超大规模集成电路设计导论考试题及答案

1 集成电路的加工包括哪些根本工艺？各有哪些方法和工序？答：(1)热氧化工艺：包括干氧化法和湿氧化法；(2)扩散工艺：包括扩散法和离子注入法；()淀积工艺：化学淀积方法：外延生长法；热法；等离子法；物理淀积方法：溅射法；2真空蒸发法(4)光刻工艺：工序包括：1涂光刻胶；2预烘干；3掩膜对准；4曝光；5显影；6后烘干；7腐蚀；8去胶。2、简述光刻工艺过程及作用。答：(1)涂光刻胶：为了增加光刻胶和硅片之间的粘附性，防止显影时光刻胶的脱落，以及防止湿法腐蚀产生侧向腐蚀；(2)预烘干：以便除去光刻胶中的溶剂；(3)掩膜对准：以保证掩模板上的图形与硅片上已加工的各层图形套准；(4)曝光：使光刻胶获得与掩模图形相同的感光图片；(5)显影：将曝光后的硅片浸泡在显影液中，使正光刻胶的曝光局部和负光刻胶的未曝光局部被溶解掉；(6)后烘干：使残留在光刻胶中的有机溶剂完全挥发掉，提高光刻胶和硅片的粘接性及光刻胶的耐腐蚀性；(7)腐蚀：以复制在光刻胶上图形作为掩膜，对下层材料进行腐蚀，将图形复制到下层材料中；(8)去胶：除去光刻胶。3说明 晶体管的工作原理答： 晶体管有四种工作状态：(1)截止状态：即源漏之间不加电压时，沟道各电场强度相等，沟道厚度均匀，、之间没有电流 ；〔〕线性工作状态：漏源之间加电压 时，漏端接正，源端接负，沟道厚度不再均匀，在端电位升为，栅漏极电位差为-电场强度变弱，反型层变薄，并在沟道上产生由到的电场，使得多数载流子由端流向端形成电流，它与 变化呈线性关系： P〔〕饱和工作状态：继续增大到 时，端栅极与衬底缺乏以形成反型层，出现沟道夹断，电子运动到夹断点 时，便进入耗尽区，在漂移作用下，电子被漏极高电位吸引过去，便形成饱和电流，沟道夹断后，〔 〕不变，也不变，即 工作进入饱和状态，〔〕击穿状态：当 增加到一定极限时，由于电压过高，晶体管端得结发生雪崩击穿，电流急剧增加，晶体管不能正常工作。4 反相器有哪些种类？说明每种反相器的特性。答：〔〕电阻负载反相器〔〕R该电路在集成电路中很少用，在别离原件中常用；〔〕增强型负载反相器〔〕E这种反相器的漏端始终处于夹断状态；〔〕耗尽型负载反相器〔〕D有较高的输出电平和较快的上升速度，其翻转时间短，电路工作速度快，是目前最常用的反相器；〔〕反相器：静态功耗低；2抗干扰能力强；3电源利用率低；4输入阻抗多，负载能力强。5简述 效应的产生原理及防治方法答：产生原理：用 晶体管的说明闸流效应〔〕在阱内有一个纵向的 管，在阱外有一个横向的 管，两个晶体管的集电极各驱动另一个晶体管的基极，构成正反应回路；〔〕阱中纵向 管的电流放大倍数约为到几百，阱外的横向 管的电流放大倍数约为0.到51；0〔〕和为基极的寄生电阻，阱电阻的典型值为 欧姆，衬底电阻的典型值为500--欧7姆0。0如果两个晶体管的电流放大倍数和基极寄生电阻Rw如果两个晶体管的电流放大倍数和基极寄生电阻Rw、Rs值太大，在外部噪声的影响下，口容易使输出端 VoODOO Vss之下约为 0.7V,使得 N+漏区〔也有可能是 N+］源区〕向P□注入电子，这股电子流使 PNP和NPN管的正反应增强， 电流一直增强， 将产生很大的破坏性，而且在去除干扰后， 闸流电流也不会消除， 即产生闸流效应， 而且假设输出端 VoOOVdd上方，也能引 P+漏极的空穴注入而引发闸流效应。防止方法：〔1〕减小寄生晶体管的电流增益 〔2〕采用伪收集极〔3〕采用保护环〔4〕加衬底6、如何定义晶体管的串并联等效因子？Vt相同，且答〔1〕Vt相同，且根据电流公式有：Idsi=Pi[(Vg-Vt—Vm)2-(Vg-Vt-Vd)2] ⑴Ids2=P2[(Vg-Vt-Vs)2-(Vg-Vt-Vm)2]因为 Ids1=Ids2 所以(Vg-Vt-Vm)2=p2/(Pi+B2)[(Vg-Vt-Vs)2-(Vg-Vt-Vd)2]代入口1口得 Ids耶iB2/(Bi+B2)[(Vg-Vt-Vs)2-(Vg-Vt-Vd)2]由等效电路得： Ids=Beff[(Vg-Vt-Vs)2-(Vg-Vt-Vd)2]由于Ids=Ids1，那么Beff=B1B2/(B1+B2)上式即为两个晶体管串联时的等效导电因子，同理可推出个管子的串联使用时，其等效导电因子为：〔〕并联：如下图为两个晶体管并联及其等效电路，设两个管子的开启电压为相同，且都工作在线性区根据电流公式有： 〔P由等效电路得： P由于此式即为两个晶体由于管并联时的等效导电因子，同理可得个%=2管并联时的等效导电因子，同理可得个%=2总2-1相等的管子并联使用时的等效导电因子为:、简述存储器的主要结构及各局部的作用答：存储器主要由：存储器、地址译码、读写电路和始终控制电路构成，各局部作用如下：〔1〕存储体：由假设干个存储单元组成，每个存储单元有两个相对稳定的状态，以代表存储的二进制信息和，如果要存储组二进制数据，每组二进制数据又由个二进制数组成，那么需要个单元，这时称该存储器的存储容量为位，代表能存储的字数，代表每个字的位数〔2〕地址译码：为了能够正确写入和读出单元阵列中某个单元的信息，必须给每个单元分配一个唯一的地址，地址译码器就是通过查询这些地址来访问每个单元中的信息的。〔3〕读写电路：存储单元的状态0或1，不能直接提供应外部电路，必须经过读出放大器放大。有的存储器对写入信号有特殊的要求，此时需要专门的写入电路。、简述动态单管单元存储器的工作原理。单管存储器单元是由一个晶体管与一个和源极相连的电容构成， 管作为开关，起地址选择作用，它的多晶硅栅电极同时作为字选择线即读/写选择线。它的漏极和源极分别接数据线和电容s为了增加存储器的电荷量，参加多晶硅s读写时加正向电压 ，在区下的硅衬底外表形成型反型层和 管的源区连在一起形成电容的另一个极。〔1〕写入过程：字线从地电压升为高电压， 管导通，如数据线为低电压，那么接在电容上的 通过对充电，写入信息“1”；如数据线为高，那么经过放电，写入信息“0”。当字线回到地电压时， 管截止，信息就保存在电容上。〔〕读出过程：对某单元读出数据是，数据线预充电至高电平，当字线升为高电压时，导通。假设上有电荷，那么放电，是数据线电位下降，此时假设在数据线上接一个读出放大器，便可检出上的“1”状态，读出信息“1”；假设上无电荷，那么数据线无电位变化，放大器无输出，表示上存储的是“0”状态，读出信息“0”9、对门阵列和标准单元设计方法的主要特征进行比拟答：〔 1〕门阵列阵列设计师一种面向逻辑级的设计方法，是采用局部制作工艺的方式，制作出一定规模的半成品芯片，通过后期在半成品芯片上的再加工，形成所需的产品。①优点： 1、事先制备母片，使制作周期缩短； 2、母片及库单元是事先设计好的，并且经过验证，因此正确性得到保证； 3、门阵列设计模式非常标准， 设计自动化程度高； 4、价格低，适合小批量的ASIC设计。②缺点： 1、利用率低； 2、不够灵活，对设计限制值较高； 3、布通率不能到达 100%，需要人工解决剩线问题。〔2〕标准单