反馈、信号的运算和处理、波形的发生和信号的转换、功率放大电路、直流电源和模拟电子电路读图等。
4.数字电路知识熟悉数制和码制、逻辑代数基础、门电路、组合逻辑电路、半导体存储电路、时序逻辑电路、脉冲波形的产生和整形电路、数-模和模-数转换等。
5.微机原理知识了解数据在计算机中的运算与表示形式，计算机的基本组成。
微处理器结构，寻址方式与指令系统，汇编语言程序设计基础，存储器及其接口，输入/输出及DMA技术，中断系统，可编程接口电路，总线技术，高性能微处理器的先进技术与典型结构，嵌入式系统与嵌入式处理器入门等。
6.集成电路工艺流程知识了解半导体技术导论，集成电路工艺导论，半导体基础知识，晶圆制造，外延和衬底加工技术，半导体工艺中的加热工艺，光刻工艺等离子体工艺技术，离子注入工艺，刻蚀工艺，化学气相沉积与电介质薄膜沉积，金属化工艺，化学机械工艺，半导体工艺整合，CMOS工艺演化。
7.集成电路计算机辅助设计知识了解CMOS集成电路设计所需的EDA工具，主要分为EDA设计工具概念、模拟集成电路EDA技术、数字集成电路EDA技术与集成电路反向分析技术等。
集成电路设计基础 课后答案
1、答：确定系统规范；系统框架设计；源代码设计；FPGA综合和硬件验证；ASIC逻辑综合；综合后仿真；版图设计；版图后仿真；提交版图数据、制版流片和芯片测试。
其中所涉及的问题有对系统划分为若干子模块并设计控制器以控制协调各子模块的工作。
将行为级或寄存器级描述转换成相应门级网表等。
√9、答：单进程状态机之寄存器的VHDL程序：library ieee;use ieee.std-logic-1164.all; √entity controller is √port (ready: in std-logic;clk: in std-logic;read-write: in std-logic;we,oe: out std-logic);end controller; √architecture state-machine of controller istype state-type is (idle,decision,read,write);signal present-state,next-state :state-type;beginprocess1;process(clk)beginif(clk'event and clk='1')then present_state<=next_state;end if;end process; √process2:process(present_state,ready,read_write)begincase present_state iswhen idle=>we<='0';oe<='0';if(ready='1')then next_state<=decision;end if; √when decision=>we<='0';oe<='0';if(read_write='1')then next_state<=read;else next_state<=write;end if; √when read=>we<='0';oe<='1';if(ready='1')then next_state<=idle;else next_state<=read;end if; √when write=>we<='1';oe<='0';if(ready='1')then next_state<=idle;else next_state<=write;end if; √end case;end process;end state_machine;√对于这个状态机来说其双进程的VHDL程序如下：library ieee;use ieee.std-logic-1164.all;entity controller isport (ready: in std-logic;clk: in std-logic;read-write: in std-logic;we,oe: out std-logic);end controller;architecture state-machine of controller istype state-type is (idle,decision,read,write);signal present-state,next-state :state-type;begin--process1:process(present_state,ready,read_write)begincase present_state iswhen idle=>we<='0';oe<='0';if(ready='1')then next_state<=decision;end if;when decision=>we<='0';oe<='0';if(read_write='1')then next_state<=read;else next_state<=write;end if;when read=>we<='0';oe<='1';if(ready='1')then next_state<=idle;else next_state<=read;end if;when write=>we<='1';oe<='0';if(ready='1')then next_state<=idle;else next_state<=write;end if;end case;end process;--process2;process(clk)beginif(clk'event and clk='1')then present_state<=next_state;end if;end process;end state_machine; √12、答：逻辑综合有以下几个步骤：RTL描述，此过程要对电路进行描述并进行必要的功能验证；翻译，此过程是对中间资源进行一些简单的分配；逻辑优化，此进程用于去除冗余逻辑，以产生优化的内部结果；工艺映射和优化，此过程使用工艺库中所提供的单元代替前面的中间描述；工艺库，此过程利用工艺库中的单元进行设计；设计约束条件，此过程从时序、序、面积、功耗和工作环境等因素考虑各约束条件；最优化的门级描述，此过程是反复修改RTL代码或设计约束条件，以便得到预想的设计效果。
集成电路设计基础_华中科技大学中国大学mooc课后章节答案期末考试题库2023年
集成电路设计基础_华中科技大学中国大学mooc课后章节答案期末考试题库2023年1.画小信号等效电路时，恒定电流源视为。
答案:开路2.模拟集成电路设计中可使用小信号分析方法的是。
答案:增益3.模拟集成电路设计中可使用大信号分析方法的是（）。
答案:输出摆幅4.题1-1-1 中国高端芯片联盟正式成立时间是：。
答案:2016年7月5.题1-1-2 如下不是集成电路产业特性的是：。
答案:低风险6.题1-1-3 摩尔定律是指集成电路上可容纳的晶体管数目，约每隔：个月便会增加一倍，性能也将提升一倍。
答案:187.MOS管的小信号模型中，体现沟长调制效应的参数是（）。
答案:8.工作在饱和区的MOS管，可以被看作是一个。
答案:电压控制电流源9.下图中的MOS管工作在区（假定Vth=0.7V）。
【图片】答案:饱和区10.一个MOS管的本征增益表述错误的是。
答案:与MOS管电流无关11.工作在区的MOS管，其跨导是恒定值。
答案:饱和12.MOS管中相对最大的寄生电容是。
答案:栅极氧化层电容13.MOS管的小信号输出电阻【图片】是由MOS管的效应产生的。
答案:沟长调制14.题1-1-4 摩尔定律之后，集成电路发展有三条主线，以下不是集成电路发展主线的是：。
答案:SoC15.题1-1-5 单个芯片上集成约50万个器件，按照规模划分，该芯片为：。
答案:VLSI16.题1-1-6 年发明了世界上第一个点接触型晶体管。
答案:194717.题1-1-7 年发明了世界上第一块集成电路。
答案:195818.题1-1-8 FinFET等多种新结构器件的发明人是：。
答案:胡正明19.题1-1-9 集成电路代工产业的缔造者：。
答案:张忠谋20.题1-1-10 世界第一块集成电路发明者：。
答案:基尔比21.MOS管一旦出现现象，此时的MOS管将进入饱和区。
答案:夹断22.MOS管从不导通到导通过程中，最先出现的是。
答案:耗尽23.在CMOS模拟集成电路设计中，我们一般让MOS管工作在区。
集成电路设计基础教学大纲
集成电路设计基础教学大纲集成电路设计基础教学大纲随着科技的不断进步和发展，集成电路设计作为现代电子工程的核心领域，扮演着越来越重要的角色。
为了培养具备集成电路设计基础知识和技能的电子工程师，制定一份完善的教学大纲是至关重要的。
一、引言在引言部分，我们可以简单介绍集成电路设计的背景和重要性。
可以提及集成电路设计在现代电子产品中的广泛应用，以及培养学生在该领域的技能和知识的必要性。
二、课程目标在这一部分，我们可以明确列出集成电路设计课程的目标。
例如，培养学生掌握集成电路设计的基本概念和原理，了解各种集成电路的特点和应用，掌握常见的集成电路设计工具和技术，以及培养学生解决实际问题的能力。
三、课程内容在这一部分，我们可以详细介绍集成电路设计课程的具体内容。
可以从基础知识开始，逐渐深入到高级的设计技术。
以下是一个可能的课程内容列表：1. 集成电路设计基础知识- 集成电路的定义和分类- 集成电路的特点和优势- 集成电路的发展历程2. 集成电路设计流程- 集成电路设计的基本流程和步骤- 集成电路设计中的仿真和验证- 集成电路设计中的布局和布线3. 集成电路设计工具- 常见的集成电路设计软件和工具- 集成电路设计工具的使用方法和技巧- 集成电路设计工具的发展趋势4. 常见的集成电路设计技术- 数字集成电路设计技术- 模拟集成电路设计技术- 混合信号集成电路设计技术5. 集成电路设计实践- 实际集成电路设计案例分析- 集成电路设计项目实践- 集成电路设计的实验和实操四、教学方法在这一部分，我们可以介绍适用于集成电路设计课程的教学方法。
可以包括理论讲授、实验和实操、案例分析、小组讨论等。
同时，我们还可以强调学生的主动参与和实践能力的培养。
五、教学评估在这一部分，我们可以说明集成电路设计课程的评估方式和标准。
可以包括考试、实验报告、项目作业、课堂表现等。
同时，我们还可以强调评估的公正性和客观性。
六、教材和参考资料在这一部分，我们可以列出适用于集成电路设计课程的教材和参考资料。
山东大学《集成电路设计基础》课件6
2020/7/29
《集成电路设计基础》
30
互连 线设计中应注意的事项
对于各种互连线设计，应该注意以下方面：
为减少信号或电源引起的损耗及减少芯片面积， 连线尽量短。
为提高集成度，在传输电流非常微弱时(如 MOS栅极)，大多数互连线应以制造工艺提供的 最小宽度来布线。
2020/7/29
《集成电路设计基础》
有源电阻 将晶体管进行适当的连接和偏置，利用晶体管的
不同的工作区所表现出来的不同的电阻特性来做电阻。
2020/7/29
《集成电路设计基础》
6
薄层集成电阻器
合金薄膜电阻
采用一些合金材料沉积在二氧化硅或其它介电材 料表面，通过光刻形成电阻条。常用的合金材料有： （1）钽（Ta）； （2）镍铬（Ni-Cr）； （3）氧化锌SnO2；（4）铬硅氧CrSiO。 多晶硅薄膜电阻
交流电阻： rds
VDS I DS
VGS V
VGS I DS
VGS V
1 gm
tox
n ox
L 1 W (V VTN )
2020/7/29
《集成电路设计基础》
16
有源电阻
饱和区的NMOS有源电阻示意图：
IDS I
Ron
o
rds
VGS >VTN
o
V
VDS
有源电阻的几种形式：
D VB
S (a)
CMOS工艺发展到深亚微米阶段后，互 连线的延迟已经超过逻辑门的延迟，成 为时序分析的重要组成部分。
这时应采用链状RC网络、RLC网络或进 一步采用传输线来模拟互连线。
2020/7/29
《集成电路设计基础》
33
互连线
集成电路设计基础
集成电路设计基础集成电路设计是指将多个电子组件、电路和功能集成到一个芯片上的过程。
集成电路设计基础涉及到电路理论、电子元器件、逻辑门电路、模拟电路和数字电路等知识。
以下是集成电路设计的一些基本概念和原理：1. 逻辑门电路：逻辑门电路是集成电路设计中常用的基本模块，用于实现逻辑运算功能，如与门、或门、非门、与非门、或非门等。
逻辑门的输入和输出可以是二进制电平信号，用来处理和控制数字信号。
2. 模拟电路：集成电路设计中的模拟电路用于处理连续信号，如声音、光线等模拟信号。
常见的模拟电路包括放大器、滤波器、比较器等。
3. 数字电路：数字电路用于处理离散的数字信号，如计算机和数字通信系统中常见的逻辑电路。
数字电路设计需要考虑时钟信号、时序问题和逻辑门之间的关系。
4. CMOS技术：CMOS（Complementary Metal-Oxide-Semiconductor）技术是集成电路设计中常用的工艺技术，利用N型和P型金属-氧化物-半导体（MOS）晶体管组成的互补结构。
CMOS技术具有低功耗、高噪声抑制和高集成度等优点。
5. 时钟和时序设计：在集成电路设计中，时钟信号非常重要，用来同步各个模块的操作。
时序设计关注信号的传输延迟、稳定性和数据的正确性。
6. 物理设计：物理设计是将逻辑设计转化为实际的芯片布局和电路连接。
物理设计需要考虑电磁兼容性、布线规则和电路间的电气参数等。
7. 电路仿真和验证：在集成电路设计过程中，电路仿真和验证是非常重要的环节，用于验证电路的功能和性能。
常用的电路仿真工具有SPICE和Verilog等。
集成电路设计基础是进一步进行高级集成电路设计和系统级设计的基础，对于理解和掌握集成电路设计流程和理论非常重要。
CMOS集成电路设计基础1
dUTH 4mV / C dT dUTH 2mV / C dT
重掺杂 轻掺杂
λn、 λp——沟道调制系数， 即UDS对沟道长 度的影响。
NMOS PMOS
n
1 UA
0.01/V
p
1 UA
0.02 /V
式中， UA为厄尔利电压(Early Voltage)
对于典型的0.5 μm工艺的MOS管， 忽略沟道调制效应， 其 主要参数如下表所示
衬底的连接
UDD
G
B
S
D
G
B
S
D
N＋
P＋
P＋
N型 衬 底 (a)
P＋
N＋
N＋
P型 衬 底 (b)
为了使MOS管的电流只在导电沟道中沿表面流动而不产生垂直 于衬底的额外电流， 源区、 漏区以及沟道和衬底间必须形成反
偏的PN结隔离， 因此， NMOS管的衬底B必须接到系统的最低 电位点(例如“地”)， 而PMOS管的衬底B必须要接到系统的最 高电位点(例如正电源UDD)。 衬底的连接如图 (a)、 (b)所示。
L、 W尺寸对UTH的影响
在长沟道器件中， 阈值电压UTH与沟道长度L和沟 道宽度W的关系不大； 而在短沟道器件中， UTH与L、 W的关系较大。 UTH随着L的增大而增大， 随着W的 增大而减小。
UTH / V Nsub ＝ 1107 cm－ 3
Nsub ＝ 1106 cm－ 3
0
1
2
3
4
(a)
μp——空穴迁移率(单位电场作用下空穴的迁移速度)。 μp≈500 cm2/s·V
n 1300 2.6 p 500
Cox——单位面积栅电容
集成电路设计基础知识
工艺加工
单片半导体材料
1.1 集成电路（IC）的发展
晶体管的发明
• 1946年1月，Bell实验室正式成立半导体研究小组： W. Schokley，J. Bardeen、W. H. Brattain • Bardeen提出了表面态理论， Schokley给出了实现 放大器的基本设想，Brattain设计了实验； • 1947年12月23日，第一次观测到了具有放大作用的 晶体管； • 1947年12月23日第一个点接触式NPN Ge晶体管 发明者： W. Schokley J. Bardeen W. Brattain
1.1 集成电路（IC）的发展
第一章 集成电路设计概述
1.2 当前国际集成电路 技术发展趋势
1.2 当前国际集成电路技术发展趋势 #1
关心工艺线
12 英 寸 (300mm) 0.09 微 米 是 目 前 量产最先进的 CMOS工艺线
1.2 当前国际集成电路技术发展趋势
1.2 当前国际集成电路技术发展趋势 #2
1.1 集成电路（IC）的发展
摩尔定律（Moore’s Law）
• Min. transistor feature size decreases by 0.7X every three years——True for at least 30 years! (Intel公司前董事长Gordon Moore首次于1965提出)
1.3
无生产线集成电路设计技术
Relation of F&F(无生产线与代工的关系)
Design kits
①
Foundry
Fabless
② Internet
Layout
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外延生长
分子束外延生长（MBE：Molecular Beam Epitaxy） 这种方法有生长半导体器件级质量的膜的能 力，生长厚度有原子级精度。MBE系统的基本 要求是超高真空，基本工艺流程包含产生轰击 衬底上生长区的III、V族元素的分子束等。 MBE几乎可以在GaAs基片上生长无限多的外 延层，经过MBE法，衬底在垂直方向上的结构 变化具有特殊的物理性质。
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掩模的制版工艺
(3) 接触曝光制作的掩模图案失真较大，原 因有： a、图画在纸上，因为热胀冷缩、受潮起 皱、铺不平等引起失真； b、初缩时，照相机有失真； c、步进重复照相时，同样有失真； d、从掩模到晶圆上成像，还有失真。
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无生产线集成电路设计技术
随着集成电路发展的过程，其发展的总 趋势是革新工艺、提高集成度和速度。 设计工作由有生产线集成电路设计到无 生产线集成电路设计的发展过程。 无生产线（Fabless）集成电路设计公司。 如美国有200多家、台湾有100多家这样 的设计公司。
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掩模的制版工艺
(1)早期掩模制作方法：
先把版图分层画在纸上，每一层掩模一种图案。 版图画得很大，可以达到50×50㎝2或100×100㎝2， 将其贴在墙上，用照相机拍照。然后缩小10～20倍， 变成 5×5 ～ 2.5×2.5㎝2 或 10×10 ～ 5×5㎝2 的精细底 片。这一过程称为初缩。 接下去, 将初缩版装入步进重复照相机，进一步缩 小到2×2㎝2或3.5～3.5㎝2，一步一幅印到铬(Cr)板上， 如下图所示，形成一个阵列。
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无生产线设计与代工方式的关系图 （S图）
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PDK文件
首先，代工单位将经过前期开发确定的一套工 艺设计文件PDK（Pocess Design Kits)通过因特 网传送给设计单位。 PDK文件包括：工艺电路模拟用的器件的SPICE 参数，版图设计用的层次定义，设计规则，晶 体管、电阻、电容等元件和通孔（VIA）、焊盘 等基本结构的版图，与设计工具关联的设计规 则检查（DRC）、参数提取（EXT）和版图电路 对照（LVS）用的文件。
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外延生长
双极型集成电路元器件间的 隔离问题 可通过 外延与隔离扩散技术相结合 而获 得解决。外延技术还可用于解决高频功 率器件的 击穿电压与集电极串联电阻对 集电极电阻率要求之间的矛盾 ；掺杂较 少的外延层保证了较高的击穿电压，高 掺杂的衬底降低了集电极的串联电阻。
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3.3 掩模制版工艺
在外延的晶圆上，工艺工程师可以开始集成电 路制造的一系列工序。 电路设计工程师为集成电路的制造设计出了一 系列物理定义的抽象表达 版图。 在计算机及辅助设计软件中设计的集成电路版 图要送到工艺线上生产时，必须要经过一个重 要的中间环节：制版。 制版就是要产生一套分层的版图掩模，为将来 进行图形转移，即将设计的版图转移到晶圆上 去做准备。
X射线制版
由于 X 射线 (X-ray) 具有比可见光短得多的波 长，可用来制作更 高分辩率的掩模版 。 X 射线 掩模版的衬底材料与光学版不同，要求对 X 射 线透明，而不一定对可见光或紫外线透明，它 们常为硅或硅的碳化物，而金的沉淀薄层可使 得掩模版对X射线不透明。虽然X射线可提高分 辩率，但问题是要想控制好掩模版上每一小块 区域的扭曲度是很困难的。
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掩模的制版工艺
图案发生器PG(Pattern Generator)方法 在PG法中，规定版图的基本图形为矩形。 任何版图都将分解成一系列各种大小、不同 位置和方向的矩形条的组合，如下图所示。 每个矩形条用5个参数进行描述：（X，Y， A，W，H） y
W
A
X
H
Y
x
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掩模的制版工艺
电子束扫描法(E-Beam Scanning)
现在，装备先进的掩模公司、实验室、 半导体制造厂都采用电子束来制作掩模。 这种技术采用电子束对抗蚀剂进行曝光， 这是由于高速电子的波长很短、分辨率很高。 高级的电子束制版设备的分辨率可达50nm， 这意味着电子束的步进距离为50 nm，轰击 点的大小也为50 nm。
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外延生长
金属有机物气相外延生长（MOVPE： Metalorganic Vapor Phase Epitaxy） 金属有机物气相外延生长（MOVPE）开始于20 世纪60年代后期，该工艺一般使用III族元素有机化 合物和 V 族元素氢化物。由于 VPE 中使用的物质只 有在高温下才能挥发成气体，故VPE是一种热壁工 艺，它必须在炉子里加热，在石英反应管中进行。 而 MOVPE 与 VPE 不同之处在于它是一种冷壁工艺， 只要将衬底控制在一定温度就可以了。
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电路设计和电路仿真
设计单位根据研究项目提出的技术指标，在 自己掌握的电路与系统知识的基础上，利用 PDK提供的工艺数据和CAD/EDA工具，进 行电路设计、电路仿真（或称模拟）和优化、 版图设计、设计规则检查DRC、参数提取和 版图电路图对照LVS，最终生成通常称之为 GDS-Ⅱ格式的版图文件。再通过因特网传送 到代工单位。
境外代工厂家一览表
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芯片工程与多项目晶圆计划
F&F(Fabless and Foundry)模式 工业发达国家通过组织无生产线IC设计的芯片 计划来促进集成电路设计的专业发展、人才培 养、技术研究和中小企业产品开发，而取得成 效。 这种芯片工程通常由大学或研究所作为龙头单 位负责人员培训、技术指导、版图汇总、组织 芯片的工艺实现，性能测试和封装。大学教师、 研究生、研究机构、中小企业作为工程受益群 体，自愿参加，并付一
上次：第2章 集成电路材料、结构与理论
2.1 引言 2.2 集成电路材料 2.3 半导体基础知识 2.4 PN结与结型二极管 2.5 双极型晶体管 2.6 金属半导体场效应晶体管MESFET 2.7 MOS晶体管的基本结构与工作原理
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第3章 集成电路工艺简介
3.1 引言 3.2 外延生长工艺 3.3 掩模的制版工艺 3.4 光刻工艺 3.5 掺杂工艺 3.6 绝缘层形成工艺 3.7 金属层形成工艺
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3.1 引言
*为何要介绍IC制造工艺？ *集成电路设计人员虽然不需要直接参与集 成电路的 工艺流程 和掌握工艺的细节，但 了解集成电路制造工艺的基本原理和过程 ， 对于集成电路设计大有裨益。 *本章简单介绍集成电路的基本加工工艺。 *这些工艺可应用于各类半导体器件和集成 电路的制造过程。
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掩模的制版工艺
人们将这些数据按一定格式录在磁带上，用来控 制如图所示的一套制版装置而制得初缩版 。而后再将 制出的初缩版装入步进重复照相机制作掩模。
氙灯 快门 光导管
灯室
槽，可控W, H矩形孔径
初缩版 激光干涉仪 精密量具
物镜 马达 XY工作台
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掩模的制版工艺
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掩模与流片
代工单位根据设计单位提供的GDS-Ⅱ格式的版 图数据，首先制作掩模（Mask），将版图数据 定义的图形固化到铬板等材料的一套掩模上。 一张掩模一方面对应于版图设计中的一层的图 形，另一方面对应于芯片制作中的一道或多道 工艺。 在一张张掩模的参与下，工艺工程师完成芯片 的流水式加工，将版图数据定义的图形最终有 序的固化到芯片上。这一过程通常简称为“流 片”
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参数测试和性能评估
设计单位对芯片进行参数测试和性能评 估。符合技术要求时，进入系统应用。 从而完成一次集成电路设计、制造和测 试与应用的全过程。 否则再进行改进和优化，才能进入下一 次循环直至成功。
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代工工艺
代工（Foundry）厂家很多，如：
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代客户加工（代工）方式
芯片设计单位和工艺制造单位的分离， 即芯片设计单位可以不拥有生产线而存 在和发展，而芯片制造单位致力于工艺 实现，即代客户加工（简称代工）方式。 代工方式已成为集成电路技术发展的一 个重要特征。
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外延生长
气相外延生长
这是一种在集成电路制造中最普遍采用的 硅外延工艺，该工艺利用加热来提供化学过程 进行所需的能量。
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外延生长
如上图所示 Si 基片 放在石英管中的石墨 板上， SiCl4 、 H2 及气态杂质原子通过反应 管。在外延过程中，石墨板被石英管周围的 射频线圈加热 到1500-2000 度，在高温下发 生了SiCl4+2H2→Si+4HCl↑的反应，释放出 的Si原子在基片表面形成单晶硅，典型的生 长速度为0.5~1μ m/min。
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铬(Cr)板阵列版图