微电子概论 习题及答案
微电子学概论复习题及答案(详细版)
微电子学概论复习题及答案（详细版）第一章绪论1．画出集成电路设计与制造的主要流程框架。
2．集成电路分类情况如何？双极型PMOSMOS型单片集成电NMOS路CMOS按结构分类BiMOSBiMOS型BiCMOS厚膜混合集成电路混合集成电路薄膜混合集成电路SSIMSI集成电路LSI按规模分类VLSIULSIGSI组合逻辑电路数字电路时序逻辑电路线性电路按功能分类模拟电路非线性电路数字模拟混合电路按应用领域分类第二章集成电路设计1．层次化、结构化设计概念，集成电路设计域和设计层次分层分级设计和模块化设计．将一个复杂的集成电路系统的设计问题分解为复杂性较低的设计级别，这个级别可以再分解到复杂性更低的设计级别；这样的分解一直继续到使最终的设计级别的复杂性足够低，也就是说，能相当容易地由这一级设计出的单元逐级组织起复杂的系统。
从层次和域表示分层分级设计思想域：行为域：集成电路的功能结构域：集成电路的逻辑和电路组成物理域：集成电路掩膜版的几何特性和物理特性的具体实现层次：系统级、算法级、寄存器传输级(也称RTL级)、逻辑级与电路级2．什么是集成电路设计？根据电路功能和性能的要求，在正确选择系统配置、电路形式、器件结构、工艺方案和设计规则的情况下，尽量减小芯片面积，降低设计成本，缩短设计周期，以保证全局优化，设计出满足要求的集成电路。
3．集成电路设计流程，三个设计步骤系统功能设计逻辑和电路设计版图设计4．模拟电路和数字电路设计各自的特点和流程A.数字电路：RTL级描述逻辑综合(Synopy,Ambit)逻辑网表逻辑模拟与验证，时序分析和优化难以综合的：人工设计后进行原理图输入，再进行逻辑模拟电路实现(包括满足电路性能要求的电路结构和元件参数)：调用单元库完成；没有单元库支持：对各单元进行电路设计，通过电路模拟与分析，预测电路的直流、交流、瞬态等特性，之后再根据模拟结果反复修改器件参数，直到获得满意的结果。
由此可形成用户自己的单元库；单元库：一组单元电路的集合；经过优化设计、并通过设计规则检查和反复工艺验证，能正确反映所需的逻辑和电路功能以及性能，适合于工艺制备，可达到最大的成品率。
微电子工艺概论1-5
1.硅作为电子材料的优点·原料充分，占地壳25%，沙子是硅在自然界中存在的主要形式；·硅晶体表面易于生长稳定的氧化层，这对于保护硅表面器件或电路的结构、性质很重要； ·密度只有2.33g/cm3，是锗/砷化镓的43.8%，用于航空、航天；·热学特性好，线热膨胀系数小，2.5*10-6/℃ ，热导率高，1.50W/cm ·℃，芯片散热； ·单晶圆片的缺陷少，直径大，工艺性能好，目前16英寸；·机械性能良好，MEMS 。
2.硅晶体缺陷——点缺陷·本征缺陷（晶体中原子由于热运动） 空位 A ：晶格硅原子位置上出现空缺；自填隙原子B ：硅原子不在晶格位置上，而处在晶格位置之间。
·杂质（非本征缺陷：硅以外的其它原子进入硅晶体） 替位杂质C 填隙杂质D 注：·肖特基缺陷：空位缺陷； ·弗伦克尔（Frenkel ）缺陷：原子热运动脱离晶格位置进入晶格之间，形成的空穴和自填隙的组合；·填隙杂质在微电子工艺中是应尽量避免的，这些杂质破坏了晶格的完整性，引起点阵的 变，但对半导体晶体的电学性质影响不大； ·替位杂质通常是在微电子工艺中有意掺入的杂质。
例如，硅晶体中掺入Ⅲ、Ⅴ族替位杂质， 目的是调节硅晶体的电导率；掺入贵金属Au 等，目的是在硅晶体中添加载流子复合中心， 缩短载流子寿命。
3.硅晶体缺陷——线缺陷·线缺陷最常见的就是位错。
位错附近，原子排列偏离了严格的周期性，相对位置发生了错 乱。
位错可看成由滑移形成，滑移后两部分晶体重新吻合。
在交界处形成位错。
用滑移矢量表征滑移量大小和方向。
·位错主要有刃位错和螺位错刃（形）位错：晶体中插入了一列原子或一个原子面，位错线AB与滑移矢量垂直； 螺（旋）位错：一族平行晶面变成单个晶面所组成的螺旋阶梯，位错线AD 与滑移矢量平kT E v v e N n /0-=νkTE i i i e N n /0-=1 23 BA 缺陷附近共价键被压缩1、拉长2、悬挂3，存在应力·刃形位错的两种运动方式：滑移和攀移。
微电子技术基础知识单选题100道及答案解析
微电子技术基础知识单选题100道及答案解析1. 微电子技术的核心是（）A. 集成电路B. 晶体管C. 电子管D. 激光技术答案：A解析：集成电路是微电子技术的核心。
2. 以下哪种材料常用于微电子器件的制造（）A. 钢铁B. 塑料C. 硅D. 木材答案：C解析：硅是微电子器件制造中常用的半导体材料。
3. 微电子技术中，芯片制造工艺的精度通常用（）来衡量。
A. 纳米B. 微米C. 毫米D. 厘米答案：A解析：芯片制造工艺精度通常用纳米来衡量。
4. 集成电路中，基本的逻辑门包括（）A. 与门、或门、非门B. 加法门、减法门C. 乘法门、除法门D. 以上都不对答案：A解析：与门、或门、非门是集成电路中的基本逻辑门。
5. 微电子技术的发展使得计算机的体积越来越（）A. 大B. 小C. 不变D. 随机答案：B解析：微电子技术进步使计算机体积逐渐变小。
6. 以下哪个不是微电子技术的应用领域（）A. 航空航天B. 农业种植C. 通信D. 医疗答案：B解析：农业种植通常较少直接应用微电子技术。
7. 在微电子制造中，光刻技术的作用是（）A. 刻蚀电路B. 沉积材料C. 图案转移D. 检测缺陷答案：C解析：光刻技术主要用于图案转移。
8. 微电子封装技术的主要目的是（）A. 保护芯片B. 提高性能C. 便于连接D. 以上都是答案：D解析：微电子封装技术能保护芯片、提高性能并便于连接。
9. 摩尔定律指出，集成电路上可容纳的晶体管数目约每隔（）翻一番。
A. 18 个月B. 2 年C. 5 年D. 10 年答案：A解析：摩尔定律表明约每隔18 个月集成电路上晶体管数目翻番。
10. 微电子技术中的掺杂工艺是为了改变半导体的（）A. 电阻B. 电容C. 电导D. 电感答案：C解析：掺杂改变半导体的电导特性。
11. 以下哪种设备常用于微电子制造中的检测（）A. 显微镜B. 示波器C. 扫描仪D. 电子显微镜答案：D解析：电子显微镜常用于微电子制造中的检测。
微电子习题答案(第2单元)
第二单元习题解答1.SiO2膜网络结构特点是什么？氧和杂质在SiO2网络结构中的作用和用途是什么？对SiO2膜性能有哪些影响？二氧化硅的基本结构单元为Si-O四面体网络状结构，四面体中心为硅原子，四个顶角上为氧原子。
对SiO2网络在结构上具备“长程无序、短程有序”的一类固态无定形体或玻璃体。
半导体工艺中形成和利用的都是这种无定形的玻璃态SiO2。
氧在SiO2网络中起桥联氧原子或非桥联氧原子作用，桥联氧原子的数目越多，网络结合越紧密，反之则越疏松。
在连接两个Si-O四面体之间的氧原子掺入SiO2中的杂质，按它们在SiO2网络中所处的位置来说，基本上可以有两类：替代（位）式杂质或间隙式杂质。
取代Si-O四面体中Si原子位置的杂质为替代（位）式杂质。
这类杂质主要是ⅢA，ⅤA元素，如B、P等，这类杂质的特点是离子半径与Si原子的半径相接近或更小，在网络结构中能替代或占据Si原子位置，亦称为网络形成杂质。
由于它们的价电子数往往和硅不同，所以当其取代硅原子位置后，会使网络的结构和性质发生变化。
如杂质磷进入二氧化硅构成的薄膜称为磷硅玻璃，记为PSG；杂质硼进入二氧化硅构成的薄膜称为硼硅玻璃，记为BSG。
当它们替代硅原子的位置后，其配位数将发生改变。
具有较大离子半径的杂质进入SiO2网络只能占据网络中间隙孔（洞）位置，成为网络变形（改变）杂质，如Na、K、Ca、Ba、Pb等碱金属、碱土金属原子多是这类杂质。
当网络改变杂质的氧化物进入SiO2后，将被电离并把氧离子交给网络，使网络产生更多的非桥联氧离子来代替原来的桥联氧离子，引起非桥联氧离子浓度增大而形成更多的孔洞，降低网络结构强度，降低熔点，以及引起其它性能变化。
2.在SiO2系统中存在哪几种电荷？他们对器件性能有些什么影响？工艺上如何降低他们的密度？在二氧化硅层中存在着与制备工艺有关的正电荷。
在SiO2内和SiO2-Si界面上有四种类型的电荷：可动离子电荷：Q m；氧化层固定电荷：Q f；界面陷阱电荷：Q it；氧化层陷阱电荷：Q Ot。
微电子学概论
第一章绪论1.1946年第一台计算机：ENIAC2.1947年12月23日第一个晶体管:巴丁、肖克莱、布拉顿3.集成电路：通过一系列特定的加工工艺，将晶体管、二极管等有源器件和电阻、电容等无源器件，按照一定的电路互连，“集成”在一块半导体单晶片（如硅或砷化镓）上，封装在一个外壳内，执行特定电路或系统功能4.达默第一个提出集成电路的设想，1958年德克萨斯仪器公司基尔比研制除了第一块集成电路5.集成电路芯片的集成度每三年提高4倍，而加工特征尺寸缩小倍，这就是摩尔定律6.集成电路按器件结构类型分类：a)双极集成电路：主要由双极晶体管构成a)NPN型双极集成电路b)PNP型双极集成电路b)金属-氧化物-半导体(MOS)集成电路：主要由MOS晶体管(单极晶体管)构成1.NMOS2.PMOS3.CMOS(互补MOS)c)双极-MOS(BiMOS)集成电路：同时包括双极和MOS晶体管的集成电路为BiMOS集成电路，综合了双极和MOS器件两者的优点，但制作工艺复杂7.按结构形式的分类：单片集成电路：a)它是指电路中所有的元器件都制作在同一块半导体基片上的集成电路b)在半导体集成电路中最常用的半导体材料是硅，除此之外还有GaAs等混合集成电路：c)厚膜集成电路d)薄膜集成电路8.按电路功能分类：↗数字集成电路(Digital IC)：它是指处理数字信号的集成电路，即采用二进制方式进行数字计算和逻辑函数运算的一类集成电路↗模拟集成电路(Analog IC)：它是指处理模拟信号(连续变化的信号)的集成电路✍线性集成电路：又叫做放大集成电路，如运算放大器、电压比较器、跟随器等✍非线性集成电路：如振荡器、定时器等电路↗数模混合集成电路(Digital - Analog IC) ：例如数模(D/A)转换器和模数(A/D)转换器等第三章第四章1.集成电路的集成度，功耗延迟积，特征尺寸是描述集成电路性能的几个重要指标2.特征尺寸：指集成电路中半导体器件的最小尺度3.图形转换：光刻：光刻三要素：光刻胶、掩膜版和光刻机；4.光刻胶：光刻胶又叫光致抗蚀剂，它是由光敏化合物、基体树脂和有机溶剂等混合而成的胶状液体光刻胶受到特定波长光线的作用后，导致其化学结构发生变化，使光刻胶在某种特定溶液中的溶解特性改变5.正胶：曝光后可溶；负胶：曝光后不可溶；6.几种常见的光刻方法：接触式光刻，接近式曝光，投影式曝光，i.超细线条光刻技术b)甚远紫外线(EUV)c)电子束光刻d)X射线e)离子束光刻7.化学汽相淀积(CVD)：通过气态物质的化学反应在衬底上淀积一层薄膜材料的过程CVD技术特点：a)具有淀积温度低、薄膜成分和厚度易于控制、均匀性和重复性好、台阶覆盖优良、适用范围广、设备简单等一系列优点b)CVD方法几乎可以淀积集成电路工艺中所需要的各种薄膜，例如掺杂或不掺杂的SiO、多晶硅、非晶硅、氮化硅、金属(钨、钼)等2单晶硅的化学汽相淀积(外延)：一般地，将在单晶衬底上生长单晶材料的工艺叫做外延，生长有外延层的晶体片叫做外延片 二氧化硅的化学汽相淀积：可以作为金属化时的介质层，而且还可以作为离子注入或扩散的掩蔽膜，甚至还可以将掺磷、硼或砷的氧化物用作扩散源c)低温CVD氧化层：低于500℃d)中等温度淀积：500～800℃e)高温淀积：900℃左右多晶硅的化学汽相淀积：利用多晶硅替代金属铝作为MOS器件的栅极是MOS集成电路技术的重大突破之一，它比利用金属铝作为栅极的MOS器件性能得到很大提高，而且采用多晶硅栅技术可以实现源漏区自对准离子注入，使MOS集成电路的集成度得到很大提高。
《微电子学概论》--B03
描述半导体中静电势的变化规律 静电势由本征费米 能级Ei的变化决定
Ei q
能带向下弯， 静电势增加
方程的形式1
x,t s 0
2
特例： 均匀Si中， 无外加偏 压时， 方程R
s 0
x dx
s
电荷 密度 (x)
可动的 －载流子（n,p)
固定的 －电离的施主、受主
qN
D
N
A
pn
电流连续方程
可动载流 子的守恒
电子：
n 1 jn G R t q
热平衡时：
产生率＝复合率
np=ni2
空穴
p 1 j p G R t q
原子结合形式：共价键
形成的晶体结构： 构 成 一 个正四
面体， 具 有 金 刚 石 晶 体 结 构
北京大学 微电子学研究所
半导体的结合和晶体结构
金刚石结构
半导体有元素半导体，如：Si、Ge 化合物半导体，如：GaAs、InP、ZnS
北京大学 微电子学研究所
2. 半导体中的载流子：能够导电的自由粒子
dn qDn dx
dp qD p dx
爱因斯坦关系:
kT D q
北京大学 微电子学研究所
过剩载流子的扩散和复合
过剩载流子的扩散过程
扩散长度Ln和Lp: L=(D)1/2 过剩载流子的复合机制： 直接复合、间接复合、 表面复合、俄歇复合
北京大学 微电子学研究所
描述半导体器件工作的基本方程
n
p
kT n ln q ni
kT p ln q ni
波耳兹曼关系
微电子技术概论期末试题
《微电子技术概论》期末复习题试卷结构：填空题40分，40个空，每空1分，选择题30分，15道题，每题2分，问答题30分，5道题，每题6分填空题1.微电子学是以实现电路和系统的集成为目的的。
2.微电子学中实现的电路和系统又称为集成电路和集成系统，是微小化的。
3.集成电路封装的类型非常多样化。
按管壳的材料可以分为金属封装、陶瓷封装和塑料封装。
4.材料按其导电性能的差异可以分为三类：导体、半导体和绝缘体。
5. 迁移率是载流子在电场作用下运动速度的快慢的量度。
6.PN 结的最基本性质之一就是其具有单向导电性。
7.根据不同的击穿机理，PN 结击穿主要分为雪崩击穿和隧道击穿这两种电击穿。
8.隧道击穿主要取决于空间电荷区中的最大电场。
9. PN结电容效应是PN结的一个基本特性。
10.PN结总的电容应该包括势垒电容和扩散电容之和。
11.在正常使用条件下，晶体管的发射结加正向小电压，称为正向偏置，集电结加反向大电压，称为反向偏置。
12.晶体管的直流特性曲线是指晶体管的输入和输出电流-电压关系曲线，13.晶体管的直流特性曲线可以分为三个区域：放大区，饱和区，截止区。
14.晶体管在满足一定条件时，它可以工作在放大、饱和、截止三个区域中。
15.双极型晶体管可以作为放大晶体管，也可以作为开关来使用，在电路中得到了大量的应用。
16. 一般情况下开关管的工作电压为 5V ，放大管的工作电压为 20V 。
17. 在N 型半导体中电子是多子，空穴是少子；18. 在P 型半导体中空穴是多子，电子是少子。
19. 所谓模拟信号，是指幅度随时间连续变化的信号。
20. 收音机、收录机、音响设备及电视机中接收、放大的音频信号、电视信号是模拟信号。
21. 所谓数字信号，指在时间上和幅度上离散取值的信号。
22. 计算机中运行的信号是脉冲信号，但这些脉冲信号均代表着确切的数字，因而又叫做数字信号。
23. 半导体集成电路是采用半导体工艺技术，在硅基片上制作包括电阻、电容、二极管、晶体管等元器件并具有某种电路功能的集成电路。
微电子习题答案(第3单元)
带入Rd=0.1nm/s，有 0.0694
（℃）
由图8-8常用金属的平衡蒸气压温度曲线确定，Te≈1250℃
14.淀积薄膜的应力与其淀积温度有关吗？请解释。
答：
有关，薄膜的淀积一般高于室温，而薄膜和衬底材料的热膨胀系数一般也不同，薄膜淀积完成之后，由淀积温度冷却到室温，就会在在薄膜中产生应力。
答：
对低压气体施加电场时，出现辉光放电现象，气体被击穿，有一定的导电性，这种具有一定导电能力的气态混合物是由正离子、电子、光子以及原子、原子团、分子和它们的激发态所组成的，被称为等离子体。
PECVD是采用等离子体技术把电能耦合到反应气体中，激活并维持化学反应进行，从而淀积薄膜的一种工艺方法。利用等离子体技术能提高化学反应速度，进而降低化学反应对温度的敏感，使之在较低温度下进行薄膜淀积。
4.标准的卧式LPCVD的反应器是热壁式的炉管，衬底硅片被竖立装在炉管的石英舟上，反应气体从炉管前端进入后端抽出，从炉管前端到后端各硅片淀积薄膜的生长速率会降低，那么每个硅片边缘到中心淀积薄膜的生长速率将怎样?如何改善硅片之间和硅片内薄膜厚度的均匀性?
答：
每个硅片边缘到中心淀积薄膜的生长速率也会出现递减，这也是气缺效应造成。
6.SiO2作为保护膜时为什么需要采用低温工艺?目前低温SiO2工艺有哪些方法?它们降低制备温度的原理是什么？
答：
保护膜是芯片制造的最后一个工艺步骤，这时芯片上的元、器件已制作好，如再采用高、中温工艺制作SiO2保护膜，芯片上的金属化系统或器件结构都会受损，如金属被氧化、杂质再分布带来元器件结构的改变，甚至芯片报废。所以，只能采用低温工艺。目前，采用最多是PECVD-SiO2低温工艺反应气体为O2、N2O和SiH4或TEOS，应用等离子体技术将电能耦合到反应气体中，使反应气体形成等离子体，降低了反应淀积SiO2温度。