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

U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，

U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；

U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；

U耗尽型负载反相器CD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

0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、Rs值太大，在外部噪声的影响下，口

容易使输出端VoODO。vss之下约为0.7V,使得N+

漏区(也有可能是N+1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？

答(1〕串联：如图示是两个晶体管串联及其等效电路，设两个管子的开启Vt相同，且

电压都工作在线性区

根据电流公式有：

Idsi=Pi[(Vg-Vt—Vm)2~(Vg-Vt-Vd)2](1)

Ids2=P2[(Vg-Vt-Vs)2-(Vg-Vt-Vm)2]

因为％s『ds2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=B

eff：(Vg-V-Vs)2-(Vg-V-Vd)2]

由于Ids=IdsL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：

0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

管并联时的等效导电因子，同理可得个相等的管子并联使用时的等效导电因子为：

%=2总

2-1

、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。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"o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10