南京郵電大學微電子導論期末復習

1、微電子學導論復習郭宇鋒第一章 重點與難點小結(jié) 微電子學的概念和特點、集成電路的概念和作用、半導體、微電子和集成電路的關系。 微電子技術的戰(zhàn)略地位、發(fā)展動力和對傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)的滲透與帶動作用。 微電子技術的歷史：摩爾定律、第一臺通用電子計算機、第一個晶體管、第一塊集成電路、第一臺微處理器、我國第一款商品化通用高性能CPU。 微電子技術的現(xiàn)狀與挑戰(zhàn)：微電子產(chǎn)業(yè)鏈及其特點、微電子產(chǎn)業(yè)面臨的挑戰(zhàn)。 我國的微電子產(chǎn)業(yè)：歷史、產(chǎn)業(yè)化基地、產(chǎn)業(yè)分布、緊缺人才。第二章重點與難點小結(jié) 半導體材料的分類、硅的晶體結(jié)構(gòu) 能帶理論的三個假設、能帶、滿帶、空帶、價帶、導帶、禁帶、帶隙（禁帶寬度）等的概念 電子的躍遷、固體的導

2、電模型、本征半導體與雜質(zhì)半導體、施主、受主、雜質(zhì)能級 電子和空穴、本征載流子濃度及其影響因素、 多子和少子、電中性條件 半導體中的載流子濃度計算、載流子的輸運機制：擴散運動和漂移運動、影響擴散電流的因素、影響漂移電流的因素。遷移率的概念和影響因素 載流子的復合2-1,2-22-1用于推導能帶論的基本假設有哪些？什用于推導能帶論的基本假設有哪些？什么是能帶論？用能帶論的觀點來區(qū)分金屬、么是能帶論？用能帶論的觀點來區(qū)分金屬、半導體和絕緣體。半導體和絕緣體。2-2載流子的主要輸運模式是什么？影響載載流子的主要輸運模式是什么？影響載流子輸運的因素有哪些？流子輸運的因素有哪些？電子科學與工程學院 郭宇鋒

3、微電子器件基礎 2-3在室溫下的單晶硅進行硼摻雜，硼的濃度為在室溫下的單晶硅進行硼摻雜，硼的濃度為31015cm3。試求半導體中多子和少子的濃度。若再。試求半導體中多子和少子的濃度。若再摻入濃度為摻入濃度為4.51015cm3的磷，試確定此時硅的導電的磷，試確定此時硅的導電類型，并求出此時的多子和少子濃度。類型，并求出此時的多子和少子濃度。解：第一次摻雜：半導體為解：第一次摻雜：半導體為P型型 多子為空穴：多子為空穴： 少子為電子：少子為電子： 第二次摻雜：半導體由第二次摻雜：半導體由P型變?yōu)樾妥優(yōu)镹型。型。 多子為電子：多子為電子： 少子為空穴：少子為空穴：243/7.5 10iAnnNcm

4、1533 10ApNcm 253/()1.5 10iDAnnNNcm1531.5 10DAnNNcm2-3第三章重點與難點小結(jié) PN結(jié)形成的微觀過程、空間電荷區(qū)、PN結(jié)的能帶、PN結(jié)的正向偏置與反向偏置、雪崩擊穿的物理過程、PN結(jié)的IV特性和應用 雙極晶體管的結(jié)構(gòu)、共發(fā)射極接法、電流增益和電流傳輸率、晶體管特性曲線及其分區(qū)。雙極晶體管的應用和特點。 MOS場效應晶體管的基本結(jié)構(gòu)和分類、閾值電壓的概念和影響因素、N MOSFET工作機理、I-V特性曲線及其分區(qū)、 MOSFET的應用和特點。 3-1一個硅PN結(jié)的摻雜濃度為NA31015cm-3,ND=51015cm-3，（1）若平衡時P型硅一側(cè)的

5、耗盡區(qū)寬度為0.9m，求此時總的耗盡區(qū)寬度。（2）若給此PN結(jié)施加偏壓后，總耗盡區(qū)寬度變?yōu)?.6 m，求P側(cè)和N側(cè)的耗盡區(qū)寬度，并判斷此時PN結(jié)處于正偏還是反偏。解：（1）由 得： 故： （2）由題意： 兩式聯(lián)立，解得： 因耗盡區(qū)變寬，故PN結(jié)處于反偏狀態(tài)。2/0.54APNiADN xxnnNmNDNAPN xN x0.6Nxm1.44MPNxxxm15155 103 10NPxx 1.6PNxxm1.0PxmXNXPNANDXN3-13-2 3-2一個硅PN結(jié)二極管，室溫（300K）下飽和電流為1.4810-13A，正向電流已知為0.442A，求此時的正向電壓。解：由 得：(1)qVkTs

6、II eln/10.74skTVI IVq3-3 3-3定義通過基區(qū)流入集電結(jié)的電流和發(fā)射極注入電流之比為電流傳輸率，證明：證明：1/1/1cecccebecceIIIIIIIIIII3-43-4共發(fā)射極接法晶體管中，基極電流Ib20A，電流傳輸率0.996，試求此時的發(fā)射極電流Ie。解：1511bebcbbbIIIIIIImA3-5 3-5試證明在NMOS工作在深線性區(qū)時（VDSVGS-VT），ID和VDS近似滿足如下關系：證明：()DGSTDsIVV V2(0.5)()0.5()DGSTDSDsGSTDsDSGSTDsIVVVVVV VVVV V3-6源極源極P+NP+柵極柵極漏極漏極VT

7、 VGS0VDS0IDSVDSID 3-6試分析P MOSFET的工作機理。(1)VTVGS0,VDS0:漏結(jié)耗盡區(qū)擴展，使得柵極下方耗盡區(qū)寬漏結(jié)耗盡區(qū)擴展，使得柵極下方耗盡區(qū)寬度從源到漏逐漸增加，晶體管截止，度從源到漏逐漸增加，晶體管截止，IDS0。3-6源極源極P+NP+柵極柵極漏極漏極VT VGS0 Vsat VDS0IDSVDSID 3-6試分析P MOSFET的工作機理。(2)VGSVT0, VsatVDS0:柵極下方耗盡區(qū)寬度從源到漏逐漸增加，柵極下方耗盡區(qū)寬度從源到漏逐漸增加，而反型層寬度從源到漏逐漸減小，而反型層寬度從源到漏逐漸減小，ID隨隨VDS減小而線性增加。減小而線性增加

8、。3-6源極源極P+NP+柵極柵極漏極漏極VT VGS0 VDS=Vsat0 IDSVDSIDVsat=VGS-VTIsat 3-6試分析P MOSFET的工作機理。(3)VGSVT0, VDS=Vsat0:漏結(jié)邊緣反型層寬度減小到零，漏結(jié)邊緣反型層寬度減小到零，ID達達到最大值。到最大值。上一專題習題答案源極源極P+NP+柵極柵極漏極漏極VGSVT0 VDSVsat0IDSVDSIDVsat=VGS-VTIsat 3-6試分析P MOSFET的工作機理。(4)VGSVT0, VDSVsatVGSVT線線性性區(qū)區(qū)線線性性區(qū)區(qū)VDSID飽和區(qū)飽和區(qū)VGS2VGS3VGS4VGS5截止區(qū)截止區(qū)VG

9、S1VGSVTNMOS I-V特性曲線特性曲線PMOS I-V特性曲線特性曲線思考題思考題：設則你認為K會受到下面哪些因素的影響？怎樣影響？（溝道長度、溝道寬度、溝道濃度）溝道長度：越長，K越??；溝道寬度：越寬，K越大；溝道濃度：影響不大。(0.5)DGSTDSDsIK VVVV第四章重點與難點小結(jié)圖形轉(zhuǎn)換：光刻：接觸光刻、接近光刻、投影光刻刻蝕：干法刻蝕、濕法刻蝕摻雜：擴散：固態(tài)源、液態(tài)源、氣態(tài)源離子注入制膜：氧化：干氧氧化、濕氧氧化等CVD：APCVD、LPCVD、PECVDPVD：蒸發(fā)、濺射N+埋層雙極工藝流程N阱CMOS工藝流程4-1 4-1簡述光刻的基本過程。解： （1）涂膠：將光刻

10、膠涂在硅片上。 （2）曝光：將掩模版覆蓋在硅片上方，在特定波長的光線下曝光一段時間。 （3）顯影：將硅片浸沒在顯影液中進行顯影。 （4）腐蝕：采用干法刻蝕或濕法腐蝕，利用刻蝕或腐蝕的選擇性，在窗口中暴露出來的基片上形成圖形。 （5）去膠：去除殘留的光刻膠。4-2,4-34-2簡述二氧化硅的特點和在集成電路中的作用。4-3簡述各種CVD工藝的特點和優(yōu)缺點。（略） 4-4在雜質(zhì)濃度ND031016cm3的硅中按照如下工藝進行摻雜，若再擴散后硼摻雜和磷摻雜的y方向濃度分布分別為NA(y)=(18-5104y)1016cm3和ND(y)=(3-2104y)1017cm3 ，試求橫向擴散差x為多少微米？

11、xxyN(1016cm3)yND0=3y1y2NA=18-5yND=30-20y在結(jié)的邊界上凈雜質(zhì)含量為零。故在結(jié)的邊界上凈雜質(zhì)含量為零。故NA(y1)ND0,代入數(shù)值，解得代入數(shù)值，解得y1=0.0003cm=3umNA(xjN)ND（xjN)ND0，代入數(shù)值，解得，代入數(shù)值，解得y2=0.0001cm=1um因為在推結(jié)過程中橫向擴展是縱向結(jié)深的因為在推結(jié)過程中橫向擴展是縱向結(jié)深的0.8倍。故倍。故x0.8（y1-y2）=1.6umy1y24-44-5 4-5總結(jié)N埋層雙極工藝和N阱CMOS工藝的工藝流程，并總結(jié)各自掩模版的作用。解： N埋層雙極工藝的工藝流程： (1) N埋層制作：氧化光刻

12、埋層磷注入去氧化層 (2)外延層生長 (3)隔離擴散：氧化光刻隔離區(qū)硼注入推阱去氧化層 (4) P型基區(qū)制作:氧化光刻基區(qū)硼注入推阱去除氧化層 (5) N發(fā)射區(qū)制作:氧化光刻發(fā)射區(qū)磷注入推結(jié)去除氧化層 (6)接觸孔和引線制作:氧化光刻接觸孔濺射鋁光刻引線掩模版共6張，其作用分別是： (1) M1：光刻埋層 (2)M2：光刻隔離區(qū) (3)M3：光刻基區(qū) (4) M4：光刻發(fā)射區(qū) (5) M5：光刻接觸孔氧化 (6)M6：光刻引線4-54-5總結(jié)N埋層雙極工藝和N阱CMOS工藝的工藝流程，并總結(jié)各自掩模版的作用。解： N阱CMOS工藝的工藝流程： (1) N阱制作：氧化光刻N阱區(qū)刻蝕SiO2 氧化

13、磷注入推阱去氧化層 (2)場區(qū)制作：氧化淀積Si3N4 光刻場區(qū)刻蝕Si3N4 刻蝕SiO2 高壓氧化刻蝕Si3N4 刻蝕SiO2 (3)柵氧化層制作：氧化淀積多晶硅光刻柵區(qū)刻蝕多晶硅 (4)源漏制作: N區(qū)光刻磷離子注入 P+區(qū)光刻硼離子注入推結(jié) (5)接觸孔和引線制作:淀積二氧化硅光刻接觸孔濺射鋁光刻引線掩模版共7張，其作用分別是： (1) M1：光刻N阱區(qū) (2)M2：光刻場區(qū) (3)M3：光刻柵區(qū) (4) M4：光刻N區(qū) (5)M5：光刻P+區(qū) (6)M6：光刻接觸孔 (7) M7: 光刻引線4-6(1)預氧預氧(2)淀積淀積Si3N4(3)光刻光刻Si3N4（M1）(4)刻蝕刻蝕Si

14、O2(5)高壓氧化高壓氧化(6)刻蝕刻蝕Si3N4(7)刻蝕刻蝕SiO2(8)生長柵氧生長柵氧(9)淀積多晶硅淀積多晶硅(10)光刻多晶（光刻多晶（M2）(11)注入注入P(12)推結(jié)推結(jié)(13)淀積淀積SiO2(14)光刻接觸孔光刻接觸孔(M3)(15)濺射硅鋁濺射硅鋁(16)光刻硅鋁光刻硅鋁(M4)1.場氧制作：場氧制作：(1)(7) 2.柵制作：柵制作：(8)(10)3.源漏制作：源漏制作：(11)(12) 4.接觸孔和引線制作：接觸孔和引線制作：(13)(16) 4-6設計制備NMOSFET的工藝，并畫出流程圖。第五章重點與難點小結(jié) 集成電路的性能指標、影響集成電路性能的因素、提高性能

15、/價格比的途徑、集成電路按器件結(jié)構(gòu)分類、按電路功能分類、按集成規(guī)模分類。 基本邏輯運算、NMOS與PMOS的通斷與柵電壓的關系、CMOS基本邏輯單元的結(jié)構(gòu)和工作原理。CMOS集成電路的特點、雙極集成電路的特點、BiCMOS電路的特點。5-1 5-1寫出異或邏輯和同或邏輯的真值表。寫出異或邏輯和同或邏輯的真值表。 （略）（略）5-2 5-2試用一個與非門和一個倒相器構(gòu)成一個試用一個與非門和一個倒相器構(gòu)成一個CMOS與門與門電路，畫出電路圖。（提示電路，畫出電路圖。（提示 ： ）FABABAVDDP1N2BN1P2FP3N35-3 5-3列出下圖列出下圖CMOS邏邏輯電路的真值表，其輯電路的真值表

16、，其中輸出為中輸出為X，輸入為，輸入為A、B、C。AXVDDCB5-4,5-5 5-4比較雙極、比較雙極、CMOS和和BiCMOS集成電路的集成電路的特點。特點。 5-5反相積分放大器的輸入電阻反相積分放大器的輸入電阻R為為10K，若輸入和輸出電壓波形如圖所示，求電容若輸入和輸出電壓波形如圖所示，求電容C的值。的值。t（ms）V1（V）100-10t（ms）Vout（V）100-1050150略第6 章 重點與難點小結(jié) ASIC的定義和設計流程。系統(tǒng)設計、行為設計、邏輯設計、電路設計、物理設計、制版流片、器件和工藝設計、SOC的概念、技術特征和優(yōu)點， IP核的概念和分類。 MEMS的定義、意義、分類、理論基礎和技術基礎、NAMS的概念、理論基礎和技術基礎。 單電子晶體管、碳納米管場效應晶體管、有機分子場效應晶體管、石墨烯晶體管、憶阻體、超導開關器件、量子單元自動機、量子計算機、DNA計算機、納電子系