微电子学概论复习题.doc

第一章 绪论1.画出集成电路设计与制造的主要流程框架。2.集成电路分类情况如何？答： 3.微电子学的特点是什么？答：微电子学：电子学的一门分支学科微电子学以实现电路和系统的集成为目的，故实用性极强。微电子学中的空间尺度通常是以微米(mm, 1mm106m)和纳米(nm, 1nm = 10-9m)为单位的。 微电子学是信息领域的重要基础学科微电子学是一门综合性很强的边缘学科涉及了固体物理学、量子力学、热力学与统计物理学、材料科学、电子线路、信号处理、计算机辅助设计、测试与加工、图论、化学等多个学科微电子学是一门发展极为迅速的学科，高集成度、低功耗、高性能、高可靠性是微电子学发展的方向微电子学的渗透性极强，它可以是与其他学科结合而诞生出一系列新的交叉学科，例如微机电系统(MEMS)、生物芯片等 第二章 半导体物理和器件物理基础1.什么是半导体？特点、常用半导体材料答：什么是半导体？金属：电导率106104(Wcm-1)，不含禁带；半导体：电导率10410-10(Wcm-1)，含禁带；绝缘体：电导率10-10(Wcm-1)，禁带较宽；半导体的特点：（1）电导率随温度上升而指数上升；（2）杂质的种类和数量决定其电导率；（3）可以实现非均匀掺杂；（4）光辐照、高能电子注入、电场和磁场等影响其 电导率；半导体有元素半导体，如：Si、Ge（锗）化合物半导体，如：GaAs（砷化镓）、InP （磷化铟） 、ZnS 硅：地球上含量最丰富的元素之一，微电子产业用量最大、也是最重要的半导体材料。硅(原子序数14)的物理化学性质主要由最外层四个电子（称为价电子）决定。每个硅原子近邻有四个硅原子，每两个相邻原子之间有一对电子，它们与两个原子核都有吸引作用，称为共价键。化合物半导体：III族元素和V族构成的III-V族化合物，如，GaAs(砷化镓)，InSb(锑化铟)，GaP(磷化镓)，InP(磷化铟)等，广泛用于光电器件、半导体激光器和微波器件。2.掺杂、施主/受主、P型/N型半导体（课件）3.能带、导带、价带、禁带（课件）4.半导体中的载流子、迁移率（课件）5.PN结，为什么会单向导电，正向特性、反向特性，PN结击穿有几种（课件）6.双极晶体管工作原理，基本结构，直流特性（课件）7.MOS晶体管基本结构、工作原理、I-V方程、三个工作区的特性（课件）8.MOS晶体管分类答：按载流子类型分： NMOS: 也称为N沟道，载流子为电子。 PMOS: 也称为P沟道，载流子为空穴。按导通类型分： 增强（常闭）型：必须在栅上施加电压才能形成沟道。 耗尽（常开）型：在零偏压下存在反型层导电沟道，必须在栅上施加偏压才能使沟道内载流子耗尽的器件。四种MOS晶体管：N沟增强型；N沟耗尽型；P沟增强型；P沟耗尽型第三章 大规模集成电路基础1 集成电路制造流程、特征尺寸（课件）2 CMOS集成电路特点（课件）3 MOS开关、CMOS传输门特性（课件）4 CMOS反相器特性(电压传输特性、PMOS和NMOS工作区域) （课件）5 CMOS组合逻辑：基本逻辑门、复合门（课件）6 反相器、二输入与非、或非门（课件）7 闩锁效应起因？（课件）第四章 集成电路制造工艺1 集成电路工艺主要分为哪几大类，每一类中包括哪些主要工艺，并简述各工艺的主要作用答：图形转换：将设计在掩膜版(类似于照相底片)上的图形转移到半导体单晶片上 掺杂：根据设计的需要，将各种杂质掺杂在需要的位置上，形成晶体管、接触等制膜：制作各种材料的薄膜 图形转换： ? 光刻：接触光刻、接近光刻、投影光刻、电子束光刻? 刻蚀：干法刻蚀、湿发刻蚀 掺杂： ? 离子注入 退火? 扩散 制膜： ? 氧化：干氧氧化、湿氧氧化等? CVD：APCVD、LPCVD、PECVD? PVD：蒸发、溅射2 简述光刻的工艺过程答：光刻工序：光刻胶的涂覆爆光显影刻蚀去胶第五章 集成电路设计1 层次化、结构化设计概念，集成电路设计域和设计层次2 集成电路设计流程，三个设计步骤n 系统功能设计n 逻辑和电路设计n 版图设计3 模拟电路和数字电路设计各自的特点和流程4 版图验证和检查包括哪些内容？5 版图设计规则概念，为什么需要指定版图设计规则，版图设计规则主要内容以及表示方法。6 集成电路设计方法分类全定制、半定制、PLD7 标准单元/门阵列的概念，优点/缺点，设计流程8 PLD设计方法的特点，FPGA/CPLD的概念第六章 集成电路设计的EDA系统1 ICCAD主要有哪几类，主要作用（课件）2 VHDL语言的用途答：VHDL的作用VHDL是一门设计输入语言；设计描述VHDL是一门仿真模型语言；建模VHDL是一门测试语言；设计验证VHDL是一门网表语言；设计交换VHDL可以作为文档语言；设计合同VHDL是一门标准语言，与EDA工具无关，与工艺无关；3 VHDL设计要素：实体、结构体、配置、程序包和库，各自的概念和作用（课件）4 VHDL并行信号赋值语句的硬件行为模型（课件）5 VHDL描述电路的风格答：结构体对电路描述的方式：结构描述：描述电路由哪些模块、如何连接构成的；数据流描述：使用VHDL内建的运算符描述电路的输入输出关系；行为描述：使用进程语句，描述电路的行为或者算法；6 信号、变量的区别（课件）7 什么是进程语句，什么是敏感量表（课件）8 什么是事件，什么是模拟周期（课件）9 如何用VHDL产生信号激励，时钟激励（课件）10 什么是综合？综合过程有几个步骤。答：综合是从设计的高层次向低层次转换的过程，是一种自动设计的过程，一种专家系统。综合过程： 1. 设计描述 2. 设计编译 3. 逻辑化简和优化：完成逻辑结构的生成与优化，满足系统逻辑功能的要求。 4. 利用给定的逻辑单元库进行工艺映射，对生成的逻辑网络进行元件配置，进而估算速度、面积、功耗，进行逻辑结构的性能优化 5. 得到逻辑网表 11 什么是电路模拟？其在IC设计中的作用答：电路模拟：根据电路的拓扑结构和元件参数将电路问题转换成适当的数学方程并求解，根据计算结果检验电路设计的正确性 模拟对象：元件 优点：不需实际元件、可作各种模拟甚至破坏性模拟在集成电路设计中起的作用： 版图设计前的电路设计，保证电路正确(包括电路结构和元件参数) 有单元库支持：单元事先经过电路模拟 无单元库支持的全定制设计：由底向上，首先对单元门电路进行电路设计、电路模拟，依此进行版图设计，直至整个电路 后仿真：考虑了寄生参数，由电路模拟预测电路性能典型软件：SPICE、HSPICE 12 SPICE主要可以完成哪些主要的电路分析答：直流分析：典型的是求解直流转移特性(.DC)，输入加扫描电压或电流，求输出和其他节点（元件连接处）电压或支路电流；还有 .TF、.OP、.SENSE 交流分析(.AC)：以频率为变量，在不同的频率上求出稳态下输出和其他节点电压或支路电流的幅值和相位。噪声分析和失真分析瞬态分析(.TRAN)：以时间为变量，输入加随时间变化的信号，计算输出和其节点电压或支路电流的瞬态值。温度特性分析(.TEMP)：不同温度下进行上述分析，求出电路的温度特性电路模拟软件的基本结构：输入处理、元器件模型处理、建立电路方程、方程求解和输出处理第七章 几种重要的特种微电子器件1. 光电器件主要包括哪几类？? 答：光电子器件：光子和电子共同起作用的半导体器件，其中光子担任主要角色。主要包括三大类： 发光器件：将电能转换为光能 发光二极管(Light Emitting Diode，缩写为LED) 半导体激光器 太阳能电池：将光能转换为电能 光电探测器：利用电子学方法检测光信号的2.半导体发光器件的基本原理是什么？? 答：半导体发射激光，即要实现受激发射，必须满足下面三个条件： 通过施加偏压等方法将电子从能量较低的价带激发到能量较高的导带，产生足够多的电子空穴对，导致粒子数分布发生反转 形成光谐振腔，使受激辐射光子增生，产生受激振荡，导致产生的激光沿谐振腔方向发射 满足一定的阈值条件，使电子增益大于电子损耗，即激光器的电流密度必须大于产生受激发射的电流密度阈值第八章 微机电系统1MEMS工艺与微电子工艺技术有哪些区别。答：Micro-Electro-Mechanical Systems，MEMS是指集微型传感器、微型执行器、信号处理和控制电路、接口电路、通信系统以及电源于一体的微型机电系统。MEMS 微小型、智能、集成、高可靠 ? MEMS是人类科技发展过程一次重大的技术整合 微电子技术、精密加工技术、传感器技术、执行器技术? 微小型化、智能化、集成化、高可靠性? MEMS能够完成真正意义上的微小型系统集成 在芯片上实现了力、热、磁、化学到电的转变? MEMS极大地改善了人类生活的质量 大批量、低成本的传感器生产方式给人们更多的保护? MEMS将会带动一个充满活力的产业迅速成长 不是钢铁、汽车、微电子，而是微系统? MEMS用批量化的微电子技术制造出尺寸与集成电路大小相当的非电子系统，实现电子系统和非电子系统的一体化集成 从根本上解决信息系统的微型化问题 实现许多以前无法实现的功能2、列举几种你所知道的MEMS器件，并简述其用途。? 答：惯性MEMS器件 加速度计 陀螺 压力传感器? 光学MEMS器件 微光开关 微光学平台? 微执行器 微喷 微马达? 生物MEMS器件第九章 微电子技术发展的规律及趋势1.叙述Moore定律的内容答：集成电路的集成度每三年增长四倍，特征尺寸每三年缩小 倍2.解释等比例缩小定律答：（1）基本指导思想是：保持MOS器件内部电场不变：恒定电场规律，简称CE律 按比例缩小器件的纵向、横向尺寸，以增加跨导和减少负载电容，提高集成电路的性能 电源电压也要与器件尺寸缩小相同的倍数恒定电场定律的问题? 阈值电压不可能缩的太小? 源漏耗尽区宽度不可能按比例缩小? 电源电压标准的改变会带来很大的不便 （2）恒定电压等比例缩小规律(简称CV律) 保持电源电压Vds和阈值电压Vth不变，对其它参数进行等比例缩小 按CV律缩小后对电路性能的提高远不如CE律，而且采用CV律会使沟道内的电