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课后习题答案1.1 为什么经典物理无法准确描述电子的状态？在量子力学中又是用什么方法来描述的？ 解：在经典物理中，粒子和波是被区分的。
然而，电子和光子是微观粒子，具有波粒二象性。
因此，经典物理无法准确描述电子的状态。
在量子力学中，粒子具有波粒二象性，其能量和动量是通过这样一个常数来与物质波的频率ω和波矢k 建立联系的，即 k n c h p h E ====υωυ 上述等式的左边描述的是粒子的能量和动量，右边描述的则是粒子波动性的频率ω和波矢k 。
1.2 量子力学中用什么来描述波函数的时空变化规律？解：波函数ψ是空间和时间的复函数。
与经典物理不同的是，它描述的不是实在的物理量的波动，而是粒子在空间的概率分布，是一种几率波。
如果用()t r ,ψ表示粒子的德布洛意波的振幅，以()()()t r t r t r ,,,2ψψψ*=表示波的强度，那么，t 时刻在r 附近的小体积元z y x ∆∆∆中检测到粒子的概率正比于()z y x t r ∆∆∆2,ψ。
1.3 试从能带的角度说明导体、半导体和绝缘体在导电性能上的差异。
解：如图1.3所示，从能带的观点来看，半导体和绝缘体都存在着禁带，绝缘体因其禁带宽度较大(6~7eV)，室温下本征激发的载流子近乎为零，所以绝缘体室温下不能导电。
半导体禁带宽度较小，只有1~2eV ，室温下已经有一定数量的电子从价带激发到导带。
所以半导体在室温下就有一定的导电能力。
而导体没有禁带，导带与价带重迭在一起，或者存在半满带，因此室温下导体就具有良好的导电能力。
1.4 为什么说本征载流子浓度与温度有关？解：本征半导体中所有载流子都来源于价带电子的本征激发。
由此产生的载流子称为本征载流子。
本征激发过程中电子和空穴是同时出现的，数量相等，i n p n ==00。
对于某一确定的半导体材料，其本征载流子浓度为kT E V C i g e N N p n n ==002式中，N C ，N V 以及Eg 都是随着温度变化的，所以，本征载流子浓度也是随着温度变化的。
微电子技术与集成电路设计电子与电气工程是现代科技发展中不可或缺的重要学科，而微电子技术与集成电路设计则是电子与电气工程领域中的一个重要分支。
随着科技的不断进步和社会的快速发展，微电子技术与集成电路设计在各个领域都起到了至关重要的作用。
微电子技术是电子与电气工程中研究微型电子器件和电路的一门学科，它主要研究微型电子器件的制备、工艺和性能等方面。
微电子技术的发展使得电子器件的体积不断缩小，性能不断提高，功耗不断降低，从而实现了电子设备的迅猛发展和智能化的提升。
微电子技术的应用非常广泛，涵盖了通信、计算机、医疗、汽车、航天等众多领域。
在微电子技术的基础上，集成电路设计则是将多个电子器件集成在一个芯片上，形成一个完整的功能电路系统。
集成电路设计的核心是设计和优化电路的结构和功能，以满足特定的应用需求。
集成电路设计需要综合考虑电路的性能、功耗、可靠性、成本等因素，并通过模拟、数字和混合信号设计技术实现。
集成电路设计的发展使得电子设备的功能更加强大，体积更加小巧，功耗更加低，从而推动了信息技术的快速发展和社会的智能化进程。
在微电子技术与集成电路设计领域，有许多重要的技术和方法。
例如，半导体工艺技术是微电子器件制备的基础，通过不同的工艺步骤，可以实现不同类型的电子器件。
而电路设计方法包括了模拟电路设计、数字电路设计和混合信号电路设计等，通过不同的设计方法，可以实现不同功能和性能的电路。
此外，集成电路设计还需要考虑电磁兼容性、故障诊断和可靠性等方面的问题，以确保电路系统的稳定运行和长期可靠性。
微电子技术与集成电路设计在现代科技和工业生产中起到了重要的推动作用。
它们不仅改变了人们的生活方式，也推动了社会的发展和进步。
例如，智能手机、计算机、无线通信设备等现代电子产品的快速发展，离不开微电子技术与集成电路设计的支持。
此外，微电子技术与集成电路设计在医疗设备、汽车电子、航空航天等领域也发挥着重要的作用，为人类提供了更加便捷、高效和安全的生活方式。
“微处理器系统结构与嵌入式系统设计”第一章习题解答1.2 以集成电路级别而言，计算机系统的三个主要组成部分是什么？中央处理器、存储器芯片、总线接口芯片1.3 阐述摩尔定律。
每18个月，芯片的晶体管密度提高一倍，运算性能提高一倍，而价格下降一半。
1.5 什么是SoC？什么是IP核，它有哪几种实现形式？SoC：系统级芯片、片上系统、系统芯片、系统集成芯片或系统芯片集等，从应用开发角度出发，其主要含义是指单芯片上集成微电子应用产品所需的所有功能系统。
IP核：满足特定的规范和要求，并且能够在设计中反复进行复用的功能模块。
它有软核、硬核和固核三种实现形式。
1.8 什么是嵌入式系统？嵌入式系统的主要特点有哪些？概念：以应用为中心，以计算机技术为基础，软硬件可裁剪，适应应用系统对功能、可靠性、成本、体积和功耗的严格要求的专用计算机系统，即“嵌入到应用对象体系中的专用计算机系统”。
特点：1、嵌入式系统通常是面向特定应用的。
2、嵌入式系统式将先进的计算机技术、半导体技术和电子技术与各个行业的具体应用相结合的产物。
3、嵌入式系统的硬件和软件都必须高效率地设计，量体裁衣、去除冗余，力争在同样的硅片面积上实现更高的性能。
4、嵌入式处理器的应用软件是实现嵌入式系统功能的关键，对嵌入式处理器系统软件和应用软件的要求也和通用计算机有以下不同点。
①软件要求固体化，大多数嵌入式系统的软件固化在只读存储器中；②要求高质量、高可靠性的软件代码；③许多应用中要求系统软件具有实时处理能力。
5、嵌入式系统和具体应用有机的结合在一起，它的升级换代也是和具体产品同步进行的，因此嵌入式系统产品一旦进入市场，就具有较长的生命周期。
6、嵌入式系统本身不具备自开发能力，设计完成以后用户通常也不能对其中的程序功能进行修改，必须有一套开发工具和环境才能进行开发。
第二章习题答案2.2 完成下列逻辑运算（1）101+1.01 = 110.01（2）1010.001-10.1 = 111.101（3）-1011.0110 1-1.1001 = -1100.1111 1（4）10.1101-1.1001 = 1.01（5）110011/11 = 10001（6）(-101.01)/(-0.1) = 1010.12.3 完成下列逻辑运算（1）1011 0101∨1111 0000 = 1111 0101（2）1101 0001∧1010 1011 = 1000 0001（3）1010 1011⊕0001 1100 = 1011 01112.4 选择题（1）下列无符号数中最小的数是( A )。
（第二讲）一. 集成电路设计基础1.4 版图设计规则 Design Rule李福乐 清华大学微电子所上一讲主要内容• 课程介绍 • 集成电路设计背景知识 • 硅栅CMOS集成电路版图流程 • CMOS工艺中集成元件的版图、结构和电特性版图设计规则Design Rule• 引言 • 设计规则(Topological Design Rule)– 上华0.6um DPDM CMOS工艺拓扑设计规则 – 设计规则的运用• 版图设计准则(‘Rule’ for performance)– 匹配 – 抗干扰 – 寄生的优化 – 可靠性引言• 芯片加工：从版图到裸片制加版工是一种多层平面“印刷”和 叠加过程，但中间是否会 带来误差？引言一个版图的例子：引言加工后得到的实际芯片版图例子：1引言• 加工过程中的非理想因素– 制版光刻的分辨率问题 – 多层版的套准问题 – 表面不平整问题 – 流水中的扩散和刻蚀问题 – 梯度效应引言• 解决办法– 厂家提供的设计规则(topological design rule)，确保完成设计功能和一定的芯片成 品率，除个别情况外，设计者必须遵循– 设计者的设计准则(‘rule’ for performance)，用以提高电路的某些性 能，如匹配，抗干扰，速度等设计规则(topological design rule)基本定义(Definition) WidthEnclosure设计规则ExtensionExtensionSpace SpaceOverlap1.请记住这些名称的定义 2.后面所介绍的 layout rules 必须熟记，在画layout 时须遵守这些规则。
上华0.6um DPDM CMOS工艺拓扑 设计规则版图的层定义N-well P+ implantpoly1contactvia High Resistoractive N+ implantpoly2 metal1metal2设计规则 Nwell符号 尺寸含义1.a 3.0 阱的最小宽度1.b 4.8 不同电位阱的阱间距1.c 1.5 相同电位阱的阱间距P+ Active gb P+ fe N+ ActiveN+ c da2设计规则 Nwell符号 尺寸含义1.d 0.4 阱对其中N+有源区最小覆盖1.e 1.8 阱外N+有源区距阱最小间距1.f 1.8 阱对其中P+有源区最小覆盖1.g 0.4 阱外P+有源区距阱最小间距P+ Active gb P+ fe N+ ActiveN+ c da设计规则 active符号 尺寸含义2.a 0.6 用于互连的有源区最小宽度2.b 0.75 最小沟道宽度2.c 1.2 有源区最小间距aN+ c.4b P+P+ c.2ac.3 N+c.1 N+b设计规则 poly1可做MOS晶体管栅极、 导线、poly-poly电容的 下极板符号 尺寸含义4.a 0.6 用于互连的poly1最小宽度4.b 0.75 Poly1最小间距4.c 0.6 最小NMOS沟道长度4.d 0.6 最小PMOS沟道长度eeN+fbgcP+fbgadb设计规则 poly1可做MOS晶体管栅极、 导线、poly-poly电容的 下极板符号 尺寸含义4.e 0.6 硅栅最小出头量4.f 0.5 硅栅与有源区最小内间距4.g 0.3 场区poly1与有源区最小内 间距eeN+fbgcP+fbgadb设计规则 High Resistor在Poly2上定义高阻区符号 尺寸含义5.a 2.0 高阻最小宽度5.b 1.0 高阻最小间距5.c 1.0 高阻对poly2的最小覆盖5.d 1.0 高阻与poly2的间距d/f ce ha bf设计规则 High Resistor其上禁止布线 高阻层定义电阻长度 Poly2定义电阻宽度d/f c符 尺寸 号含义5.e 0.6 高阻与poly2电阻接触孔间距5.f 0.8 高阻与低阻poly2电阻的间距5.g 0.5 高阻与有源区的间距5.h 1.0 高阻与poly1电阻的间距a behf3设计规则 poly2可做多晶连线、多晶 电阻和poly-poly电容 的上极板符号 6.a 6.b 6.c6.d 6.e 6.f 6.g尺寸 1.2 1.0 0.5 3.2 1.5 0.8 -含义 poly2做电容时的最小宽度 poly2做电容时的最小间距 Poly2与有源区的最小间距 做关键电容时的间距 电容底板对顶板的最小覆盖 电容Poly2对接触孔最小覆盖 Poly2不能在有源区上 Poly2不能跨过poly1边沿c j ibdea设计规则 poly2可做多晶连线、多晶 电阻和poly-poly电容 的上极板符号 6.h 6.i 6.j 6.k 6.l 6.m尺寸含义0.8 poly2做导线时的最小宽度1.0 poly2做电阻时的最小间距1.0 Poly2电阻之间的最小间距- Poly2不能用做栅0.5 电阻Poly2对接触孔最小覆盖- 除做电容外，Poly2不能与 poly1重叠c j ibdea设计规则 implantb a符号 尺寸含义8.a 0.9 注入区最小宽度8.b 0.9 同型注入区最小间距8.c 0.6 注入区对有源区最小包围8.d 0.6 注入区与有源区最小间距Hc d N+Ef设计规则 implant符号 尺寸含义8.E 0.75 N+(P+)注入区与P+(N+)栅 间距8.f 0.75 N+(P+)注入区与N+(P+)栅 间距8.H 0 注入区对有源区最小覆盖 （定义butting contact）Hb ac d N+Ef设计规则 contact定义为金属1与扩散 区、多晶1、多晶2 的所有连接！符号 尺寸含义10.a .6*.6 接触孔最小面积10.a.1 .6*1.6 N+/P+ butting contact面积10.b 0.7 接触孔间距dgcafaba.1 ec.3g设计规则 contact符号 尺寸含义10.c 0.4 有源区,(d, e)Poly1, Poly2对最小孔最小覆盖10.c.3 0.8 有源区对butting contact最小覆盖10.f 0.6 漏源区接触孔与栅最小间距10.g 0.6 Poly1,2上孔与有源区最小间距dgcafaba.1 ec.3g4设计规则 metal1符号 尺寸含义11.a 0.9 金属1最小宽度11.b 0.8 金属1最小间距11.c.1 0.3 金属1对最小接触孔的最小覆盖11.c.2 0.6 金属1对butting contact的最小覆盖- 1.5mA 最大电流密度/um-- 禁止并行金属线90度拐角，用135度拐角代替ac.2bc.1 c.2设计规则 via定义为两层金属之 间的连接孔符号 尺寸含义12.a .7*.7 过孔最小面积12.b 0.8 过孔间距12.d~f - 接触孔、poly-poly电容和栅 上不能打过孔12.g 0.4 金属1对过孔的最小覆盖12.h 0.5 过孔与接触孔的最小间距建议 12.k0.5 Poly与有源区对过孔的最小 间距或覆盖1.5mA 单个过孔的最大电流agbhh设计规则 metal2可用于电源线、地 线、总线、时钟线 及各种低阻连接符号 尺寸含义13.a 0.9 金属2最小宽度13.b(e) 0.8 金属2最小间距13.c 0.4 金属2对过孔的最小覆盖13.d 1.5 宽金属2与金属2的最小间距13.f - 禁止并行金属线90度拐角，用 135度拐角代替13.h 1.5mA 最大电流密度 /umac be dd Width>10um设计规则 power supply line由于应力释放原符号 尺寸含义则，在大晶片上会17.a 20.0 金属2最小宽度存在与大宽度金属17.b 300.0 金属2最小长度总线相关的可靠性 问题。
