集成电路设计习题答案1-5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．多项目晶圆（MPW）技术的特点是什么？对发展集成电路设计有什么意义？

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，可以通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：载流子可以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

CH3

1．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（X-ray）具有比可见光短得多的波长，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.掺杂的过程可通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

2

2

S i O

O

Si→

+湿氧

2

2

2

2

2H

S i O

O

H

Si+

→

+

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？

工艺可以实现的平面结构的最小宽度，通常指

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（MASK STEP ），不容易对齐。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

1． 说出MOSFET 的基本结构。

MOSFET 由两个PN 结和一个MOS 电容组成。 2． 写出MOSFET 的基本电流方程。

]

)[(2

21DS DS T GS l w t V V V V ox

OX --∙μ

ξ 3． 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GS V ，阈值电压T V ，氧化层厚度

OX t ，氧化层介电常数OX ξ

4． 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 5． 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层中可以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

6． 什么是MOS 器件的体效应？

由于衬底与源端未连接在一起，而引起的阈值电压的变化叫做体效应。

7． 说明L 、W 对MOSFET 的速度、功耗、驱动能力

的影响。 P70，71

8． MOSFET 按比例收缩后对器件特性有什么影响?

DS

I 不变，器件占用面积减少，提高电路集成

度，减少功耗

9． MOSFET 存在哪些二阶效应？分别是由什么原

因引起的？

P.70-73 沟道长度调制效应，体效应，亚阈值效应

10．说明MOSFET 噪声的来源、成因及减小的方法。

噪声来源：热噪声和闪烁噪声。热噪声是由沟道内载流子的无规则热运动造成的，可通过增加MOS 管的栅宽和偏置电流减少热噪声。闪烁噪声是由沟道处二氧化硅与硅界面上电子的充放电引起的，增加栅长栅宽可降低闪烁噪声。

CH6

1．芯片电容有几种实现结构？ ① 利用二极管和三极管的结电容； ② 叉指金属结构；

③ 金属-绝缘体-金属（MIM ）结构； ④ 多晶硅/金属-绝缘体-多晶硅结构。

2．采用半导体材料实现电阻要注意哪些问题？ 精度、温度系数、寄生参数、尺寸、承受功耗以及匹配等方面问题

3．画出电阻的高频等效电路。

4．芯片电感有几种实现结构？

(1)集总电感

集总电感可以有下列两种形式: ① 匝线圈;

② 圆形、方形或其他螺旋形多匝线圈;

(2)传输线电感

5．微波集成电路设计中，场效应晶体管的栅极常常通过一段传输线接偏置电压。试解释其作用。 阻抗匹配

6．微带线传播TEM 波的条件是什么？

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