微电子学概论--Cha

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1、大规模集成电路基础3.1半导体集成电路概述集成电路（IntegratedCircuit，IC）芯片（Chip,Die）硅片（Wafer）集成电路的成品率：Y=硅片上好的芯片数硅片上总的芯片数100%成品率的检测，决定工艺的稳定性，成品率对集成电路厂家很重要集成电路发展的原动力：不断提高的性能/价格比集成电路发展的特点：性能提高、价格降低集成电路的性能指标：集成度速度、功耗特征尺寸可靠性主要途径：缩小器件的特征尺寸、增大硅片面积功耗延迟积集成电路的关键技术：光刻技术(DUV)缩小尺寸：0.25~0.18mm增大硅片：8英寸

2、~12英寸亚0.1mm：一系列的挑战，亚50nm：关键问题尚未解决新的光刻技术：EUVSCAPEL(BellLab.的E-Beam)X-ray集成电路的制造过程：设计工艺加工测试封装定义电路的输入输出（电路指标、性能）原理电路设计电路模拟(SPICE)布局(Layout)考虑寄生因素后的再模拟原型电路制备测试、评测产品工艺问题定义问题不符合不符合集成电路产业的发展趋势：独立的设计公司（DesignHouse）独立的制造厂家（标准的Foundary）集成电路类型：数字集成电路、模拟集成电路数字集成电路基本单元：开关管、反相

3、器、组合逻辑门模拟集成电路基本单元：放大器、电流源、电流镜、转换器等3.2.1MOS开关及其等效电路：MOS管工作在可变电阻区，输出低电平:MOS管截止，输出高电平当υIVTMOS管相当于一个由vGS控制的无触点开关。MOS管工作在可变电阻区，相当于开关“闭合”，输出为低电平。MOS管截止，相当于开关“断开”输出为低电平。当输入为低电平时：当输入为高电平时：3.2.2CMOS反相器1.工作原理AL1+VDD+10VD1S1vivOTNTPD2S20V+10VvivGSNvGSPTNTPvO0V0V-10V截

4、止导通10V10V10V0V导通截止0VVTN=2VVTP=-2V逻辑图逻辑表达式vi(A)0vO(L)1逻辑真值表10P沟道MOS管输出特性曲线坐标变换输入高电平时的工作情况输入低电平时的工作情况作图分析：2.电压传输特性和电流传输特性VTN电压传输特性3.CMOS反相器的工作速度在由于电路具有互补对称的性质，它的开通时间与关闭时间是相等的。平均延迟时间：10ns。带电容负载ABTN1TP1TN2TP2L00011011截止导通截止导通导通导通导通截止截止导通截止截止截止截止导通导通1110与非门1.CMOS与非门vA

5、+VDD+10VTP1TN1TP2TN2ABLvBvLAB&(a)电路结构(b)工作原理VTN=2VVTP=-2V0V10VN输入的与非门的电路?输入端增加有什么问题?3.2.3CMOS逻辑门或非门2.CMOS或非门+VDD+10VTP1TN1TN2TP2ABLABTN1TP1TN2TP2L00011011截止导通截止导通导通导通导通截止截止导通截止截止截止截止导通导通1000AB≥10V10VVTN=2VVTP=-2VN输入的或非门的电路的结构?输入端增加有什么问题?3.异或门电路=A⊙B3.2.4CMOS传输门(双向

6、模拟开关)1.CMOS传输门电路电路逻辑符号υI/υOυo/υIC等效电路2、CMOS传输门电路的工作原理设TP:

7、VTP

8、=2V，TN:VTN=2VI的变化范围为－5V到+5V。5V+5V5V到+5VGSN0,TP截止1）当c=0，c=1时c=0=-5V，c=1=+5VCTPvO/vIvI/vO+5V–5VTNC+5V5VGSP=5V(－3V~+5V)

9、=2V~10VGSN=5V(－5V~+3V)=(10~2)Vb、I=3V~5VGSN>VTN,TN导通a、I=5V~3VTN导通，TP导通GSP>

10、VT

11、,TP导通C、I=3V~3V2）当c=1，c=0时传输门组成的数据选择器C=0TG1导通,TG2断开L=XTG2导通,TG1断开L=YC=1传输门的应用3.3半导体存储器基础3.3.1半导体存储器的结构框图存储1或0的电路称为存储单元，存储单元的集合形成存储阵列（通常按行列排成矩阵）。字:存储阵列中二进制数据的信息单位（与计算机不同！）。最小的信

12、息单位是1位（Bit），8位二进制信息称为1个字节(Byte)，4位二进制信息则称为1个半字节(Nibble)。存储器由寻址电路、存储阵列和读写电路组成。存储单元的总数定义为存储器的容量，它等于存储器的字数和每字位数之积。例如，10位地址码，每字8位，则存储容量为210Bytes=1024Bytes=1kB=8kbi