半导体集成电路设计是电子工程中的核心领域,涉及到各种复杂的工艺技术和理论知识。复习大纲涵盖了从基础的双极集成电路工艺到高级的CMOS电路设计。以下是一些关键知识点的详细解释:
1. **双极集成电路工艺**:这是早期集成电路技术的一种,主要基于双极性晶体管。工艺隔离方法包括氧化隔离、槽刻蚀隔离、多晶硅隔离等,用于确保电路中各元件之间的电气隔离。
2. **双极晶体管结构**:双极型晶体管由三层半导体材料(NPN或PNP)组成,形成两个PN结,分别作为发射极、基极和集电极。
3. **外延层**:外延层是在单晶硅基片上生长的一层半导体材料,用于提供特定掺杂浓度的区域。其厚度包括基底层、隔离层和活性层等部分。
4. **光刻和扩散**:在集成电路制造中,七次光刻和四次扩散分别对应不同步骤,用于形成晶体管的各个部分,如源漏区、栅极和接触孔等。
5. **基区扩散电阻**:基区扩散电阻是晶体管内部的一个重要参数,其修正方式涉及基区宽度的优化,以减少电阻并提高器件性能。
6. **集成与分立双极型晶体管的区别**:集成晶体管在单片硅片上制造,节省空间,而分立晶体管每个都单独制造,可能具有更好的性能但占用更多空间。
7. **电阻器和电容器的集成**:集成电阻和电容器的优点在于节省空间,降低成本,但可能牺牲一些精度和稳定性。
8. **SBD(肖特基势垒二极管)**:与普通二极管相比,SBD具有更低的正向电压降和更快的开关速度。
9. **CMOS集成电路**:CMOS(互补金属氧化物半导体)工艺利用P型和N型MOSFET的互补工作,实现低功耗和高密度集成。
10. **CMOS反相器**:CMOS反相器由PMOS和NMOS晶体管组成,有多种类型,如饱和E/E自举反相器、耗尽负载反相器等。设计准则包括对称波形设计和准对称波形准则,以优化性能。
11. **噪声容限**:衡量电路对噪声干扰的抵抗能力,是电路可靠性的重要指标。
12. **MOS器件尺寸缩小**:随着器件尺寸减小,会引入端沟道和窄沟道效应,这需要通过恒定电场理论(CE理论)进行补偿。
13. **电阻负载反相器设计**:涉及负载电阻的选择,以保证输出电压和噪声容限满足设计要求。
14. **组合逻辑电路**:如NMOS和CMOS逻辑门电路,以及组合逻辑函数的实现,例如F=AB+CD的CMOS门电路设计。
15. **动态门电路**:动态门电路利用电荷存储来提高速度,但存在电荷再分配问题,而钟控CMOS逻辑通过时钟控制解决了这个问题。
这些知识点构成了半导体集成电路设计的基础,对于理解和设计现代微电子系统至关重要。学习者需要深入理解这些概念,并能够应用到实际电路设计中。