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 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 半導體材料的分類、硅的晶體結構 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、本征半導體與雜質半導體、施主、受主、雜質能級 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 PN結形成的微觀過程、空間電荷區(qū)、PN結的能帶、PN結的正向偏置與反向偏置、雪崩擊穿的物理過程、PN結的IV特性和應用 雙極晶體管的結構、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構和分類、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結的摻雜濃度為NA31015cm-3,ND=51015cm-3，（1）若平衡時P型硅一側的

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結施加偏壓后，總耗盡區(qū)寬度變?yōu)?.6 m，求P側和N側的耗盡區(qū)寬度，并判斷此時PN結處于正偏還是反偏。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:漏結耗盡區(qū)擴展，使得柵極下方耗盡區(qū)寬漏結耗盡區(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:漏結邊緣反型層寬度減小到零，漏結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?。粶系缹挾龋涸綄挘琄越大；溝道濃度：影響不大。(0.5)DGSTDSDsIK VVVV第四章重點與難點小結圖形轉換：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在結的邊界上凈雜質含量為零。故在結的邊界上凈雜質含量為零。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因為在推結過程中橫向擴展是縱向結深的因為在推結過程中橫向擴展是縱向結深的0.8倍。故倍。故x0.8（y1-y2）=1.6umy1y24-44-5 4-5總結N埋層雙極工藝和N阱CMOS工藝的工藝流程，并總結各自掩模版的作用。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N埋層雙極工藝和N阱CMOS工藝的工藝流程，并總結各自掩模版的作用。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 (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)推結推結(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 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、集成電路按器件結構分類、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基本邏輯單元的結構和工作原理。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成一個試用一個與非門和一個倒相器構成一個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 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