集成電路設(shè)計(jì)原理試卷及答案

1、電科集成電路原理期末考試試卷一、填空題1.（1分） 年，第一次觀測(cè)到了具有放大作用的晶體管。2（2分）摩爾定律是指 。3.集成電路按工作原理來(lái)分可分為 、 、 。4.（4分）光刻的工藝過(guò)程有底膜處理、涂膠、前烘、 、 、 、 和去膠。5.（4分）MOSFET可以分為 、 、 、 四種基本類型。6.（3分）影響MOSFET閾值電壓的因素有： 、 以及 。7.（2分）在CMOS反相器中，Vin，Vout分別作為PMOS和NMOS的 和 ； 作為PMOS的源極和體端， 作為NMOS的源極和體端。8（2分）CMOS邏輯電路的功耗可以分為 和 。9.（3分）下圖的傳輸門(mén)陣列中,各管的閾值電壓，電路中各節(jié)

2、點(diǎn)的初始電壓為0，如果不考慮襯偏效應(yīng)，則各輸出節(jié)點(diǎn)的輸出電壓Y1= V，Y2= V，Y3= V。10.（6分）寫(xiě)出下列電路輸出信號(hào)的邏輯表達(dá)式：Y1= ；Y2= ；Y3= 。二、畫(huà)圖題：（共12分）1（6分）畫(huà)出由靜態(tài)CMOS電路實(shí)現(xiàn)邏輯關(guān)系的電路圖，要求使用的MOS管最少。2.（6分）用動(dòng)態(tài)電路級(jí)聯(lián)實(shí)現(xiàn)邏輯功能,畫(huà)出其相應(yīng)的電路圖。三、簡(jiǎn)答題：（每小題5分，共20分）1.簡(jiǎn)單說(shuō)明n阱CMOS的制作工藝流程，n阱的作用是什么？2.場(chǎng)區(qū)氧化的作用是什么，采用LOCOS工藝有什么缺點(diǎn)，更好的隔離方法是什么？3.簡(jiǎn)述靜態(tài)CMOS電路的優(yōu)點(diǎn)。4.簡(jiǎn)述動(dòng)態(tài)電路的優(yōu)點(diǎn)和存在的問(wèn)題。四、分析設(shè)計(jì)題：（共38

3、分1.（12分）考慮標(biāo)準(zhǔn)0.13 CMOS工藝下NMOS管，寬長(zhǎng)比為W/L=，柵氧厚度為，室溫下電子遷移率，閾值電壓=0.3V,計(jì)算V、V和0.9V時(shí)的大小。已知：，。2（12分）如圖所示，M1和M2兩管串聯(lián)，且，請(qǐng)問(wèn)： 1) 若都是NMOS，它們各工作在什么狀態(tài)?2) 若都是PMOS，它們各工作在什么狀態(tài)?3) 證明兩管串聯(lián)的等效導(dǎo)電因子是。3（14分）設(shè)計(jì)一個(gè)CMOS反相器，要求在驅(qū)動(dòng)10fF外部負(fù)載電容的情況下，輸出上升時(shí)間和下降時(shí)間都不能大于40ps，并要求最大噪聲容限不小于0.55V。針對(duì)0.13工藝，已知：,，ln14.33=2.66，ln14=2.64。集成電路原理期末考試試卷

4、參考答案一、填空題：（共30分）1（1分）19472（2分）集成電路中的晶體管數(shù)目（也就是集成度）大約每18個(gè)月翻一番3（3分）數(shù)字集成電路，模擬集成電路，數(shù)?；旌霞呻娐?（4分）曝光，顯影，堅(jiān)膜，刻蝕5（4分）增強(qiáng)型NMOS，耗盡型NMOS，增強(qiáng)型PMOS，耗盡型PMOS6（3分）柵電極材料，柵氧化層的質(zhì)量和厚度，襯底摻雜濃度7（2分）柵極，漏極，VDD，GND8（2分）動(dòng)態(tài)功耗，靜態(tài)功耗9（3分）4，3，210（6分），二、畫(huà)圖題：（共12分）1（6分） 2（6分） 三、簡(jiǎn)答題：（每小題5分，共20分）1答：n阱CMOS的制作工藝流程：1.準(zhǔn)備硅片材料；2.形成n阱；3.場(chǎng)區(qū)隔離；4.形

5、成多晶硅柵；5.源漏區(qū)n+/p+注入；6.形成接觸孔；7.形成金屬互連；8.形成鈍化層。n阱的作用：作為PMOS管的襯底，把PMOS管做在n阱里。2答：場(chǎng)區(qū)氧化的作用：隔離MOS晶體管。 LOCOS工藝的缺點(diǎn)：會(huì)形成鳥(niǎo)嘴，使有源區(qū)面積比版圖設(shè)計(jì)的小。 更好的隔離方法：淺槽隔離技術(shù)。3答：1.是一無(wú)比電路,具有最大的邏輯擺幅；2.在低電平狀態(tài)不存在直流導(dǎo)通電流；3.靜態(tài)功耗低；4.直流噪聲容限大；5.采用對(duì)稱設(shè)計(jì)獲得最佳性能。4答：動(dòng)態(tài)電路的優(yōu)點(diǎn)：1.減少了MOS管數(shù)目，有利于減小面積；2.減小了電容，有利于提高速度；3.保持了無(wú)比電路的特點(diǎn)。動(dòng)態(tài)電路存在的問(wèn)題：1.靠電荷存儲(chǔ)效應(yīng)保存信息，影響

6、電路的可靠性；2.存在電荷分享、級(jí)聯(lián)、電荷泄漏等問(wèn)題；3.需要時(shí)鐘信號(hào)控制，增加設(shè)計(jì)復(fù)雜性。四、分析設(shè)計(jì)題：（共38分）1（12分）解：計(jì)算MOSFET導(dǎo)電因子： 4分當(dāng)V(=0.3V)、V(=0.3V)、V()時(shí)，NMOS管處于飽和區(qū)，飽和區(qū)電流為： 4分2（12分）解：1) 設(shè)中間節(jié)點(diǎn)為C。分析知當(dāng)電壓滿足VB VG - VT VA時(shí)，在電路達(dá)到穩(wěn)態(tài)之后，M1和M2都導(dǎo)通。于是對(duì)M1而言，有，即 Vc VG -VT。又VG - VT VA，即，故M1工作于飽和區(qū)。而對(duì)M2而言，有，故M2工作于線性區(qū)。 3分 2) 依據(jù)NMOSFET和PMOSFET的電壓反轉(zhuǎn)對(duì)稱性知，若兩管都是PMOSFET，則M1工作于線性區(qū)，M2工作于飽和區(qū)。 3分 3) 取一例證明。以此題中的NMOSFET和給定的偏壓為例，兩個(gè)NMOS管等效為一個(gè)NMOS管后，依VB VG - VT VA知該等效管應(yīng)工作于飽和區(qū)。故對(duì)M1、M2和等效管Meff有：則有 由 知： 即Keff = K1 K2 / (K1