半导体物理刘恩科答案

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1、第一题:摩尔定律：一个芯片上的晶体管数目大约每十八个月增长一倍。噪声容限：为了使一个门的稳定性较好并且对噪声干扰不敏感，应当使“0”和“1”的区间越大越好。一个门对噪声的灵敏度是由低电平噪声容限NML和高电平噪声容限血1［来度量的，它们分别量化了合法的“0”和“1”的范围，并确定了噪声的最大固定阈值：NMLVTL-VOLNMHVOH-VIH沟道长度调制：在理想情况下，处于饱和区的晶体管的漏端与源端的电流是恒定的，并且独立于在这两个端口上外加的电压。但事实上导电沟道的有效长度由所加的VDS调制：增加VDS将使漏结的耗尽区加大，从而缩短了有效沟道的长度。开关阈值：

2、电压传输特性(VTC)曲线与直线VoutVin的交点。扇入：一个门输入的数目。传播延时：一个门的传播延时tp定义了它对输入端信号变化的响应有多快。它表示一个信号通过一个门时所经历的延时，定义为输入和输出波形的50%翻转点之间的吋间。由于一个门对上升和下降输入波形的响应吋间不同，所以需定义两个传播延时。tpLH定义为这个门的输出由低至高翻转的响应时间，而tpHL则为输出由高至低翻转的响应时间。传播延时tp定义为这两个时间的平均值：tptpLII+tpIlL/2o设计规则：定义设计规则的目的是为了能够很容易地把一个电路概念转换成硅上的几何图形。设计规则的作用就是电

3、路设计者和工艺工程师Z间的接口，或者说是他们之间的协议。设计规则是指导版图掩膜设计的对儿何尺寸的一组规定。它们包括图形允许的最小宽度以及在同i层和不同层上图形之间最小间距的限制与要求。速度饱和效应：对于长沟MOS管，载流子满足公式：U-U§道的电场达到某一临界值gc时，载流子的速度将由于散射效应(即PN结反偏漏电和亚阈值漏电。动态功耗的表达式为：PdynCLVdd2fo可见要减小动态功耗可以减小Vdd,CL及f。减小Vdd,可以采用降低电压摆幅的方法，用NMOS代替PMOS,利用阈值损失，使PdynCLVdd(Vdd-Vt)f。Vdd降低是实现低压低功耗设计的

4、有效办法,但是Vdcl降低，会影响电路性能，例如噪声干扰作用会增大。减低CL,包括本征电容、扇出电容、及引线电容。合理设计版图，减小寄生电容。降低f,频率降低会影响系统性能，因此要折中考虑。第三题：第四题：aNmos:VGS2.5V,VDS2.5V饱和TDk'/2W/LVGS-VT21+入VDS115X10-6/22.5-0.4321+0.06X2.5283.3PAIDk'W/L[VGS-VTVDSAT-VDSAT2/2]1+XVDS146uAPmos:VGS-0.5V,VDS5V夹断饱和IDk‘/2W/LVGS-VT21+XVDS30X10-6/20.5-0

5、.421+0.1X1.250.17uAbNmos:VGS3.3V,VDSV1）若不考虑速度饱和，则晶体管工作在线性区IDk‘W/L[VGS-VTVDS-VDS2/2]115X10-6[3.3-0.432.2-2.22/2]447.8uA若加上够到长度调制效应IDk'W/L[VGS-VTVDS-VDS2/2]1+XVDS447.81+0.06X2.2447.8X1.132507uA2）考虑速度饱和，因为VminminVGS-VT,VDSAT,VDSVDSAT0.63V晶体管速度饱和IDk'W/L[VGS-VTVDSAT-VDSAT2/2]185uAVDS若加上够

6、到长度调制效应TDk'W/L[VGS-VTVDSAT-VDSAT2/2]1+X185X1.132209.4uAPmos:VGS-2.5V,VDSV1）若不考虑速度饱和，则晶体管未发生夹断，工作在线性区线性TDk'W/L[VGS-VTVDS-VDS2/2]30X10-6：2.5-0.41.8-1.82/2]64.8nA若加上够到长度调制效应IDk'W/L[VGS-VTVDS-VDS2/2]1+入VDS64.8X1.1876.5uA2）考虑速度饱和，因为VVGS-VT,VDSAT,VDSVDSAT-lv晶体管速度饱和IDk'W/L[VGS-VTVDSAT-VDSA

7、T2/2]48uA若加上够到长度调制效应IDk'W/L[VGS-VTVDS-VDS2/2]1+XVDS48X1.1856.6nA第五题：a范。因为PMOS是一个弱下拉器件，NMOS是一个弱上拉器件。b对于一个输入从0V到2.5V的翻转，从电源获得的能量为：PMOS管将会关断，NMOS管的能量损耗将是：对于一个输入从2.5V到0V的翻转，NMOS管将会关断，从电源处没有获得能量。PMOS器件上的能量损耗为：c当输入为高电平、电容充电时，PMOS器件关断，NMOS速度饱和。总的电压范，所以中点为1.24V。我们可以用平均电流的方法来近似计算tpLHo对于速度饱和的

8、NMOS管：求解V0.4V和V1.24