第三章、器件
一、超深亚微米工艺条件下MOS管主要二阶效应：
1、速度饱和效应：主要出现在短沟道NMOS管，PMOS速度饱和效应不显著。主要原因是THGSVV太大。在沟道电场强度不高时载流子速度正比于电场强度（），即载流子迁移率是常数。但在电场强度很高时载流子的速度将由于散射效应而趋于饱和，不再随电场强度的增加而线性增加。此时近似表达式为：（c），csat（c），出现饱和速度时的漏源电压DSATV是一个常数。线性区的电流公式不变，但一旦达到DSATV，电流即可饱和，此时DSI与GSV成线性关系（不再是低压时的平方关系）。
2、Latch-up效应：由于单阱工艺的NPNP结构，可能会出现VDD到VSS的短路大电流。
正反馈机制：PNP微正向导通，射集电流反馈入NPN的基极，电流放大后又反馈到PNP的基极，再次放大加剧导通。
克服的方法：1、减少阱/衬底的寄生电阻，从而减少馈入基极的电流，于是削弱了正反馈。
2、保护环。
3、短沟道效应：在沟道较长时，沟道耗尽区主要来自MOS场效应，而当沟道较短时，漏衬结（反偏）、源衬结的耗尽区将不可忽略，即栅下的一部分区域已被耗尽，只需要一个较小的阈值电压就足以引起强反型。所以短沟时VT随L的减小而减小。
此外，提高漏源电压可以得到类似的效应，短沟时VT随VDS增加而减小，因为这增加了反偏漏衬结耗尽区的宽度。这一效应被称为漏端感应源端势垒降低。
4、漏端感应源端势垒降低（DIBL）：
VDS增加会使源端势垒下降，沟道长度缩短会使源端势垒下降。VDS很大时反偏漏衬结击穿，漏源穿通，将不受栅压控制。
5、亚阈值效应（弱反型导通）：当电压低于阈值电压时MOS管已部分导通。不存在导电沟道时源（n+）体（p）漏（n+）三端实际上形成了一个寄生的双极性晶体管。一般希望该效应越小越好，尤其在依靠电荷在电容上存储的动态电路，因为其工作会受亚阈值漏电的严重影响。
试验技术与试验机 ２００２年第４２卷第３、４期 一６ｌ一
数字集成电路的设计方法
吉林交通职业技术学院管秀君闰华
随着集成电路设计变得越来越复杂，门 级电路描述不易于管理和理解的缺点显得越
来越突出，这使得用更抽象的方法表达电路
设计成为必要，从２０世纪９ｏ年代以来，硬件 描述语言（ＨＤＬ）正逐渐取代门级原理图。逻
辑综合工具可以完成ＨＤＬ到门级电路的转 换。在电路设计中使用ＨＤＬ和逻辑综合工 具不再是一种选择，而是一种必要。 最近３０年，数字电路设计技术获得了飞 速的发展。最早的数字电路是用电子管和晶 体管搭建的，直到逻辑门能做在单芯片上才 出现了集成电路。最早的集成电路是只有很
少门数的小规模集成电路。随着技术的不断 发展，出现了几百门的中规模集成电路和几 千门的大规模集成电路。从这时起，设计过 程开始变得复杂，设计者已经感觉到自动化
设计的必要性。在面包板上验证电路已经不
太可能，计算机辅助技术成为设计和验证超 大规模集成电路（Ⅵ ）的关键。
随着集成电路的深亚微米制造技术、设 计技术的迅速发展，集成电路已进入了片上 系统时代。所谓片上系统，又称为系统级芯
片，就是系统级集成电路，其英文缩写为ＳＯＣ
（Ｓｙｓｔｅｍ ｏｎ ａ ｃｈｉｐ）或Ｓｕ（Ｓｙｓｔｅｍ Ｌｅｖｅｌ ＩＣ）ｏ系 统级集成电路在单一芯片上实现信号采集、
转换、存储、处理和Ｉ／０等功能。实现了一个 系统的功能。达到了高速、高集成度和低功
耗的功能，大大降低了整机的成本、体积，并
促进了整机系统更新换代的速度。这对于生 产便携式电脑、通信和多媒体的厂家非常具
有吸引力，并倍受用户的欢迎。如果说ＶＬＳＩ
促进了ＰＣ的广泛应用而带来了信息产业的 第一次革命，那么ＳＯＣ的发展正带来信息产
业的第二次革命。
系统级集成电路实现的必要条件之一是 其线宽须达到深亚微米级。当代ｓＯＣ芯片
多数为０．２５ｔｍａ～０．１８／ｍａ设计规则，这与传 统的设计技术完全不同，因此给ＳＯＣ芯片设
第1章 微电子学导引
1.1 经济的影响
让我们从全球半导体产品销售额和全世界GDP（Gross Domestic Product，国内生产总值）①之间
的联系开始讲述。2005年，半导体产品销售额为44.4万亿美元中的2370亿美元（占0.53%），而且
还在增长。
然而根据销售量评价半导体的重要性显然低估了它们对世界经济的影响。这是因为微电子担当
了技术驱动器的角色，使得一系列工业、商业和服务业活动成为可能或得到加速，比如：
z 计算机和软件业；
z 电信和媒体业；
z 商业、物流和运输业；
z 自然科学和医学；
z 发电和输电；
z 金融和管理。
因此微电子对经济发展有巨大的杠杆作用，它的任何进步都会促进“下游”工业和服务业的许
多甚至是绝大多数的创新。
一个流行的例子……
历经30年的快速增长，如今客用车的电子电气设备造价在普通车中已经占总价的15%之多，在豪1
2 第1章 微电子学导引
华车中则接近30%。另外，绝大部分的科技进步也应该归功于微电子技术的发展。比如电子打火和喷
射，二者很快就被结合起来并扩展成为电子引擎控制系统。类似的例子还有防抱死制动系统和防滑系
统、安全气囊触发电路、防盗设备、自动空调系统、含行车电脑的仪表板、遥控锁、导航设备、多路
总线、电子控制动力传动系统和悬挂、音频/视频信息和娱乐，还有即将问世的夜视与防撞系统。并
且未来向其他能量形式驱动的变迁一定会进一步加强半导体在汽车工业中的重要性（见图1-1）。 图1-1 微电子对“下游”工业和服务业的经济杠杆作用
即将到来的创新包括LED照明和车头灯、“主动式”飞轮、混合动力、电子驱动气门、线控刹
车、线控驾驶，以及很可能的42V电源以支持额外的电气负载。
……不太明显的方面
可能不那么明显但是也同样重要的是电子工业对开发、制造和服务的许多贡献。在汽车工业幕
后的创新包括计算机辅助设计（CAD）、有限元分析、虚拟碰撞测试、计算流体力学、计算机数控机
《数字集成电路课程设计》教学大纲
（digital integrated circuits）
课程编号：060351006 学时/学分： 32（2周）/4
一、大纲说明
本大纲根据电子科学与技术专业2017年教学计划制订
（一）适用专业
电子科学与技术专业
（二）课程设计性质
《数字集成电路》课程设计是《数字集成电路》课程的重要实践环节，通过课程设计使学生从理论到实践初步结合，培养和提高学生工程设计与实际动手能力，为毕业设计和今后走上工作岗位打下一定的基础。
（三）主要先修课程和后续课程
1、先修课程：《脉冲与逻辑电路》、《EDA技术与FPGA应用》、《电路》、《线性电子线路》；并行开课《集成电路版图与工艺》。
2、后续课程：《VLSI测试与可测性设计》、《集成电路的应用电路》等。
二、课程设计目的及基本要求
本课程设计目的是启发学生的创新设计思想，培养学生进行数字集成电路设计的综合运用能力，熟悉计算机辅助设计在数字集成电路设计方面的运用。
要求学生掌握数字集成电路的工作原理，选择正确的工艺与模型库，设计能实现具体功能的电路系统，并应用计算机辅助软件进行仿真验证、逻辑综合、布版实现。
三、课程设计内容及安排
课程设计的内容主要根据术课程理论教学部分进行，以教学和实践相结合的原则，考察学生的动手和创新能力。以EDA设计流程为主线，完成具有实际应用意义电路的设计和验证。尝试完成版图设计。
1、电路设计与仿真验证 （1周）
（1) 布置题目和要求，查找资料，确定设计方案并进行总体电路设计；
（2）确定工艺和模型库，完成设计电路图和仿真、测试方案；
（3）HDL输入，采用仿真软件进行代码仿真与调试，保证功能和时序正确；
2、电路逻辑综合与时序验证 （1周）
（1）对设计进行时序、面积、功耗等方面的约束，形成约束文件；
（2）对设计进行逻辑综合，得到满足设计要求的电路网表和标准延时文件；
