《集成電路設(shè)計(jì)原理》試卷及答案

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 0集成電路按為 、

工作原理 來分可 分、（4分）理、去膠。

涂膠、前烘、 、_

、、 —和5. ( 4 分為 、

) MOSFET、

可 以 分、四種基本類型。（3分）MOSFET。（2分）在CMO茨相器中，V,V 分別作為PMO制NMOS勺和;作n Out為PMOS勺源極和體端，作為NMOS勺源極和體端。（2分）CMO徵輯電路的功耗可以分為和。T（3分）下圖的傳輸門陣列中V =5V,各管的閾值電壓V=1V,電路中各節(jié)點(diǎn)的初始TDD0,Y=VVJI 2 3::IVDD-——_丫3（6分）寫出下列電路輸出信號(hào)的邏輯表達(dá)式：丫=;丫=1 2AB二、畫圖題：（12分）（6分）CMOY=ABD+CDMO箏最少。（6分）用動(dòng)態(tài)電路級(jí)聯(lián)實(shí)現(xiàn)邏輯功能Y=ABC ,畫出其相應(yīng)的電路圖三、簡答題：（每小題5分，共20分）nCMO的制作工藝流程，n阱的作用是什么?LOCOS：藝有什么缺點(diǎn)，更好的隔離方法是什么?CMOSI路的優(yōu)點(diǎn)簡述動(dòng)態(tài)電路的優(yōu)點(diǎn)和存在的問題四、分析設(shè)計(jì)題：（38分（12分）考慮標(biāo)準(zhǔn)0.13PmCMOE藝下NMO霸，寬長比為W/L=0.26Pm/0.13Pm,ox柵氧厚度為t =2.6nm，室溫下電子遷移率K=220cm2/V|_s，閾值電壓V=0.3V,計(jì)算oxV 1.0V、V =0.3V和0.9V時(shí)I的大小。已知：a =8.85乂10堂七/cm,GS= DS D o

3.9。x=（12分）如圖所示，M1和M2兩管申聯(lián)，且B<VG-Vr<，請(qǐng)問:1）NMO,S它們各工作在什么狀態(tài)？PMOS它們各工作在什么狀態(tài)？證明兩管申聯(lián)的等效導(dǎo)電因子是e^K1/（K<H）O3.（14分）CMO10fF3.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丁 0.55V。針對(duì)0.13Hm工藝，已知:V?=0.30V,V =—0.28V,Tp14

220cm2/V[s

=76cm2/s,t =2.6nm,端=8.85x10F/ox

%x=

3.9,V =1.2V,ln14.33=2.66ln14=2.64。DD《集成電路原理》期末考試試卷：（30分）1. （1分）19472.（也就是集成度）大約每（3分）數(shù)字集成電路，模擬集成電路，數(shù)?；旌霞呻娐罚?分）曝光，顯影，堅(jiān)膜，刻蝕

參考答案（2分）集成電路中的晶體管數(shù)目18個(gè)月翻一番（4分）NMOS,NMOS,PMOS,耗盡型PMOS（3分）柵電極材料，柵氧化層的質(zhì)量和厚度，襯底摻雜濃度（2分）柵極，漏極，VDD,GND（2分）動(dòng)態(tài)功耗，靜態(tài)功耗9. （3分）4,3,210.（6分）（A+B）C+D,AB+AB,AB+C：（12分）TTrrJL.

TTJC

rTrlrl---HAB ——D三、 簡答題：（每小題5分，共20分）1.答：n阱CMOS勺制作工藝流程：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PMO管的襯底，把PMO箱做在n阱里。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)。答：1.是一無比電路，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；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。答：動(dòng)態(tài)電路的優(yōu)點(diǎn)：1MOS管數(shù)目，有利于減小面積；減小了電容，有利于提高速度；保持了無比電路的特點(diǎn)。動(dòng)態(tài)電路存在的問題：1.靠電荷存儲(chǔ)效應(yīng)保存信息，影響電路的可靠性；存在電荷分享、級(jí)聯(lián)、電荷泄漏等問題；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. (12MOSFETP:W、…3.98.8510J40.26"ox/

()=220toxt

L

2.6100.13

=584.1(」AV/)GS T DS GS 當(dāng)V =1.0V(>V=0.3V)、V =0.3V(<V —V =0.7V)時(shí)，NMOStGS T DS GS 線性區(qū)電流為：I -V)V

12—V]=96.3765(」A) 4 分2D=I(VGS

DS

2DSGS T DS GS 當(dāng)V =1.0V(>V=0.3V)、V =0.9V(>V —V=0.7V)時(shí)，NMOSfGS T DS GS 飽和區(qū)電流為：I-2

(VGS-

VT

_=143.1045(」A) 4 分2. (12分)解： 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GS T G V -V》0,即VcVGS T G G T A, DS GS 又V -V<V即V >V —V G T A, DS GS M2

V —VGS

DS，故M2 工作于線性區(qū)。AV3AV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：/ 22 i =K(V V，ID2=K2[(VG-VT-VB)-(VG2 i =K(V VDeff eff G—S— B2I.IIKKK則有D1 KKK

1Deff

1.1_1KKK 1 2 eff

D1 1D2=1

一1 2 eff即Keff=K1K2/(K1+K2)3.（14分）解：先考慮瞬態(tài)特性要求:十亍 |-"迫1+ 1

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a V 0.3V0.28 a=— = =0.233 TN =0.25V T1.2 V1.2DD DD得K=4.08104-A/V K=4.2210WV4 2 (2N11W11W1W■-=()」C=()」0"□一2L2Lt1W1W■-K一（一）」C一（一）J二2L2Lt! OX”W”W(-)P京.09代入相關(guān)參數(shù)可得」W(—)—2.89L.L/N------rW=1.052Mm,即｛"W^0.376kmN考察噪聲容限：、［Kv+V-+V\jV氏兀KfV-+V\由V