《集成电路设计原理》试卷及答案

第1页共5页电科《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。3.集成电路按工作原理来分可分为、、。4.（4分）光刻的工艺过程有底膜处理、涂胶、前烘、、、、和去胶。5.（4分）MOSFET可以分为、、、四种基本类型。6.（3分）影响MOSFET阈值电压的因素有：、以及。7.（2分）在CMOS反相器中，Vin，Vout分别作为PMOS和NMOS的和；作为PMOS的源极和体端，作为NMOS的源极和体端。8．（2分）CMOS逻辑电路的功耗可以分为和。9.（3分）下图的传输门阵列中5DDVV,各管的阈值电压1TVV，电路中各节点的初始电压为0，如果不考虑衬偏效应，则各输出节点的输出电压Y1=V，Y2=V，Y3=V。VDDY1Y3Y210.（6分）写出下列电路输出信号的逻辑表达式：Y1=；Y2=；Y3=。AABBCCDDVDDY1VDDABY2ABM1M2VDDM3M4CVV12MMMMP1P2N1N2Y3第2页共5页二、画图题：（共12分）1．（6分）画出由静态CMOS电路实现逻辑关系YABDCD的电路图，要求使用的MOS管最少。2.（6分）用动态电路级联实现逻辑功能YABC,画出其相应的电路图。三、简答题：（每小题5分，共20分）1.简单说明n阱CMOS的制作工艺流程，n阱的作用是什么？2.场区氧化的作用是什么，采用LOCOS工艺有什么缺点，更好的隔离方法是什么？第3页共5页3.简述静态CMOS电路的优点。4.简述动态电路的优点和存在的问题。四、分析设计题：（共38分1.（12分）考虑标准0.13mCMOS工艺下NMOS管，宽长比为W/L=0.26/0.13mm，栅氧厚度为2.6oxtnm，室温下电子迁移率2220/ncmVs，阈值电压TV=0.3V,计算1.0GSVV、0.3DSVV和0.9V时DI的大小。已知：148.8510/oFcm，3.9ox。第4页共5页2．（12分）如图所示，M1和M2两管串联，且BGTAVVVV，请问：1)若都是NMOS，它们各工作在什么状态?2)若都是PMOS，它们各工作在什么状态?3)证明两管串联的等效导电因子是effK1212/()KKKK。第5页共5页3．（14分）设计一个CMOS反相器，要求在驱动10fF外部负载电容的情况下，输出上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于0.55V。针对0.13m工艺，已知：0.30TNVV,0.28TPVV,2220/ncmVs，276/pcmVs，2.6oxtnm，148.8510/oFcm，3.9ox，1.2DDVV，ln14.33=2.66，ln14=2.64。6《集成电路原理》期末考试试卷参考答案一、填空题：（共30分）1．（1分）19472．（2分）集成电路中的晶体管数目（也就是集成度）大约每18个月翻一番3．（3分）数字集成电路，模拟集成电路，数模混合集成电路4．（4分）曝光，显影，坚膜，刻蚀5．（4分）增强型NMOS，耗尽型NMOS，增强型PMOS，耗尽型PMOS6．（3分）栅电极材料，栅氧化层的质量和厚度，衬底掺杂浓度7．（2分）栅极，漏极，VDD，GND8．（2分）动态功耗，静态功耗9．（3分）4，3，210．（6分）()ABCD，ABAB，ABC二、画图题：（共12分）1．（6分）2．（6分）VDDYABCDABCDABVDDCY3三、简答题：（每小题5分，共20分）1．答：n阱CMOS的制作工艺流程：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PMOS管的衬底，把PMOS管做在n阱里。2．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。3．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；3.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。4．答：动态电路的优点：1.减少了MOS管数目，有利于减小面积；2.减小了电容，有利于提高速度；3.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；2.存在电荷分享、级联、电荷泄漏等问题；3.需要时钟信号控制，增加设计复杂性。四、分析设计题：（共38分）71．（12分）解：计算MOSFET导电因子：142073.98.85100.26()()220584.1()2.6100.13oxnoxnoxWWCAVLtL4分当1.0GSVV(TV=0.3V)、0.3DSVV(0.7GSTVVV)时，NMOS管处于线性区，线性区电流为：21[()]96.3765()2DGSTDSDSIVVVVA4分当1.0GSVV(TV=0.3V)、0.9DSVV(0.7GSTVVV)时，NMOS管处于饱和区，饱和区电流为：2()143.1045()2DGSTIVVA4分2．（12分）解：1)设中间节点为C。分析知当电压满足VBVG-VTVA时，在电路达到稳态之后，M1和M2都导通。于是对M1而言，有GSV0TV，即VcVG-VT。又VG-VTVA，即GSVDSTVV，故M1工作于饱和区。而对M2而言，有GSVTDSVV，故M2工作于线性区。3分2)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3)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VBVG-VTVA知该等效管应工作于饱和区。故对M1、M2和等效管Meff有：21122222()[()()]()DGTCDGTBGTCDeffeffGTBIKVVVIKVVVVVVIKVVV则有1212DeffDDeffIIIKKK由1DI＝2DI＝DeffI知：12111effKKK即Keff=K1K2/(K1+K2)6分83．（14分）解：先考虑瞬态特性要求：由20.11.9212(1)0.1(1)0.280.2331.2lnTPPDDPPPPLPDDrrCrKVVVt20.11.9212(1)0.1(1)0.30.251.2lnTNNDDNNNNLNDDffCfKVVVt(4分)得424.0810/PKAV,424.2210/NKAV(2分)而0OX0OX11()()2211()()22OXPPPPPOXOXNNnNnOXWWKCLLtWWKCLLt(2分)代入相关参数可得()8.09()2.89PNWLWL,即1.0520.376PNmmWW(2分)考察噪声容限：由TNrDDTPrTNDDTPitrr1=1110.607VKVVKVVVVKKV(2分)得：0.6070.550.5930.55NLMitNLMDDitVVVVVVVVV(2分)所以所设计的CMOS反相器符合题意要求，即1.0520.376PNmmWW