《集成电路设计原理》试卷及答案

电科《集成电路原理》期末考试试卷一、填空题1.（1分）年，第一次观测到了具有放大作用的晶体管。2 . （ 2分）摩尔定律是指 0集成电路按为 、

工作原理 来分可 分、（4分）理、去胶。

涂胶、前烘、 、_

、、 —和5. ( 4 分为 、

) MOSFET、

可 以 分、四种基本类型。（3分）MOSFET。（2分）在CMO茨相器中，V,V 分别作为PMO制NMOS勺和;作n Out为PMOS勺源极和体端，作为NMOS勺源极和体端。（2分）CMO徵辑电路的功耗可以分为和。T（3分）下图的传输门阵列中V =5V,各管的阈值电压V=1V,电路中各节点的初始TDD0,Y=VVJI 2 3::IVDD-——_丫3（6分）写出下列电路输出信号的逻辑表达式：丫=;丫=1 2AB二、画图题：（12分）（6分）CMOY=ABD+CDMO筝最少。（6分）用动态电路级联实现逻辑功能Y=ABC ,画出其相应的电路图三、简答题：（每小题5分，共20分）nCMO的制作工艺流程，n阱的作用是什么?LOCOS：艺有什么缺点，更好的隔离方法是什么?CMOSI路的优点简述动态电路的优点和存在的问题四、分析设计题：（38分（12分）考虑标准0.13PmCMOE艺下NMO霸，宽长比为W/L=0.26Pm/0.13Pm,ox栅氧厚度为t =2.6nm，室温下电子迁移率K=220cm2/V|_s，阈值电压V=0.3V,计算oxV 1.0V、V =0.3V和0.9V时I的大小。已知：a =8.85乂10堂七/cm,GS= DS D o

3.9。x=（12分）如图所示，M1和M2两管申联，且B<VG-Vr<，请问:1）NMO,S它们各工作在什么状态？PMOS它们各工作在什么状态？证明两管申联的等效导电因子是e^K1/（K<H）O3.（14分）CMO10fF3.升时间和下降时间都不能大于 40ps，并要求最大噪声容限不小丁 0.55V。针对0.13Hm工艺，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《集成电路原理》期末考试试卷：（30分）1. （1分）19472.（也就是集成度）大约每（3分）数字集成电路，模拟集成电路，数模混合集成电路（4分）曝光，显影，坚膜，刻蚀

参考答案（2分）集成电路中的晶体管数目18个月翻一番（4分）NMOS,NMOS,PMOS,耗尽型PMOS（3分）栅电极材料，栅氧化层的质量和厚度，衬底掺杂浓度（2分）栅极，漏极，VDD,GND（2分）动态功耗，静态功耗9. （3分）4,3,210.（6分）（A+B）C+D,AB+AB,AB+C：（12分）TTrrJL.

TTJC

rTrlrl---HAB ——D三、 简答题：（每小题5分，共20分）1.答：n阱CMOS勺制作工艺流程：1.准备硅片材料；2.形成n阱；3.场区隔离；4.形成多晶硅栅；5.源漏区n+/p+注入；6.形成接触孔；7.形成金属互连；8.形成钝化层。n阱的作用：作为PMO管的衬底，把PMO箱做在n阱里。答：场区氧化的作用：隔离MOS晶体管。LOCOS工艺的缺点：会形成鸟嘴，使有源区面积比版图设计的小。更好的隔离方法：浅槽隔离技术。答：1.是一无比电路，具有最大的逻辑摆幅；2.在低电平状态不存在直流导通电流；静态功耗低；4.直流噪声容限大；5.采用对称设计获得最佳性能。答：动态电路的优点：1MOS管数目，有利于减小面积；减小了电容，有利于提高速度；保持了无比电路的特点。动态电路存在的问题：1.靠电荷存储效应保存信息，影响电路的可靠性；存在电荷分享、级联、电荷泄漏等问题；需要时钟信号控制，增加设计复杂性。四、 分析设计题：（共38分）1. (12MOSFETP:W、…3.98.8510J40.26"ox/

()=220toxt

L

2.6100.13

=584.1(」AV/)GS T DS GS 当V =1.0V(>V=0.3V)、V =0.3V(<V —V =0.7V)时，NMOStGS T DS GS 线性区电流为：I -V)V

12—V]=96.3765(」A) 4 分2D=I(VGS

DS

2DSGS T DS GS 当V =1.0V(>V=0.3V)、V =0.9V(>V —V=0.7V)时，NMOSfGS T DS GS 饱和区电流为：I-2

(VGS-

VT

_=143.1045(」A) 4 分2. (12分)解： 设中间节点为C。分析知当电压满足VB<VG-VT<VA时，在电路达到稳态之后， M1和M2都导通。于是对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 工作于线性区。AV3AV依据NMOSFET和PMOSFET的电压反转对称性知，若两管都是PMOSFET,则M1工作于线性区，M2工作于饱和区。 3分取一例证明。以此题中的NMOSFET和给定的偏压为例， 两个NMOS管等效为一个NMOS管后，依VB<VG-VT<VA知该等效管应工作于饱和区。故对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则有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：先考虑瞬态特性要求:十亍 |-"迫1+ 1

It f一i」每)2f

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0.1 )］灯=首［_哀,丁

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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代入相关参数可得」W(—)—2.89L.L/N------rW=1.052Mm,即｛"W^0.376kmN考察噪声容限：、［Kv+V-+V\jV氏兀KfV-+V\由V