超大规模集成电路设计导论考试题及答案

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1、1、MOS集成电路的加工包括哪些基本工艺？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；      （3）淀积工艺：化学淀积方法：1外延生长法；2热CVD法；3等离子CVD法；                                物理淀积方法：1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

2、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，使正光刻胶的曝光部分和负光刻胶的未曝光部分被溶解掉；       （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

3、到下层材料中；       （8）去胶：除去光刻胶。3、说明MOS晶体管的工作原理答：MOS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，S、D之间没有电流Ids=0；       （2）线性工作状态：漏源之间加电压Vds时，漏端接正，源端接负，沟道厚度不再均匀，在D端电位升为Vd，栅漏极电位差为Vgs-Vtn，电场强度变弱，反型层变薄，并在沟道上产生由D到S的电场Eds，使得多数载流子由S端流向D端形成电流Ids，它与Vds变化呈线性关系：     Ids=βn[(Vgs-Vt

4、n)-Vds/2]Vds      （3）饱和工作状态：Vs继续增大到Vgs-Vtn时，D端栅极与衬底不足以形成反型层，出现沟道夹断，电子运动到夹断点Vgs-Vds=Vtn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，（Vgs-Vtn）不变，Ids也不变，即MOS工作进入饱和状态，Ids=Vgs-Vtn/Rc       （4）击穿状态：当Vds增加到一定极限时，由于电压过高，晶体管D端得PN结发生雪崩击穿，电流急剧增加，晶体管不能正常工作。4、MOS反相器有哪些种类？说明每种反相器的特性。答：（1）

5、电阻负载反相器（E/R）：该电路在集成电路中很少用，在分离原件中常用；      （2）增强型负载反相器（E/E）：这种反相器的漏端始终处于夹断状态；      （3）耗尽型负载反相器（E/D）：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； （4）CMOS反相器：1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Latch-up效应的产生原理及防治办法答：产生原理：用CMOS晶体管的说明闸流效应  （1）在P阱内有一个纵向的NPN管，在P阱外有一个横向的NPN管，两个晶

6、体管的集电极各驱动另一个晶体管的基极，构成正反馈回路；  （2）P阱中纵向NPN管的电流放大倍数约为50到几百，P阱外的横向PNP管的电流放大倍数约为0.5到10； （3）Rw和Rs为基极的寄生电阻，阱电阻Rw的典型值为1K--10K欧姆，衬底电阻Rs的典型值为500--700欧姆。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，很容易使输出端Vo瞬间置于Vss之下约为0.7V，使得N+漏区（也有可能是N+]源区）向P阱注入电子，这股电子流使PNP和NPN管的正反馈增强，电流一直增强，将产生很大的破坏性，而且

7、在去除干扰后，闸流电流也不会消除，即产生闸流效应，而且若输出端Vo置于Vdd上方，也能引P+漏极的空穴注入而引发闸流效应。   防止办法：（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，设两个管子的开启电压Vt相同，且都工作在线性区根据电流公式有：Ids1=β1[(Vg-Vt-Vm)2-(Vg-Vt-Vd)2]   (1)Ids2=β2[(Vg-Vt-Vs)2-(Vg-Vt-Vm)2]  因为    Ids1=Ids2    所

8、以(Vg-Vt-Vm)2=β2/(β1+β2)[(Vg-Vt-Vs)2-(Vg-Vt-Vd)2] 代入（1）得  Ids=β1β2/(β1+β2)[(Vg-Vt-Vs)2-(Vg