微电子概论思考题及答案

1.第一只晶体管发明是在哪个国家？哪个实验室？发明人是谁？

美国 Bell实验室 肖克莱 巴丁 布拉顿

2.第一片IC发明是在哪个国家？哪个公司？发明人是谁？

美国 TI公司 Kibly

3.按规模分类IC有几种？简要说明每种类型的集成度？

六种 SSI:<102,MSI:102~103, LSI :103~104, VLSI:104~107, ULSI:107~109, GSI:>109

4.按功能分类IC有几种？简要说明每种类型的特征？

三种

1.数字集成电路：它是指处理数字信号的集成电路。

2.模拟集成电路：它是指处理模拟信号的集成电路。

3.数模混合集成电路：既包含数字电路，又包含模拟电路的新型电路称为数模混合集成电路。

5.按器件结构分类IC有几种？简要说明每种类型的特征？

1.双极集成电路：这种电路采用的有源器件是双极晶体管，双极晶体管是由于它的工作机制依赖于电子和空穴两种类型的载流子而得名。

2.金属-氧化物-半导体（MOS）集成电路：这种电路中所用的晶体管为MOS晶体管， MOS晶体管是由金属-氧化物-半导体结构组成的场效应晶体管，它主要靠半导体表面电场感应产生的导电沟道工作。

3.双极-MOS（BiMOS）集成电路：同时包括双极和MOS晶体管的集成电路为BiMOS集成电路。 BiMOS集成电路综合了双极和MOS器件两者的优点，但这种电路具有制作工艺复杂的缺点。

6.简单叙述微电子学对人类社会的作用。

微电子学是信息领域的重要基础学科，在信息领域中，微电子学是研究并实现信息获取、传输、存储、处理和输出的科学，是研究信息载体的科学，构成了信息科学的基石。微电子学是一门综合性很强的边缘学科，包含了很多领域。信息技术发展只能依赖于微电子技术的支撑才能成为现实。微电子学的渗透性极强，它可以与其他学科结合而生出一系列新的交叉学科。

第二章：

1.什么是半导体？半导体的主要特点有哪些？

指常温下导电性能介于导体与绝缘体之间的材料。

在纯净的半导体材料中，电导率随温度的上升而指数增加；半导体中杂质种类和数量决定着半导体的电导率，而且在重掺杂情况下，温度对电导率的影响较弱；在半导体中可以实现非均匀掺杂；光的辐照、高能电子等的注入可以影响半导体的电导率。

2.试对比说明金属与半导体的主要区别。

一般半导体和金属的区别在于半导体中存在着禁带而金属中不存在禁带

3.试从欧姆定律和半导体电阻定义出发证明欧姆定律的微分形式为：j=σE

因为R=U/I且 R=ρL/S可以推知I/S=U/ρL,所以j=I/S=U/    ρL=σE

4.用半导体迁移率和欧姆定律的微分形式证明：σ=nq

因为j=nqv，设v=μE ，把v=μE 代入j=nqv，与j=σE比较得到：σ= nqμ  

5.从微观机制解释晶格振动散射导致半导体迁移率随温度增加而下降的原因。

温度升高时，对载流子的晶格散射也将增强，在低参杂浓度的半导体，迁移率随温度升高而大幅度下降的原因主要就是由晶格散射引起的。

6.从微观机制解释电离杂质散射对半导体载流子的影响。

对于电离杂质散射来说，温度越低，载流子运动越慢，散射作用越强；当掺杂浓度较高时，电离杂质散射随温度变化的趋势与晶格散射相反。对于掺杂浓度很高的情形，在较低温度下电离杂质散射占优势；在较高温度下，晶格散射逐渐占优势，晶格散射随温度上升而增强，载流子迁移率在较高温度下随温度的上升而下降。

7.什么是共有化运动？

原子组成晶体后，由于电子壳层的交叠，电子不在完全局限在某一原子上，可以由一个原子转移到相邻的原子上去，因而电子将可以在整个晶体中运动。

8.什么是导带？什么是价带？什么是禁带？

价带以上的能带基本上是空的，其中最低的没有被电子填充的能带通常称为导带。

能量最高的是价电子所填充的能带，称为价带。

能带之间的间隙称为“禁带”。

8.PN结的电容有哪些？

势垒电容  扩散电容

9.PN结的击穿电压有哪些？

雪崩击穿、齐纳击穿

10.MOSFET分为哪几种类型？

N沟道器件，P沟道器件，增强型MOSFET，耗尽型MOSFET。

第三章：

1.IC的性能主要指哪三个方面？解释每一个性能的含义？

集成度：单块芯片上所容纳的元件数目。

集成电路的功耗延迟积：电路的延迟时间与功耗相乘。

特征尺寸：集成电路中半导体器件的最小尺寸。

2.双极型数字IC电路分哪三种类型，解释每种类型的含义。

饱和型逻辑集成电路：RTL、DTL、HTL、TTL、I2L

抗饱和型逻辑集成电路：TTL、FL

非饱和型逻辑集成电路：CML 、ECL 、CTL、NTL

3.试叙述双极型模拟IC电路的种类以及每种电路的研究内容。

线性电路：运算放大器、直流放大器、音频放大器、中频放大器、宽带放大器、功率放大器、稳压器。

非线性电路：对数放大器、电压比较器、调制或解调器、各类信号发生器。

接口电路：A/D转换器、D/A转换器、逻辑电平转化电路、外围驱动电路、显示驱动电路、线驱动器、线接收器、读出放大电路。

4.CMOS集成电路分为几种？简述每种电路的研究内容。

（1）CMOS开关：研究导通和截止作用。

（2）CMOS反相器：研究高低电平。

（3）静态CMOS逻辑门：研究与非、或非门及各种逻辑。

（4）CMOS电路的自锁效应：防止和电流作用。

第四章：

1.什么是正性胶? 什么是负性胶?常见的光刻方法有几种?

正性胶：曝光前不溶而曝光后可溶的光刻胶。

负性胶：曝光前可溶曝光后不可溶的光刻胶。

接触式曝光  接近式曝光  投影式曝光

2.什么是湿法腐蚀?其优点是什么?

利用液态化学试剂或溶液通过化学反应进行刻蚀的方法。

优点是选择性好、重复性好、生产效率高、设备简单、成本低

3.干法刻蚀有几种?

1.溅射与离子束铣蚀2.等离子刻蚀3.反应离子刻蚀

4.二氧化硅的主要性质和作用有哪些?

SiO2是一种十分理想的电绝缘材料，它的化学性质非常稳定，室温下它只与氢氟酸发生化学反应。

1.在MOS电路中作为MOS器件的绝缘栅介质，器件的组成部分

2.扩散时的掩蔽层，离子注入的(有时与光刻胶、Si3N4层一起使用)阻挡层

3.作为集成电路的隔离介质材料

4.作为电容器的绝缘介质材料

5.作为多层金属互连层之间的介质材料

6.作为对器件和电路进行钝化的钝化层材料

5.离子注入的主要优点有哪些?

1.掺杂的均匀性好2.温度低：小于600℃3.可以精确控制杂质分布4.可以注入各种各样的元素5.横向扩展比扩散要小得多。6.可以对化合物半导体进行掺杂

第五章

1.IC设计有哪四个主要特点?

（1）集成电路对设计正确性提出了更为严格的要求。

（2）集成电路外引出端的数目不可能与芯片内器件的数目同步增加。

（3）与分立器件的电路设计相比，布局、布线等版图设计过程是集成电路设计中所特有的。

（4）集成电路在一个芯片上集成了数以万计、亿计的器件，这些器件既要求相互隔离又要求按一定功能相互连接，而且还需要考虑设计提出、设计验证及设计实现过程中所包含的各方面因素。

2.从域的角度来看IC设计有哪三个方面?

设计、结构设计、物理设计、

3.从设计的层次来看IC设计有哪五个层次?

系统级、算法级、寄存器传输级、逻辑级、电路级

4.给出理想的IC设计流程图?并解释设计过程包括哪几个主要阶段?

主要包含：系统功能设计、逻辑和电路设计、版图设计

5.试解释IC设计以λ为单位的设计规则。

把大多数尺寸约定为λ的倍数，然后再根据工艺线的分辨率，给出与工艺相容的λ值。

6.试解释IC设计以微米为单位的设计规则。

每个尺寸之间没有必然的比例关系，各尺寸可以选择，从而使每一尺寸的合理程度得到大大提高。

7.给出芯片成本CT的表达式，解释公式的含义。

（CD：设计开发费用  CP：每片硅片的工艺费用  CT：芯片的成本  V：生产数量  y:成品率  n:每篇硅片上的芯片数量）

8.集成电路的设计方法主要有哪些？简要说明每种设计的方法和特点。

1.全定制设计方法：系统功能设计、逻辑和电路设计完成后，在优化每个器件的电路参数和器件参数的情况下，通过人机交互图形系统，人工设计版图中的各个器件和连线以获得最佳性能和最小芯片尺寸。

特点：以人工设计为主，错误率高，周期长，成本高，

2.门阵列设计方法：在一个芯片上把形状和尺寸相同的单元格排列成阵列的形式，每个单元内部包含若干个器件，单元之间留有布线通道，通道宽度和位置固定，并预先完成接触孔和连线以外的所有芯片加工步骤，形成母片，然后根据不同的应用，设计出不同的接触孔板和金属连线版，在单元内部连线以实现某种门的功能，再通过单元之间连线实现所需的电路功能。

特点：设计周期短，成本低，适用于设计适当规模，中等性能要求设计时间较短，数量较少的电路

3.标准单元设计方法：从标准单元库中调用事先已经经过精心设计的逻辑单元，并排成行，行间留有可调整的布线通道，再按功能要求将各内部单元以及输入/输出单元连接起来，形成所需的专用电路。

特点：单元数、压焊块数、通道间距取决于功能要求和芯片要求，布线自由度大。成本较高，周期较长，单元修改和更新费用较大，芯片面积利用率不高。

4.积木块设计方法：采用任意形状的单元，且没有布线通道的概念，单元可以放在芯片的任意位置。

特点：有较大的设计自由度，布图算法较复杂。

5.可编程逻辑器件设计方法：用户通过生产商提供的通用器件自行进行现场编程和制造，或者通过对与-或矩阵进行掩膜编程，得到所需要的专用集成电路。

特点：设计率很高，设计周期很短，有的可编程器件具有多次擦出功能，降低了系统成本。