《集成电路设计原理》试卷及答案解读.doc

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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,各管的阈值电压，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。

10.（6分）写出下列电路输出信号的逻辑表达式：

Y1=；Y2=；Y3=。

二、画图题：

（共12分）

1．（6分）画出由静态CMOS电路实现逻辑关系的电路图，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,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？

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0.13CMOS工艺下NMOS管，宽长比为W/L=，栅氧厚度为，室温下电子迁移率，阈值电压=0.3V,计算V、V和0.9V时的大小。

已知：

，。

2．（12分）如图所示，M1和M2两管串联，且，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。

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0.13工艺，已知：

,，，，，，，ln14.33=2.66，ln14=2.64。

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《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），，

二、画图题：

（共12分）

1．（6分）2．（6分）

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）

1．（12分）解：

计算MOSFET导电因子：

4分

当V（>=0.3V）、V（<）时，NMOS管处于线性区，线性区电流为：

4分

当V（>=0.3V）、V（>）时，NMOS管处于饱和区，饱和区电流为：

4分

2．（12分）解：

1）设中间节点为C。

分析知当电压满足VB

于是对M1而言，有，即Vc

又VG-VT

而对M2而言，有，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

故对M1、M2和等效管Meff有：

则有由＝＝知：

即Keff=K1K2/（K1+K2）6分

3．（14分）解：

先考虑瞬态特性要求：

由（4分）

得,（2分）

而（2分）

代入相关参数可得,即（2分）

考察噪声容限：

由（2分）

得：

（2分）

所以所设计的CMOS反相器符合题意要求，即

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