集成电子学：复习课件

集成电子学复习成绩构成平时成绩占10%，期末笔试占90%。平时成绩构成方式：平时上机3次，共计10分；考试考试时间：待定考试方式：开卷考试内容以课件为主。结合上机内容答疑安排时间：11月30日起，每天上午地点：计算机学院东112所讲内容缩小到纳米尺寸的CMOS器件面临的挑战纳米CMOS器件中的栅工程器件模型与电路参数提取（二极管、Bipolar、MOSFET）模拟电路设计（PSPICE）第一章超大规模集成导论一、集成电路的发展(摩尔定律)二、按比例缩小(Scaling-down)定律三、微电子技术的发展方向第二章缩小到纳米尺寸的CMOS器件面临的挑战1、尺寸缩小的限制2、薄栅氧化层的问题3、多晶硅耗尽效应4、量子效应的影响

5、迁移率退化和速度饱和

6、杂质随机分布的影响7、阈值电压减小的限制

第四章纳米CMOS器件中的栅工程1、CMOS器件中的MIS栅结构

2、氮氧硅栅介质

3、高介电常数栅介质及高K栅介质MOSFET纳米CMOS技术中的新型栅电极材料第三章

SPICE中的器件模型1、对器件模型的要求2、无源元件模型3、二极管模型（直流模型、大信号模型、小信号模型、温度模型、提取二极管模型参数）4、双极型晶体管模型（1）Ebers-Moll（即EM）模型（2）Gummel-Poon（即GP）模型5、结型场效应晶体管模型6、MOS场效应晶体管模型LEVEL＝1MOS1模型

Shichman-Hodges模型LEVEL＝2MOS2模型

二维解析模型LEVEL＝3MOS3模型

半经验短沟道模型LEVEL＝4MOS4模型

BSIM（Berkeleyshort-channelIGFETmodel）模型7、器件模型参数提取技术第四章电路模拟与SPICE的使用1、电路模拟与分析的作用2、SPICE的功能：3、PSPICE程序的描述语句（元器件模型描述、电源描述、分析指令、输出指令和其他功能描述语句、宏模型）如电源描述中，包含指数源，脉冲源，调幅正弦信号源，分段信号源，单频调频源和多项式电源。例如，Y=I(VN)+I(VX)+[I(VN)]2＋I(VN)I(VX)的语句格式为：

H160POLY（2）VNVX0.01.01.0

1.0

1.0第五章

PSPICE的高级使用一、灵敏度分析二、参数分析三、统计分析（蒙特卡罗分析/最坏情况分析)模拟试题一一、填空：（20分）1、FPGA中文翻译为（

），EDA中文翻译为（

），Semi-Custom中文翻译为（

）。2、VHDL实体描述中，端口应包含（

）和（

）。3、语句ARCHITECTUREBEHAVOFTESTCTLIS中

BEHAV是（

），TESTCTL是（

）。4、SPICE语句

Q3141312NMOD，

其中14节点是（

）极，其中13节点是（

）极，其中12节点是（

）极。

二、简答下列问题：（20分）1、如何得到器件模型参数？并比较各方法的优缺点。2、模拟集成电路设计要点是哪些？3、集成电路的设计要求有哪些？4、VHDL有哪三种格式描述设计结构？三、画图：（15分）

1、画出含振铃的实际方波波型

2、画出包含引线电感和漏电流的实际电容的等效电路图3、画出双极晶体管EM模型等效电路图4、画出标准单元与通用单元IC版图布置示意图5、画出SPICE语句VIN10PULSE（031N1N

1N+10N20N）所示的波型。并标明数值。四、

模型与参数（15分）1、提取如图的电阻模型参数，并写成SPICE输入语句的形式。2、试给出下图某二级管的等效电路及直流参数（不考虑串联电阻）

五、编写SPICE输入文件（20分）1、求Q2N2222的输出特性的SPICE程序文本。2、下图为一个频率约为2MHz的振荡器，A点为输出。编写PSPICE输入文件，要求进行直流工作点分析和瞬态分析，输出各节点电压值和输出点A的瞬态波形。并比较温度分别是摄氏

-20度、0度和40度的情况。

（2N2222的参数为：Is=1.16E-14,BF=200,RB=1.69,BR=4,CJE=19pF,CJC=9pF,VAF=113,其余采用内定值）

六、

对方程，在[0，

L]的一维空间有限差分离散化成线性方程组。（10分）七、如下图的编码器方框图，有4个输入引脚，2个输出引脚，真值表如下表。要求根据真值表写出VHDL的源文件。（10分）

模拟试题二一、填空：

1、EDIF中文翻译为（electricdesigninterchangeformat电子设计交换格式），VHDL中文翻译为（高速集成电路硬件描述语言），WAFER中文翻译为（晶圆）。2、

电路模拟的三个步骤是（建立电路关系），（列电路基本方程）和（求解电路基本方程）。3、单元法设计芯片分为（I/O及压焊块），（布线通道）和（单元）三个区。4、SPICE语句

M314131211NMODL=1UW=10U中，

其中M3是指（MOSFET），14是指（漏极），13是指（栅极），12是指（源极）11是指（衬底）,L=1U是指（沟道长度），W=10是指（沟道宽度），

NMOD是指（模型名）。

5、全定制IC设计方法的优点是（功能性最好），缺点是（开发周期太长，开发成本高，仅适合于产量很大的整机用）。6、

双极IC与CMOSIC相比，突出的优点是（驱动负载的能力强），主要缺点是（功耗大）。7、7、PSPICE操作中，用鼠标左键单击，则选中元器件，此时元器件变为（红）色，快捷键（Ctrl+R）可以对该元器件进行旋转，快捷键（Ctrl+F）可以对该器元件进行翻转。8、要完整地描述一个器件，除直流模型外，还需（交流）模型、（温度）模型和（噪声）模型。

二、简答下列问题：1、简述提取二极管直流模型参数IS和N的方法。（答案见讲义）

2、模拟集成电路设计要点是哪些？(1)电源电压多样，考虑隔离与击穿(2)小信号与大信号共存，动态范围(3)低频与高频共存，带宽(4)工艺离散性，负反馈(5)不用大电阻电容，采用恒压恒流源，直接耦合3、如何得到器件模型参数？并比较各方法的优缺点。（1）通过实验得到（2）工艺线提供（3）网上资料

4、比较PSPICE中电源VAC和VSIN的差别和在模拟分析运用中的不同点

1）VAC主要用于交流分析，关注的是幅频特性

2）VSIN主要用于瞬态分析，关注的是时域波形

三、画图：1、画出双极晶体管模型参数VAF在输出特性曲线中的示意图。

（见讲义）2、画出包含引线电感和管壳电容的二极管等效电路图。

3、画出如下电源波形,并标明数值和单位

4、用受控源画出MOSFET最简单的等效电路及画出CMOS倒相器的转移特性曲线。四、解释以下分析设置的意义。

直流扫描，扫描变量类型为电压源，电压源名字为V1,扫描类型为线形扫描，起始值为0，终止值为5，步长为0.1。

交流扫描，扫描类型为数量级，每数量级扫描点数为11，扫描的起始频率为1KHz,终止频率为1GHz.

五、根据如下的电路连接关系和模型参数V_input90DC0VAC100mVSIN(0V100mV1MEGHz)V210DC12V107DC12R51620KR4931KR31210KR21810KR1401KQ4845Qnmisc_QNLQ3235Qnmisc_QNLQ1667Qnmisc_QNLQ2567Qnmisc_QNL.MODELQnmisc_QNL

NPN(Is=1e-16BF=80BR=960m+Rb=100Re=0Rc=0Cjs=2p

Cje=3pCjc=2pVje=750m+Vjc=750mTf=300pTr=6nmje=330mmjc=330mVAR=50+ISE=0IKF=1e+30Ne=1.5NF=1NR=1VAR=1e+30+IKR=1e+30ISC=0NC=2IRB=1e+30

RBM=0XTF=0+VTF=1e+30ITF=0PTF=0XCJC=1VJS=750m