《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）1947 2．（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PMOS 6．（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，GND 8．（2分）动态功耗，静态功耗 9．（3分）4，3，2 10．（6分）(A?B)C?D，AB?AB，AB?C
二、画图题：（共12分）
1．（6分） 2．（6分）
VDDACYACBDBCAVDDBDY3?
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）
6
1．（12分）解：计算MOSFET导电因子?：
?0?oxWW3.9?8.85?10?140.26?2???nCox()??n()?220???584.1(?AV) 4分 ?7LtoxL2.6?100.13当VGS?1.0V(>VT=0.3V)、VDS?0.3V( 12ID??[(VGS?VT)VDS?VDS]?96.3765(?A) 4分 2当VGS?1.0V(>VT=0.3V)、VDS?0.9V(>VGS?VT?0.7V)时，NMOS管处于饱和区，饱和区电流为： ID??2(VGS?VT)2?143.1045(?A) 4分 2．（12分）解： 1) 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 VGS?VT?0，即 Vc < VG -VT。 又VG - VT < VA，即 VDS?VGS?VT，故M1工作于饱和区。而对 M2而言，有VGS?VT?VDS，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： ?ID1?K1(VG?VT?VC)2?22?ID2?K2[(VG?VT?VB)?(VG?VT?VC)] ?2I?K(V?V?V)DeffeffGTB?111ID1ID2IDeff??则有 由ID1＝ID2＝IDeff 知： ??K1K2KeffK1K2Keff即Keff = K1 K2 / (K1 + K2) 6分 7 3．（14分）解：先考虑瞬态特性要求： ????0.11.9?2?1??tf??f???0.1?2(1?1?)ln?tr??r??ln??2(1??)0.1?(1??)???(1??)???CC由??r?KV??f?KV??V0.28?????????V?0.3?0.25?0.233??V1.2V1.2??PPN2PP2NNLLPDDNDDTPTNPNDDDD?1.9?2?N0.1??? (4分) 得KP?4.08?10A/V?42,KN?4.22?10A/V?42 (2分) ?1?K1P?(W)?C(W)?0?OX2LPPOX??而??2LPPtOX (2?1??K?1(W)?C(W)?0?OXN2LNnOX?N?2LntOX?(W?)LP?8.09代入相关参数可得?,即 WP?1.052?m?W (2N?0.376?m?(W)LN?2.89?考察噪声容限： 由VVTN?1Kr?VDD?VTP?KrVTN?Vit = ?DD?VTP?0.607V (2 1?1Kr1?Kr分) 得： ?VNLM?Vit?0.607V?0.55V (2VNLM?VDD?Vit?0.593V?0.55V所以所设计的CMOS反相器符合题意要求，即 ?WP?1.052?mW N?0.376?m 8 分) 分) 分)