北大微电子与电路基础总复习指南

复 习考试时间： 7月1日(周四)上午8:00-10:00 考试地点： 二教 105,微电子部分,考试题型判断题 (15分)简答题（15分）问答题（25分）请带尺子和橡皮,答疑时间 6月29日，30日 晚上6：00-9：00 答疑地点 理科二号楼2718,绪论 集成电路、集成度的概念 集成电路设计和制造的基本过程集成电路分类双极和CMOS集成电路通用和专用集成电路IC, ASIC, Foundry, chip, die,微电子部分,半导体物理基础,半导体、N型半导体、P型半导体、本征半导体、非本征半导体 掺杂、施主杂质、受主杂质 载流子、电子、空穴、多子、少子、平衡载流子、非平衡载流子 能带、导带、价带、禁带、禁带宽度、费米能级 本征载流子浓度及影响因素、掺杂半导体中载流子浓度 载流子输运 漂移、扩散、复合 电导率、电阻率、迁移率、有效质量,PN结的结构、PN结的工作原理及基本特性 单向导电性、变容特性（势垒电容）、空间电荷区特征金半接触（肖特基接触和欧姆接触） 双极晶体管的结构及电极连接方式、双极晶体管的电流输运机制及放大机理、输出特性曲线MOS电容的结构、相应于栅压变化半导体表面状态的变化 MOS晶体管的结构、MOS晶体管的基本工作原理及工作区域、阈值电压、MOS晶体管的种类、转移特性和输出特性曲线 简单的CMOS逻辑门电路的结构（反相器、与非门、或非门）,半导体器件物理基础,集成电路制造工艺,从原始硅片到封装测试前的关键工艺的含义薄膜制备：氧化、化学气相淀积CVD、 物理气相淀积PVD图形转换：光刻(基本步骤)、腐蚀/刻蚀掺杂技术： 扩散、离子注入与退火CMOS工艺集成版图及版图设计规则的概念、器件及反相器的版图表述,集成电路设计及EDA系统,分层分级设计的基本概念单元库的基本概念综合、模拟(Simulation)的基本概念 集成电路的典型设计流程全定制、定制(标准单元)、半定制（门阵列）、PLD/FPGA等主要设计方法的概念和特点 集成电路设计的EDA系统的主要作用EDA、DRC、ERC、LVS的含义,SOC、IP核的基本概念发展规律 摩尔定律的含义,发展规律与趋势,pn结 二极管,双极晶体管 三极管,相距很近的两个pn结,MOS场效应晶体管 MOSFET,施加偏压后的不同状态：积累、耗尽、反型,阈值电压，线性区，饱和区,nMOS,施加偏压后的不同状态：积累、耗尽、反型,0,0,s,s,FB,g,Q,V,V,f,MOS晶体管的种类,讲义 p 68 图3.40 四种MOSFET的截面图以及转移和输出特性曲线,器件之间的隔离,电极接触：金属与半导体的接触欧姆接触,金属和重掺杂半导体接触能够形成欧姆接触,一定有的区域：版图 有源区（或多晶硅） 注入区 n+，或p+，如已有重掺杂区可以省 接触孔 金属,器件的制备工艺,阱和器件的隔离工艺,栅的制备,源漏的形成,金属化/互连,CMOS IC 的主要工艺步骤前端工艺,后端工艺,CMOS反相器的版图,CMOS反相器,I 阱版,II 有源区版,IV 多晶硅版,V n注入版,版图,双阱CMOS反相器,系统功能设计,逻辑和电路设计,RTL描述,逻辑综合(Synopsys),逻辑/电路网表,逻辑模拟与验证 时序分析和优化,逻辑和时序是否合乎要求,调用单元库,版图设计,布图placement,布图规划（floor planning),布线 routing,版图,版图自 动设计 软件,版图验证与检查 DRC、ERC、LVS、后仿真,最终版图与测试向量,典型实际设计流程 （标准单元库）,实现方法的比较,专用集成电路（ASIC）,全定制,标准单元,宏单元,门阵列,简单PLD：PAL、PLA ,GLA,现场可编程逻辑器件FPGA,需要生产厂提供,工艺文件 与设计规则,标准 单元库,宏单 元库,母片,PLD器件,向生产厂提供/需要,版图/全套掩膜版,网表/全套掩膜版,网表/引线孔 和金属互连掩膜版,无,可变,固定高度,不变,不变,可变,可变,固定,可编程,可变,按行,固定,固定,可变,可变,可变,可编程,单元外形,单元类型,单元布局,连,线,习题I： 1、什么是半导体？请从能带结构等方面解释金属、半导体、绝缘体的区别。 2、Si中掺入1014 cm3的B，问该半导体的掺杂类型？室温下，强电离时电子、空穴浓度是多少？示意画出该半导体材料的能带图。若又掺入1017 cm3的P，问该半导体的掺杂类型？室温下，强电离时电子、空穴浓度是多少？示意画出该半导体材料的能带图。 3、室温下，在Si中掺入了浓度为1 x 1016 cm-3的施主杂质，请简单回答以下问题： A、请指出这是一块什么类型的Si。示意画出能带图。 B、其中的载流子浓度约为多少？ C、热平衡时，请写出电子浓度和空穴浓度的关系。 D、载流子的迁移率约为多少？（参见讲义2.3.2的图） E、这块硅材料的电阻率是多少？ F、已知在该Si材料上施加的电场达到105V/cm时，载流子的速度将趋于饱和，饱和速度为107 cm/s。若利用该Si材料制成长为2 mm、 截面积为2 mm2的电阻条，在该电阻条上，沿长度方向加多大的电压能够使载流子速度饱和？这时的电流是多少？,习题 II 1、利用pn结的基本特性，解释二极管用于开关、整流、变容时的原理。 2、分别画出pnp双极晶体管正常工作时共基极、共发射极接法的电路示意图，注意标明电源的极性和电流的方向。分别画出这两种接法的直流特性曲线（包括输入特性和输出特性曲线）。 3、画出PMOS场效应晶体管的剖面结构（请详细标注各部分的材料和掺杂类型）、转移和输出特性，简述其工作原理。,习题 III利用所学的单项工艺设计工艺过程和掩膜版，分别在n型Si衬底上形成以下器件： 1）pn结