大规模集成电路设计答案(1)

1、MOS集成电路的加工包括哪些基本工艺？各有哪些方法和工序？答：（1）热氧化工艺：包括干氧化法和湿氧化法；（2）扩散工艺：包括扩散法和离子注入法；（3）淀积工艺：化学淀积方法：1 外延生长法；2 热CVD法；3 等离子CVD 法；物理淀积方法：1 溅射法；2 真空蒸发法（4）光刻工艺：工序包括：1 涂光刻胶；2 预烘干；3 掩膜对准；4 曝光；5 显影；6 后烘干；7 腐蚀；8 去胶。

2、简述光刻工艺过程及作用。

答：（1）涂光刻胶：为了增加光刻胶和硅片之间的粘附性，防止显影时光刻胶的脱落，以及防止湿法腐蚀产生侧向腐蚀；（2）预烘干：以便除去光刻胶中的溶剂；（3）掩膜对准：以保证掩模板上的图形与硅片上已加工的各层图形套准；（4）曝光：使光刻胶获得与掩模图形相同的感光图片；（5）显影：将曝光后的硅片浸泡在显影液中，使正光刻胶的曝光部分和负光刻胶的未曝光部分被溶解掉；（6）后烘干：使残留在光刻胶中的有机溶剂完全挥发掉，提高光刻胶和硅片的粘接性及光刻胶的耐腐蚀性；（7）腐蚀：以复制在光刻胶上图形作为掩膜，对下层材料进行腐蚀，将图形复制到下层材料中；（8）去胶：除去光刻胶。

3、说明MOS晶体管的工作原理答：MOS晶体管有四种工作状态：（1）截止状态：即源漏之间不加电压时，沟道各电场强度相等，沟道厚度均匀，S、D之间没有电流I ds=0；（2）线性工作状态：漏源之间加电压Vds时，漏端接正，源端接负，沟道厚度不再均匀，在D端电位升为V d，栅漏极电位差为Vgs-Vtn，电场强度变弱，反型层变薄，并在沟道上产生由D到S的电场E ds，使得多数载流子由S端流向D端形成电流I ds，它与V ds变化呈线性关系：I ds=βn[(V gs-V tn)-V ds/2]V ds（3）饱和工作状态：Vs继续增大到V gs-V tn时，D端栅极与衬底不足以形成反型层，出现沟道夹断，电子运动到夹断点V gs-V ds=V tn时，便进入耗尽区，在漂移作用下，电子被漏极高电位吸引过去，便形成饱和电流，沟道夹断后，（V gs-V tn）不变，I ds 也不变，即MOS工作进入饱和状态，I ds=V gs-V tn/R c（4）击穿状态：当Vds增加到一定极限时，由于电压过高，晶体管D端得PN结发生雪崩击穿，电流急剧增加，晶体管不能正常工作。

招聘集成电路设计岗位笔试题与参考答案(某大型集团公司)(答案在后面)一、单项选择题（本大题有10小题，每小题2分，共20分）1、在集成电路设计中，以下哪种类型的设计通常负责处理数字逻辑功能？A、模拟集成电路B、数字集成电路C、混合信号集成电路D、射频集成电路2、以下哪种技术用于在集成电路设计中实现晶体管间的连接？A、光刻技术B、蚀刻技术C、键合技术D、离子注入技术3、在CMOS工艺中，P型MOSFET的阈值电压通常会随着温度的升高而：A. 增加B. 减少C. 不变D. 先增加后减少4、下列哪一项不是减少互连延迟的有效方法？A. 使用更细的金属线B. 使用更高介电常数的绝缘材料C. 减少金属层之间的距离D. 使用铜代替铝作为互连线材料5、集成电路设计中，以下哪种工艺主要用于制造CMOS（互补金属氧化物半导体）逻辑电路？A. 双极型工艺B. 金属氧化物半导体工艺C. 双极型/金属氧化物半导体混合工艺D. 双极型/CMOS混合工艺6、在集成电路设计中，以下哪个参数通常用来描述晶体管的开关速度？A. 饱和电压B. 输入阻抗C. 开关时间D. 集成度7、在集成电路设计中，用于描述电路逻辑功能的硬件描述语言不包括以下哪一种？A. VerilogB. VHDLC. C++D. SystemVerilog8、下列选项中，哪一个不是ASIC（专用集成电路）设计流程中的一个阶段？A. 逻辑综合B. 布局布线C. 系统集成D. 物理验证9、以下哪种工艺技术通常用于制造高性能的集成电路？A. 混合信号工艺B. CMOS工艺C. GaN（氮化镓）工艺D. BiCMOS工艺二、多项选择题（本大题有10小题，每小题4分，共40分）1、在CMOS工艺中，关于阱（well）的概念，下列说法正确的有：A. NMOS晶体管通常位于P型阱中B. PMOS晶体管通常位于N型阱中C. N阱用于隔离不同区域的晶体管，防止电流泄露D. P阱可以与N阱共存于同一层硅片上而不会相互影响2、关于集成电路版图设计中的DRC（Design Rule Check）规则，下列哪些陈述是正确的？A. DRC规则是为了确保电路性能优化B. DRC规则定义了最小特征尺寸、最小间距等制造限制C. 违反DRC规则可能会导致制造缺陷，如短路或开路D. DRC规则在所有半导体制造工艺中都是相同的3、关于集成电路设计，以下哪些是典型的电路设计类型？（）A、模拟电路设计B、数字电路设计C、混合信号电路设计D、射频电路设计E、光电子电路设计4、在集成电路设计中，以下哪些因素会影响电路的功耗？（）A、晶体管的工作状态B、电源电压C、电路的复杂度D、芯片的温度E、外部负载5、在集成电路设计过程中，下列哪些技术用于提高电路的性能？A. 使用更先进的制程技术B. 优化电路布局减少信号延迟C. 增加电源电压以提升速度D. 减少电路层数降低制造成本E. 应用低功耗设计方法6、下列哪些是实现CMOS逻辑门时需要考虑的关键因素？A. 输入电平的阈值B. 输出驱动能力C. 功率消耗D. 静态电流消耗E. 电路的工作频率7、以下哪些技术或方法属于集成电路设计中的模拟设计领域？（）A. 信号处理算法B. 逻辑门电路设计C. 模拟电路仿真D. 功耗分析E. 版图设计8、在集成电路设计中，以下哪些步骤是进行版图设计的必要阶段？（）A. 电路原理图设计B. 布局规划C. 逻辑分割D. 布局布线E. 版图检查9、在CMOS工艺中，影响MOSFET阈值电压的因素有哪些？A. 氧化层厚度B. 衬底掺杂浓度C. 栅极材料类型D. 源漏区掺杂浓度E. 温度F. 器件尺寸三、判断题（本大题有10小题，每小题2分，共20分）1、集成电路设计岗位的工程师需要具备扎实的数学基础和电子工程知识。

中南大学大规模集成电路考试及答案合集————————————————————————————————作者：————————————————————————————————日期：---○---○--- 学 院专业班级学 号姓 名………… 评卷密封线 ……………… 密封线内不要答题，密封线外不准填写考生信息，违者考试成绩按0分处理 ……………… 评卷密封中南大学考试试卷 时间110分钟题 号一 二 三 合 计得 分评卷人2013 ~2014 学年一学期大规模集成电路设计课程试题 32学时，开卷，总分100分，占总评成绩70 %一、填空题(本题40分，每个空格1分)1. 所谓集成电路，是指采用 ，把一个电路中所需的二极管、 、电阻、电容和电感等元件连同它们之间的电气连线在一块或几块很小的 或介质基片上一同制作出来，形成完整电路，然后 在一个管壳内，成为具有特定电路功能的微型结构。

2. 请写出以下与集成电路相关的专业术语缩写的英文全称：ASIC ： ASSP ： LSI ： 3. 同时减小 、 与 ，可在保持漏源间电流不变的前提下减小器件面积，提高电路集成度。

因此，缩短MOSFET 尺寸是VLSI 发展的趋势。

4. 大规模集成电路的设计流程包括：需求分析、 设计、体系结构设计、功能设计、 设计、可测性设计、 设计等。

5. 需求规格详细描述系统顾客或用户所关心的内容，包括 及必须满足的 。

系统规格定义系统边界及系统与环境相互作用的信息，在这个规格中，系统以 的方式体现出来。

6. 根据硬件化的目的（高性能化、小型化、低功耗化、降低成本、知识产权保护等）、系统规模/性能、 、 、 等确定实现方法。

7. 体系结构设计的三要素为： 、 、 。

8. 高位综合是指从 描述自动生成 描述的过程。

与人工设计相比，高位综合不仅可以尽可能地缩短 ，而且可以生成在面积、性能、功耗等方面表现出色的电路。

9. 逻辑综合就是将 变换为 ，根据 或 进行最优化，并进行特定工艺单元库 的过程。

微机原理课后习题参考答案第1部分微型计算机基础知识1.1 微处理器、微型计算机和微型计算机系统三者之间有什么不同？【解】微处理器：指计算机内部对数据进行处理并对处理过程进行控制的部件，伴随着大规模集成电路技术的迅速发展，芯片集成密度越来越高，CPU可以集成在一个半导体芯片上，这种具有中央处理器功能的大规模集成电路器件，被统称为“微处理器”。

微型计算机：简称“微型机”、“微机”，也称“微电脑”。

由大规模集成电路组成的、体积较小的电子计算机。

由微处理机(核心)、存储片、输入和输出片、系统总线等组成。

特点是体积小、灵活性大、价格便宜、使用方便。

微型计算机系统：简称“微机系统”。

由微型计算机、显示器、输入输出设备、电源及控制面板等组成的计算机系统。

配有操作系统、高级语言和多种工具性软件等。

1.2 CPU在内部结构上由哪几部分组成？CPU应该具备哪些主要功能？【解】CPU在内部结构上由运算器、控制器、寄存器阵列和内部总线等各部分构成，其主要功能是完成各种算数及逻辑运算，并实现对整个微型计算机控制，为此，其内部又必须具备传递和暂存数据的功能。

1.3 微型计算机采用总线结构有什么优点？【解】①简化了系统结构，便于系统设计制造；②大大减少了连线数目，便于布线，减小体积，提高系统的可靠性；③便于接口设计，所有与总线连接的设备均采用类似的接口；④便于系统的扩充、更新与灵活配置，易于实现系统的模块化；⑤便于设备的软件设计，所有接口的软件就是对不同的口地址进行操作；⑥便于故障诊断和维修，同时也降低了成本。

总线的逻辑电路有些是三态的，即输出电平有三种状态：逻辑“0”，逻辑“1”和“高阻”态。

1.4计算机总线有哪些，分别是什么？【解】总线按其信号线上传输的信息性质可分为三组：①数据总线，一般情况下是双向总线；②地址总线，单向总线，是微处理器或其他主设备发出的地址信号线；③ 控制总线，微处理器与存储器或接口等之间1．5 数据总线和地址总线在结构上有什么不同之处？如果一个系统的数据和地址合用一套总线或者合用部分总线，那么要靠什么来区分地址和数据？【解】数据总线（DB）为双向结构，数据在CPU与存储器或I/O 接口之间的传送是双向的，（数据既可以读也可以写），其宽度通常与微处理器的字长相同。

1．集成电路的发展过程经历了哪些发展阶段？划分集成电路的标准是什么？集成电路的发展过程:•小规模集成电路(Small Scale IC，SSI)•中规模集成电路(Medium Scale IC，MSI)•大规模集成电路(Large Scale IC，LSI)•超大规模集成电路(Very Large Scale IC，VLSI)•特大规模集成电路(Ultra Large Scale IC，ULSI)•巨大规模集成电路(Gigantic Scale IC，GSI）划分集成电路规模的标准2．超大规模集成电路有哪些优点？1. 降低生产成本VLSI减少了体积和重量等,可靠性成万倍提高,功耗成万倍减少.2.提高工作速度VLSI内部连线很短,缩短了延迟时间.加工的技术越来越精细.电路工作速度的提高,主要是依靠减少尺寸获得.3. 降低功耗芯片内部电路尺寸小,连线短,分布电容小,驱动电路所需的功率下降.4. 简化逻辑电路芯片内部电路受干扰小,电路可简化.5.优越的可靠性采用VLSI后，元件数目和外部的接触点都大为减少，可靠性得到很大提高。

6.体积小重量轻7.缩短电子产品的设计和组装周期一片VLSI组件可以代替大量的元器件,组装工作极大的节省,生产线被压缩,加快了生产速度.3．简述双阱CMOS工艺制作CMOS反相器的工艺流程过程。

1、形成N阱2、形成P阱3、推阱4、形成场隔离区5、形成多晶硅栅6、形成硅化物7、形成N管源漏区8、形成P管源漏区9、形成接触孔10、形成第一层金属11、形成第一层金属12、形成穿通接触孔13、形成第二层金属14、合金15、形成钝化层16、测试、封装，完成集成电路的制造工艺4．在VLSI设计中，对互连线的要求和可能的互连线材料是什么？互连线的要求低电阻值：产生的电压降最小；信号传输延时最小（RC时间常数最小化）与器件之间的接触电阻低长期可靠工作可能的互连线材料金属（低电阻率），多晶硅（中等电阻率），高掺杂区的硅(注入或扩散)（中等电阻率）5．在进行版图设计时为什么要制定版图设计规则？—片集成电路上有成千上万个晶体管和电阻等元件以及大量的连线。

《大规模数字集成电路设计》试卷B标准答案与评分细则（卷面总分：80分）一． 名词解释（2分×6题）（评分标准：给出正确英文的2分/题，仅给中文解释1分/题）1．EDA：Electronic Design Automation2．IP：Intellectual Property3．CPLD：Complex Programmable Logic Device4．ASIC：Application Specific Integrated Circuit5．MCU：Micro Control Unit6．FSM：Finite State Machine二． 填空题（每空1分，共18分）（评分标准：填写正确 1分/空）1．VHDL用Active-HDL对 HDL程序进行仿真时，常用的三种仿真方法：用图形化界面加激励（或：手动加测试激励）、编写测试平台文件（或：编写TestBench）、编写宏文件（编写*.do文件）。

2．VHDL程序主要有三种描述方式：行为描述方式、RTL描述方式、结构描述方式。

3．VHDL程序中数值的载体称为对象。

VHDL中有四种对象，分别是：常量（CONSTANT）、变量（V ARIABLE）、信号（SIGNAL）、文件（FILE）。

4．VHDL的并行信号赋值语句，除了常见的一般信号赋值语句（如：C<=A and B;）外，还有两种形式，它们分别是：条件信号赋值语句（或：条件型）、选择信号赋值予局（或：选择型）。

5．除了Δ延迟外，VHDL还支持两类性质的延迟，它们分别是：_惯性延迟（INERTIAL）、传播延迟（TRANSPORT）。

6．VHDL结构描述是实体构造的层次化、结构化的表现。

试列举出其中两种描述结构的语句COMPNENT语句（或：元件语句）、GENERATE语句（或：生成语句）。

（也可填：GENERIC语句/参数说明语句、端口映射语句等）7．IP核可以分为三种，即：软核、固核、硬核。

《超大规模集成电路设计》习题1．集成电路的发展过程经历了哪些发展阶段？划分集成电路的标准是什么？集成电路的发展过程:•小规模集成电路(Small Scale IC ，SSI)•中规模集成电路(Medium Scale IC ，MSI)•大规模集成电路(Large Scale IC ，LSI) •超大规模集成电路(Very Large Scale IC ，VLSI)•特大规模集成电路(Ultra Large Scale IC ，ULSI)•巨大规模集成电路(Gigantic Scale IC ，GSI ）2．超大规模集成电路有哪些优点？1. 降低生产成本VLSI 减少了体积和重量等,可靠性成万倍提高,功耗成万倍减少.2.提高工作速度VLSI 内部连线很短,缩短了延迟时间.加工的技术越来越精细.电路工作速度的提高,主要是依靠减少尺寸获得. 3. 降低功耗芯片内部电路尺寸小,连线短,分布电容小,驱动电路所需的功率下降.4. 简化逻辑电路芯片内部电路受干扰小,电路可简化.5.优越的可靠性采用VLSI 后，元件数目和外部的接触点都大为减少，可靠性得到很大提高。

6.体积小重量轻7.缩短电子产品的设计和组装周期一片VLSI 组件可以代替大量的元器件,组装工作极大的节省,生产线被压缩,加快了生产速度.3．简述双阱CMOS 工艺制作CMOS 反相器的工艺流程过程。

4．在VLSI 设计中，对互连线的要求和可能的互连线材料是什么？5．在进行版图设计时为什么要制定版图设计规则？划分集成电路规模的标准数字集成电路类别MOS IC 双极IC 模拟集成电路SSI ＜102＜100 ＜30 MSI 102～103100～500 30～100 LSI 103～105500～2000 100～300 VLSI 105～107＞2000 ＞300 ULSI 107～109GSI ＞109在芯片尺寸尽可能小的前提下，使得即使存在工艺偏差也可以正确的制造出IC，尽可能地提高电路制备的成品率6．版图验证和检查主要包括哪些方面？u DRC(Design Rule Check)：几何设计规则检查；对IC的版图做几何空间检查，保证能在特定的工艺条件下实现所设计的电路，并保证一定的成品率；u ERC(Electrical Rule Check)：电学规则检查；检查电源(power)/地(ground)的短路，浮空的器件和浮空的连线等指定的电气特性；u LVS(Loyout versus Schematic)：网表一致性检查；将版图提出的网表和原理图的网表进行比较，检查电路连接关系是否正确，MOS晶体管的长/宽尺寸是否匹配，电阻/电容值是否正确等；u LPE(Layout Parameter Extraction)：版图寄生参数提取；从版图中提取晶体管的尺寸、结点的寄生电容、连线的寄生电阻等参数，并产生SPICE 格式的网表，用于后仿真验证；u POSTSIM：后仿真，检查版图寄生参数对设计的影响；提取实际版图参数、电阻、电容，生成带寄生量的器件级网表，进行开关级逻辑模拟或电路模拟，以验证设计出的电路功能的正确性和时序性能等，并产生测试向量。

下列关于Windows的叙述中，正确的是回答错误多选题（5分）0分A.删除应用程序快捷图标时，会连同其所对应的程序文件一同删除B.设置文件夹属性时，可以将属性应用于其包含的所有文件和子文件夹C.删除目录时，可将此目录下的所有文件及子目录一同删除D.双击某类扩展名的文件，操作系统可启动相关的应用程序正确答案:BCD2.下列关于通用计算机的描述中，正确的是 ______ 。

多选题（5分）5分A.用于解决不同类型问题而设计B.用途广泛C.是一种用途广泛、结构复杂的计算机D.只可进行科学计算正确答案:ABC3.下列四个计算机存储容量的换算公式中，正确的是 _______多选题（5分）5分A.1TB=1O24GB1KB=1O24BC.1MB=1O24KBD.1GB=1O24PB正确答案:ABC4.以下关于文件压缩的描述中，正确的是 ______多选题（5分）5分A.文件压缩后文件尺寸--般会变小B.不同类型的文件的压缩比率是不同的C.文件压缩是不可逆的D.使用文件压缩工具可以将JPG图像文件压缩70%左右正确答案:A B5.信息的不同形式有数字、文字和 ______ 。

多选题（5分）5分A.图片B.音频C.函数D.正确答案:A B D6.关于Windows窗口，以下叙述错误的是多选题（5分）5分A.屏幕上只能出现一个窗口，这就是活动窗口B.屏幕上可以出现多个窗口，但只有一个是活动窗口C.屏幕上可以出现多个窗曰，但不止一个活动窗口D.当屏幕上出现多个窗口时，就没有了活动窗口正确答案:ACD7.在Windows中，关于文件夹的描述正确的是 ____ 。

多选题（5分）5分A.文件夹是用来组织和管理文件的B.“我的电脑“是一个系统文件夹C.文件夹中可以存放驱动程序文件D.文件夹中可以存放两个同名文件正确答案:ABC8.计算机软件分为系统软件和应用软件两大类，下列各项中属于系统软件的是多选题（5分）5分A.操作系统B.办公软件C.编译程序D.故障诊断程序正确答案:ACD9.ASCII码是国际上通用的英文字符编码。

电路性能：PROBLEM 1. Consider an isolated 2mm long and 1μm wide M1(Metal1)wire over a silicon substrate driven by an inverter that has zero resistance and parasitic output capccitance. How will the wire delay change for the following cases? Explain your reasoning in each case.a. If the wire width is doubled.b. If the wire length is halved.c. If the wire thickness is doubled.d. If thickness of the oxide between the M1 and the substrate is doubled. PROBLEM 2. A two-stage buffer is used to drive a metal wire of 1 cm. The first inverter is of minimum size with an input capacitance C i=10 fF and an internalpropagation delay t p0=50 ps and load dependent delay of 5ps/fF. The width of the metal wire is 3.6 μm. The sheet resistance of the metal is 0.08 Ω, the capacitance value is 0.03 fF/μm2 and the fringing field capacitance is0.04fF/μm.a. What is the propagation delay of the metal wire?b. Compute the optimal size of the second inverter. What is the minimum delay through the buffer?PROBLEM 3. An NMOS transistor is used to charge a large capacitor, as shown the following Figure. The minimum size device, (0.25/0.25) for NMOS and (0.75/0.25) for PMOS, has the on resistance 35 kΩ.a. Determine the t pLH of this circuit, assuming an ideal step from 0 to 2.5V at the input node.b. Assume that a resistor R S of 5 kΩ is used to discharge the capacitance toground. Determine t pHL.c. The NMOS transistor is replaced by a PMOS device, sized so that k p is equal to the k n of the original NMOS. Will the resulting structure be faster? Explain why or why not.PROBLEM 4．The figure below assembles a RTL circuit where the active device is a NMOS transistor which has a resistive load. Assume the switch model behavior of the NMOS transistor. When V in <1.25V, the resistance of the transistor is infinite. When V in ≥1.25V, the transistor can be modeled as having a resistance of 150 ohms.A. Determine the values for V OH and V OL . Explain your answer.B. Calculate t pLH and t pHL to obtain the average propagation delay, t p .Solution:Vin 50fFPROBLEM 5. The next figure shows two implementations of MOS inverters. The first inverter uses only NMOS transistors.a. Calculate V OH, V OL, V th for each case.b. Find V IH, V IL, N ML and N MH for each inverter and comment on the results. How can you increase the noise margins and reduce the undefined region? 0.25um CMOS工艺(L=Lmin) MOS管参数Problem 6: We want to design a minimum sized CMOS inverter with 0.25um process( =0.12um). The minimum sized NMOS transistor ’s layers are listed and shown below in Figure below.A. Determine and list the following:a. Minimum Transistor Lengthb. Minimum Transistor Widthc. Minimum Source/Drain Aread. Minimum Source/Drain PerimeterPlease list the design rules you come across that lead to your results.B. We desire the minimum sized CMOS inverter with a symmetrical VTC (V Th =V DD /2) in the 0.25um technology. Calculate the following for the pull-up PMOS transistor in the design.a. Minimum Transistor Lengthb. Minimum Transistor Widthc. Minimum Source/Drain Aread. Minimum Source/Drain PerimeterAssume the following:V DD = 2.5V, and refer to the tables in the below.C. Using the same minimum size inverter from part B, determine the input capacitance (i.e. the load it presents when driven) and the total load capacitance that the inverter presents.D. Calculate t pLH and t pHL to obtain the average propagation delay, t p .Rules are:i) Poly minimum width = 0.24umii) Minimum active width = 0.36umiii) Minimum contact size = 0.24um*0.24umiv) Minimum spacing from contact to gate = 0.24umv) Active enclosure of contact = 0.12umAnswer:A:a. L = 0.24umb. W = 0.48umc. L drain = 0.24um+0.24um+0.12um = 0.6umA D =A S = 0.48 * 0.6um = 0.288 um 2d. P D =P S =0.6um*2+0.48um = 1.68umB:2n T0,Th Th p T0,DD p n R R R p T0,DD n T0,Th V V V V V k k 得出k k 11k 1)V (V V V ⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛--+==+⋅++=查表得出一下参数：V T0p = -0.43V V T0n = 0.4V K n ’=115×10-6 A/V 2 K p ’=30×10-6A/V 2 另：L=0.24um, W n =0.48um带入上述公式计算得出：K R =0.965 W p =1.907umWe assume u n =2.5u p and can calculatea. Lp=0.24µmb. W p = 1.907 µmc. A D = 1.907µm *0.6µm =1.1442 µm 2d. P D = 2*0.6µm +1.2µm =3.107 µmC:NMOS:C gn = C ox L n W n = 0.6912 fFNMOS 管衬底接0V ，输出从1→0(V 1=-2.5V 变为V 2=-1.25V)：()()()[]()()()[]0.615264fFC C C fF0.2869940.61281.68K C P C 0.44m 0.61V φV φm)(1V V φK fF 32832057022880K C A C 0.5m 0.57V φV φm)(1V V φK dbsw db dbn1eqsw j D dbsw m 11bsw m 12bsw 12m bsw eq eq j D db m 11b m 12b 12m b eq =+==⨯⨯====---⋅----==⨯⨯====---⋅----=----.0侧壁：...底部：输出从0→1(V 1=0V 变为V 2=-1.25V)：()()()[]()()()[]fF0.836064C C C fF0.3810240.81281.68K C P C 0.44m 0.81V φV φm)(1V V φK fF 0.455040.7920.288K C A C 0.5m 0.79V φV φm)(1V V φK dbsw db dbn2eqsw j D dbsw m 11bsw m 12bsw 12m bsw eq eq j D db m 11b m 12b 12m b eq =+==⨯⨯====---⋅----==⨯⨯====---⋅----=----.0侧壁：底部：PMOS:C gp = C ox L p W p ) =2.74608 fFPMOS 管衬底接2.5V ，输出从1→0(V 1= 0V 变为V 2=-1.25V)：()()()[]()()()[]fF2C C C fF0.58784440.8622K C P C 0.32m 0.86V φV φm)(1V V φK fF 10.7911K C A C 0.48m 0.79V φV φm)(1V V φK dbsw db dbp1eqsw j D dbsw m 11bsw m 12bsw 12m bsw eqsw eq j D db m 11b m 12b 12m b eq 3052886..0109.3侧壁：7174442.9.1442.=+==⨯⨯====---⋅----==⨯⨯====---⋅----=----底部：输出从0→1(V 1=-1.25V 变为V 2= -2.5V)：()()()[]()()()[]fF1.7614342C C C fF0.4787860.70.223K C P C 0.32m 0.7V φV φm)(1V V φK fF 10.591.91K C A C 0.48m 0.59V φV φm)(1V V φK dbsw db dbp2eqsw j D dbsw m 11bsw m 12bsw 12m bsw eqsw eq j D db m 11b m 12b 12m b eq =+==⨯⨯====---⋅----==⨯⨯====---⋅----=----109.侧壁：2826482.1442.底部：如果m 以0.5计算：NMOS 管衬底接0V ，输出从1→0(V 1=-2.5V 变为V 2=-1.25V)：()()()[]0.596448fFC C C fF0.268120.57281.68K C P C fF 32832057022880K C A C 0.57V φV φm)(1V V φK K dbsw db dbn1eqsw j D dbsw eq j D db m 11b m 12b 12m b eqsw eq =+==⨯⨯===⨯⨯===---⋅----==--.0...底部： 输出从0→1(V 1=0V 变为V 2=-1.25V)：()()()[]fF0.826656C C C fF0.3716160.79281.68K C P C fF0.455040.7920.288K C A C 0.79V φV φm)(1V V φK K dbsw db dbn2eqsw j D dbsw eq j D db m 11b m 12b 12m b eqsw eq =+==⨯⨯===⨯⨯===---⋅----==--.0底部：PMOS 管衬底接2.5V ，输出从1→0(V 1= 0V 变为V 2=-1.25V)：()()()[]fF 2C C C fF0.54034420.7922K C P C fF1.71744420.79911K C A C 0.79V φV φm)(1V V φK K dbsw db dbp1eqsw j D dbsw eq j D db m 11b m 12b 12m b eqsw eq 2577884..0109.3.1442.=+==⨯⨯===⨯⨯===---⋅----==--底部：输出从0→1(V 1=-1.25V 变为V 2= -2.5V)：()()()[]fF 1.6290372C C C fF0.38986860.570.22K C P C fF10.571.91K C A C 0.57V φV φm)(1V V φK K dbsw db dbp2eqsw j D dbsw eq j D db m 11b m 12b 12m b eqsw eq =+==⨯⨯===⨯⨯===---⋅----==--109.32391686.1442.底部：D ：C load 计算：C load =C wire +C g +C gd,n +C gd,p +C db,n +C db,p≈C g +C db,n +C db,pC g = C gn + C gp =0.6912+2.74608=3.43728 fF输出从1→0(V 1= 0V 变为V 2=-1.25V)：C load≈C g +C db,n +C db,p =6.3578326 fF16.32ps1V )V 4(V ln V V 2V )V (V k C A/V 10230k L W k DD T0n DD T0n DD T0n T0n DD n load PHL 26'n nn n =⎥⎦⎤⎢⎣⎡⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛--+--=⨯=⨯=-τ 输出从0→1(V 1=-1.25V 变为V 2= -2.5V)：C load≈C g +C db,n +C db,p =6.0347782 fF15.33ps 1V )V 4(V ln V V V 2)V (V k C A/V 10238.375k L W k DD T0p DD T0pDD T0p T0pDD p load PLH 26'p p p p =⎥⎥⎦⎤⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛--+⎢⎢⎣⎡--=⨯=⨯=-τ如果以m=0.5，则：输出从1→0(V 1= 0V 变为V 2=-1.25V)：C load≈C g +C db,n +C db,p =6.2915162 fF16.147ps1V )V 4(V ln V V 2V )V (V k C DD T0n DD T0n DD T0n T0n DD n load PHL =⎥⎦⎤⎢⎣⎡⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛--+--=τ 输出从0→1(V 1=-1.25V 变为V 2= -2.5V)：C load≈C g +C db,n +C db,p =5.8929732 fFps 1V )V 4(V ln V V V 2)V (V k C DD T0p DD T0p DD T0p T0pDD p load PLH 97.14=⎥⎥⎦⎤⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛--+⎢⎢⎣⎡--=τ PROBLEM 7．We want to design a minimum sized CMOS inverter with 0.25um process(λ=0.12um) and desire the inverter with a symmetrical VTC (V Th =V DD /2) . The minimum sized NMOS transistor’s layers are shown as problem 6. Assume the following:V DD = 2.5V, and refer to the tables in the below.A. Determine the input capacitance (i.e. the load it presents when driven) and the total load capacitance that the inverter presents.B. Calculate t pLH and t pHL to obtain the average propagation delay, t p .PROBLEM 8. Sizing a chain of inverters.a. In order to drive a large capacitance (CL = 20 pF) from a minimum size gate (with input capacitance Ci = 10fF), you decide to introduce a two-staged buffer as shown in the following figure. Assume that the propagation delay of a minimum size inverter is 70 ps. Also assumethat the input capacitance of a gate is proportional to its size. Determine the sizing of the two additional buffer stages that will minimize the propagation delay.b. If you could add any number of stages to achieve the minimum delay, how many stages would you insert?What is the propagation delay in this case?c. Describe the advantages and disadvantages of the methods shown in (a) and (b).PROBLEM 9. Consider a CMOS inverter with the following parameters:V T0,n=1.0V V T0,p=-1.2V μn C ox=45uA/V2μp C ox=25uA/V2 (W/L)n=10 (W/L)p=20The power supply voltage is 5V, and the output load capacitance is 1.5pF.a. Calculate the rise time and the fall time of the output signal using average current method.b. Determine the maximum frequency of a periodic square-wave input signal so that the output voltage can still exhibit a full logic swing from 0V to 5V in each cycle.c. Calculate the dynamic power dissipation at this frequency.d. Assume that the output load capacitance is mainly dominated by fixedfan-out component( which are independent of W n and W p). We want tore-design the inverter so that the propagation delay times are reduced by 25%. Determine the required channel dimensions of the nMOS and the pMOS transistors. How does this re-design influence the switching (inversion) threshold?PROBLEM 10. Consider the following low swing driver consisting of NMOS devi ces M1 and M2. Assume that the inputs IN and IN’ have a 0V to 2.5V swing and that V IN = 0V when V IN’ = 2.5V and vice-versa. Also assume thatthere is no skew between IN and IN’ (i.e., the inverter delay to derive IN from IN is zero).a. What voltage is the bulk terminal of M2 connected to?b. What is the voltage swing on the output node as the inputs swing from 0V to2.5V. Show the low value and the high value.c. Assume that the inputs IN and IN have zero rise and fall times. Assume a zero skew between IN and IN’. Determine the low to high propagation delay for charging the output node measured from the the 50% point of the input to the 50% point of the output. Assume that the total load capacitance is 1pF, including the transistor parasitics.MOS管参数参照题4。

集成电路技能大赛试题答案集成电路技能大赛是一项旨在提升学生和专业人士在集成电路设计、制造和应用方面的专业技能和创新能力的竞赛。

本次大赛的试题涵盖了集成电路设计的基础知识、半导体物理、数字逻辑设计、模拟电路设计、集成电路制造工艺等多个方面。

以下是对本次大赛试题的详细答案解析。

一、集成电路设计基础知识1. 集成电路的分类：集成电路按照功能可以分为模拟集成电路、数字集成电路和混合信号集成电路。

按照集成度又可以分为SSI（小规模集成电路）、MSI（中规模集成电路）、LSI（大规模集成电路）、VLSI （超大规模集成电路）和ULSI（极大规模集成电路）。

2. 集成电路设计的流程：集成电路设计的一般流程包括需求分析、电路设计、电路仿真、版图设计、制造、封装和测试等步骤。

3. 设计工具的使用：在集成电路设计过程中，常用的设计工具有Cadence、Synopsys、Mentor Graphics等，这些工具可以帮助设计者进行电路设计、版图绘制和仿真分析等工作。

二、半导体物理1. 半导体材料的特性：半导体材料具有介于导体和绝缘体之间的电导率，可以通过掺杂改变其导电性能。

常见的半导体材料有硅、锗等。

2. PN结的形成：当P型半导体与N型半导体接触时，由于扩散作用，会在接触面附近形成一个中性区域，这个区域被称为PN结。

3. MOSFET和BJT的结构与工作原理：金属氧化物半导体场效应晶体管（MOSFET）和双极型晶体管（BJT）是集成电路中常用的两种半导体器件。

MOSFET通过改变栅极电压来控制源极和漏极之间的电流，而BJT 则通过基极电流来控制集电极和发射极之间的电流。

三、数字逻辑设计1. 逻辑门的类型与功能：数字逻辑设计中常用的逻辑门包括与门、或门、非门、异或门等，它们可以组合使用构成更复杂的逻辑电路。

2. 组合逻辑与时序逻辑的设计：组合逻辑电路的输出仅与当前输入有关，而时序逻辑电路的输出除了与当前输入有关外，还与历史状态有关。