巢湖学院2012— 2013 学年度第一学期 10 微电子学专业《集成电路设计原理》期末考试试卷(B 卷 )参考答案及评分标准 一、填空题（ 30 分） 1．(2 分 )1958 ，基尔比 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．(2 分 )双极集成电路，MOS 集成电路 4 ．(4 分 )氧化物，沟道区，栅极，衬底 5．(2 分 )使源端半导体表面达到强反型的栅压 6．(2 分 )衬底偏压导致 的阈值电压发生变化的现象 7．(2 分 )本征电容，非本征电容 8．(2 分 )输出从逻辑摆幅的10％变化到 90%所需时间，输出从逻辑摆幅的90 ％变化到 10%所需时间 9．(3 分 )增大，增大 10． (3 分 )2.5 ，2 ，1.5 11． (6 分) ( A B )C D ， AB AB ， P ( PC G ) G2 1 0 1 2 二、简答题（ 5 题× 4 分=20 分） 1．答： 1.薄膜制备工艺：包括氧化工艺和薄膜淀积工艺。该工艺通过生长或淀积的方法，生成集成电路制作过程中所需的各种材料的薄膜，如金属层、绝缘层等。

（2 ）2. 图形转移工艺：包括光刻工艺和刻蚀工艺。把设计好的集成电路版图上的图形复制到硅片上。 （2 分）3.参杂工艺：包括扩散工艺和离子注入工艺，即通过这些工艺将各种杂质按照设计要求掺杂到晶圆片的特定位置上，形成晶体管的源漏端以及欧姆接触等。（2 分） 2．答：常规CMOS 工艺中的 隔离的缺点：表面有较大的不平整度；鸟嘴使实际有源区面积减小； 高温氧化热应力也会对硅片造成损伤和变形。浅沟槽隔离的优势：占用的面积小，有利于提高集成密度；不会形成鸟嘴；用CVD淀积绝缘层从而减少了高温过程。 3．答： CMOS 反相器中的NMOS 管和 PMOS 管都是增强型，因为如果有一管子不是增强型，则其电路不能实现反相的功能。 4 ．答：传输门阵列的优点：结构简单、规整，逻辑组合能力灵活多样，便于版图自动化设计。传输门阵列的缺点：驱动负载的能力弱，单独的NMOS 或 PMOS 传输门有阈值损失。 三、画图题（ 2 题× 6 分=12 分） 1．解： YA ( B CD ) AC A ( B CD C ) A ( B C )(2分 )1V (4 分 )V 2．解： 四、计算题（共38 分） 1．（12 分）解：计算 导电因子：14W0 ox W3.9 8.85 100.262p Cox ( )p( ) .4( A V ) (4 分 )Ltox L2.6 100.13当VGS1.2 V( VT =-0.3V) 、V DS0.3 V( VGS VT0.9V ) 时， NMOS管处于线性 区，线性区电流为：1 2I D [(VGS VT )VDS VDS ] 47.79( A)(4 分 )2当VGS1.2 V( VT =-0.3V) 、V DS1.0 V( VGS VT0.9V ) 时， NMOS管处于饱和 区，饱和区电流为：2I D(VGS VT ) 86.022( A)(4 分)2 2．（12 分）解：S 1) 若都是PMOS 管，由 VBVG VT VA 可画出两个PMOS管的栅G 源漏极，如右图所示，假设两管的中间节点电压为Vc。

D由VGVA VT 满足 ，可知 M1导通。SGM 1: VG VA VT VC VA 线性区当 VG VC VT 时，M2导通，DM 2 :VG V C VT V B VC 饱和区M 1: VG V A VT VC VA 饱和区当 VG VC VT 时，M2截止(6 分 )M 2 :截止区22) 取一例证明。以此题中的 和给定的偏压为例，两个 NMOS 管等效为一个NMOS 管后，依V B V G - V T V A 知该等效管应工作于饱和区。故对M1 、M2 和等效管 Meff有：2IK (VVV )D 11 [(VVV )(VVV ) ]D eff ( )I D 1 I D 2I 则有由 I D 1 ＝ I D 2 ＝ I Deff知：K 1K 2K 2K eff即 K= KK / (K+ K )(6 分 )eff1 212 3．（14 分）解：先考虑瞬态特性要求：P 0.111.9 2 PN 0.111.9 2 (1 P ) 2 2(1 P )0.1ff (1 N ) 2 2(1 N )0.1CC由rLfL(4分 )K VK VP eff DDV0.9V0..180.得 K P eff7.1410 4 A / V 2 , K .9 10 4 A / V 2(2分 )由于或非门中2 个 PMOS管串联对负载电容充电，因此要求42K P 1K P22 K Peff =14. / V(2 分 )考虑最坏情况下只有一个NMOS管导通对负载电容放电，要满足下降时间要求，则有42K N 1K N 2K Neff =6.910A / V(2 分 )1 W1 WK P( )P P C OX( )P K P2 L2 L而