集成电路作业

2月29日集成电路设计第一次作业课本25页第2、3、4、5、6、7、8题

1、GaAs和InP材料各有哪些特点

砷化镓（GaAs）半导体材料与传统的硅材料相比：①具有很高的饱和电子速率及高的电子移动率（约为硅材料的4倍）②它是直接能隙的材料，所以可以用来发光。③GaAs具有宽禁带结构。

磷化铟（InP）具有：①电子极限漂移速度高。②耐辐射性能好。③导热好。与砷化镓半导体材料相比，它具有击穿电场、热导率、电子平均速度均高的特点。

2、在怎样的条件下金属与半导体形成欧姆接触在怎样的条件下经属于半导体形成肖特基接触

欧姆接触是指金属与半导体的接触，而其接触面的电阻值远小于半导体本身的电阻，使得组件操作时，大部分的电压降在活动区(Active region)而不在接触面。欲形成好的欧姆接触，有二个先决条件：①金属与半导体间有低的势垒高度(Barrier Height)②半导体有高浓度的杂质掺入(N ≧10EXP12 cm-3)

肖特基接触是指金属和半导体材料相接触的时候，在界面处半导体的能带弯曲，形成肖特基势垒。势垒的存在才导致了大的界面电阻。与之对应的是欧姆接触，界面处势垒非常小或者是没有接触势垒。

3、说出多晶硅在CMOS工艺中的作用

在CMOS及双极器件中，多晶硅用制作栅极、形成源极与漏极（或双极器件的基区与发射区）的欧姆接触、基本连线、薄PN结的扩散源、高值电阻等

4、列出你知道的异质半导体材料系统

①GaAs和AlGaAs；②InP和InGaAs；③Si和SiGe；

5、SOI材料是怎样形成的，有什么特点

SOI又称绝缘层上硅，一种新型结构的硅材料，通过在体硅中加入一层绝缘层，而具有一些特殊的性质。

⑴SIMOX工艺流程：、

在注入过程中，氧离子被注入圆片里，与硅发生反应形成二氧化硅沉淀物。然而注入对圆片造成相当大的损坏，而二氧化硅沉淀物的均匀性也不好。随后进行的高温退火能帮助修复圆片损坏层并使二氧化硅沉淀物的均匀性保持一致。这时圆片的质量得以

恢复而二氧化硅沉淀物所形成的埋层具有良好的绝缘性。

⑵晶片粘接工艺流程：

第一步是在室温的环境下使一热氧化圆片在另一非氧化圆片上键合；第二步是经过退火增强两个圆片的键合力度；第三步通过研磨、抛光及腐蚀来消薄其中一个圆片到所要求的厚度。

SOI的技术优势：

速度高；功耗低；集成密度高；成本低；抗辐照特性好。

6、肖特基接触和欧姆型接触各有什么特点

⑴肖特基接触：①单向导电性；②肖特基势垒二极管的正向电流主要是半导体多数载流子进入金属形成的，是多子器件，无积累，因此高频特性更好；③有较低的正向导通电压。

⑵欧姆型接触：欧姆接触的特点是不产生明显的附加阻抗，而且不会使半导体内部的平衡载流子浓度产生明显的改变。

7、简述双极型晶体管和MOS晶体管的工作原理。

⑴双极型晶体管工作原理：由于晶体管有两个PN结，所以它有四种不同的运用状态：

①发射结正偏，集电结反偏时，为放大工作状态；

②发射结正偏，集电结也正偏时，为饱和工作状态；

③发射结反偏，集电结也反偏时，为截止工作状态；

④发射结反偏，集电结正偏时，为反向工作状态。

⑵MOS晶体管的工作原理：如果没有任何外加偏置电压，这时，从漏到源是两个背对背的二极管。它们之间所能流过的电流就是二极管的反向漏电流。在栅电极下没有导电沟道形成。如果把源漏和衬底接地，在栅上加一足够高的正电压，从静电学的观点看，这一正的栅电压将要排斥栅下的P型衬底中的可动的空穴电荷而吸引电子。电子在表面聚集到一定浓度时，栅下的P型层将变成N型层，即呈现反型。N反型层与源漏两端的N型扩散层连通，就形成以电子为载流子的导电沟道。

3月14日第二次作业

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5、说出半导体工艺中掺杂的作用，举例两种掺杂方法，并比较其优缺点。

答：掺杂的作用是以形成特定导电能力的材料区域,包括N型或P型半导体层和绝缘层。杂质掺杂的实际应用主要是改变半导体的电特性。热扩散和离子注入是半导体掺杂的两种主要方式。

离子注入法的优点：①精确控制杂质含量②很好的杂质均匀性③对杂质穿透深度有很好的控制。④产生单一粒子束⑤低温工艺⑥注入的离子能穿过掩蔽膜⑦无固溶度极限缺点：①费用高昂②在大剂量注入时半导体晶格会被严重破坏并很难恢复

热扩散法的优点：①无损伤掺杂②产率高

缺点：①需要长时间驱入退火，可能获得低表面浓度②低计量预淀积困难③受到固溶度限制

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2、比较CMOS工艺和GaAs工艺的特点

答：GaAs潜在速度最高，而CMOS可以做到功耗最小。

3、什么是MOS工艺的特征尺寸

答、所谓特征尺寸就是工艺可以实现的平面结构的最小尺寸，通常是指最窄的线宽。由于MOS的栅极通常采用最窄的线条来实现，特征尺寸往往就是沟道方向上栅极线条的宽度。

4、为什么硅栅工艺取代铝栅工艺成为CMOS工艺的主流技术

答：硅栅工艺无需重叠设计，减小了电容，提高了速度。无需重叠设计，减小了栅极尺寸，漏、源极。尺寸也可以减小，即减小了晶体管尺寸，提高了速度，增加了集成度。增加了电路的可靠性。故硅栅工艺取代铝栅工艺成为CMOS工艺的主流技术。

5、为什么在栅长相同的情况下NMOS管速度要高于PMOS管

答：由于电子的迁移率μe大于空穴的迁移率μh，即有μe≈μh, 因而，N沟道FET 的速度将比P沟道FET快倍。

6、简述CMOS工艺的基本工艺流程。

答：以典型的n阱CMOS工艺主要步骤为例：①形成 n 阱区②确定 nMOS 和 pMOS 有源区③场和栅氧化（thinox）④形成多晶硅并刻蚀成图案⑤p+扩散⑥n+扩散⑦刻蚀接触孔⑧沉积第一金属层并刻蚀成图案⑨沉积第二金属层并刻蚀成图案⑩形成钝化玻璃并刻蚀焊盘

7、常规N阱CMOS工艺需要哪几层掩模每层掩模分别有什么作用

①在SiO2上涂光刻胶，光刻N阱掺杂窗口（一次光刻）。

②生长一层SiO2，再生长一层Si3N4。光刻场区（二次光刻）

③光刻多晶硅栅极（三次光刻）④光刻P+离子注入窗口（四次光刻）