微电子前沿复习提纲看一些微电子技术发展的知识1.请给出下列英文缩写的英文全文，并译出中文：CPLD: Complex Programmable Logic Device复杂可编程逻辑器件FPGA: Field－Programmable Gate Array 现场可编程门阵列GAL:generic array logic 通用阵列逻辑LUT: Look-Up-Table 显示查找表IP: Intellectual Property 知识产权SoC: System on Chip 片上系统2.试述AGC BJT器件实现AGC特性的工作原理; 试说明为什么AGC BJT的工作频率范围受限?AGC 即自动增益控制（Automatic Gain Control）⏹ AGC BJT器件实现AGC特性的工作原理：当输入增加时，输出会同时增加，我们可利用双极型晶体管的大注入效应和大电流下的基区扩展--kirk效应，衰减增益，使放大系数降低，则达到了稳定输出的目的。

⏹工作频率范围受限原因：1) 、自动增益控制特性与频率特性是相矛盾，实现AGC需要基区展宽，而器件的工作频率与基区宽度的平方成反比，要实现大范围的自动增益控制，要求宽基区，使得工作频率范围受限。

2) 、实现AGC要求基区大注入,基区掺杂浓度低时，易于发生大注入效应，而基区掺杂浓度动愈低，器件高频噪声愈差，使得工作频率范围受限。

3.为什么双栅MOSFET具有良好的超高频(UHF)特性？双栅MOSFET结构如图：1) 、双栅MOS的端口Gl靠近源极，对应的基区宽度短，加高频信号，称信号栅，可以实现超高频。

G2靠近漏极，对应的基区宽度较宽，有良好的AGC性能，加固定偏置或AGC电压，作增益控制栅。

2) 、它通过第二个栅极G2交流接地, 可在第一个栅极G1和漏极D之间起到有效的静电屏蔽作用, 从而使得栅极与漏极之间的反馈电容(是Miller电容)大大减小，则提高了频率。

4.为什么硅栅、耐熔金属栅能实现源漏自对准，而铝栅不行？实现源漏自对准的目的是什么？ 在自对准工艺中先制作多晶硅栅，再用有源区版刻掉有源区上的氧化层，高温下以耐高温的多晶硅和下面的氧化层起掩蔽作用，对n 型杂质对有源区进行扩散（1000℃左右）。

而铝栅的熔点较低，在高温下对有源区进行扩散时铝会溶化，不能实现自对准工艺。

因为传统的铝栅工艺为保证栅区与源区或漏区的衔接，往往让栅区宽度比源和漏扩散区的间距要大一些，产生了较大的栅对源、漏的覆盖电容，使电路的开关速度降低。

实现源漏自对准的目的是减小栅对源和漏的覆盖电容，提高器件的速度。

5. 试用“深掏滩，低垒堰”的思想说明“在IC 中利用密勒效应来获得大电容”的发明的聪明之处。

IC 中利用密勒效应来获得大电容的目的是什么？聪明之处：化不利为有利IC 中利用密勒电容效应获得大电容的目的：① 采用较小的电容即可获得较大的电容，可以在IC 设计中避免大电容的制作，减小芯片面积，这种技术在IC 设计中具有重要的意义；② 通过控制电压或电流的放大倍数，可获得可控电容。

6. 试举4个以上例子说明：在模拟IC 或模拟电路中，电容通常所起的作用。

⏹ 在BJT 共射放大电路的设计中，常在串联发射集电阻Re 的同时并联大的旁路电容，从而在不影响电压放大倍数的情况下，提高输入电阻。

⏹ 振荡电路的设计中通过电阻和电容组成移相电路，使电路满足振荡的相位平衡条件。

⏹ 在运算放大器的设计中利用电容和电阻组成求和，积分等运算电路。

⏹ 整流电路的设计中利用电容的充放电效应设计滤波整流电路，将交流电变换成直流电。

7. 为什么说“BJT 的开启电压固定，MOS 的开启电压难于精确控制”？● 对于BJT ，阈值电压T V 是指输出电流C I 等于某一定值C T I (如1mA) 时的b e V 值, 而BJT 的掺杂浓度，结面积等能导致C I 发生明显变化的因素在器件做好以后几乎不变，对阈值电压的影响很小，所以BJT 的阈值电压可控性好，开启电压固定。

● MOS 管由于金属-半导体功函数差m s φ和Si-SiO2系统中电荷Q 的影响, 在Vgs = 0时半导体表面能带即已经发生了弯曲，需要外加一平带电压才能使表面附近的能()()12T B FB FP S B FP S B1O X 2M S FP S B FP S O X 2222V V V K V V V V Q K V V V C φφφφφ=+++-++-=-++-++带与体内拉平。

MOS 的阈值电压：由于在工艺制备中栅氧化层的电荷，Si-SiO2系统中电荷Qf 等因素的影响，使得MOS 管的阈值电压可控性不好，开启电压难于精确控制。

8. 在相同工艺水平条件下，例如同为1um 工艺，BJT 与CMOS 相比较，BJT 的工作频率更高, 其原因是什么？由此, 能否说明“少子器件不一定比多子器件慢”？在1um 工艺下，基区宽度较宽，对CMOS 而言，寄身电容和栅电容较大，BJT 与CMOS 相比较，BJT 的工作频率更高。

9. 试说明ECL 电路速度快，但功耗大的原因。

ECL(Emitter Coupled Logic)电路，即射极耦合逻辑电路，是第一种电流型逻辑电路，属于非饱和型电路。

由于在正常的工作状态下，ECL 电路中的晶体管是工作在线性区或截止区，ECL 电路的逻辑摆幅较小（仅约0.8V ），当电路从一种状态过渡到另一种状态时，对寄生电容的充放电时间减小，使得ECL 电路的速度很快。

ECL 单元门的开关管对是轮流导通的，对整个电路来说是没有截止状态的，所以ECL 电路的功耗较大。

10. BJT 频率特性的提高受到什么因素限制？为什么HBT 可以解决此问题？BJT 频率的提高要求:1. 基区电阻b R 降低,基区掺杂b N 提高，导致放大倍数β下降。

2. 基区宽度b W 减小，使得基区穿通电压和厄利电压下降。

3. 发射结电容e C 降低，要求发射结掺杂e N 下降，导致放大倍数β下降。

HBT 中，发射区禁带宽度宽，在异质结中，由于基区带隙变窄，使得发射区与基区的导带距离缩小，发射区的电子从发射区的导带跃迁到基区的导带所需的能量更少，更有利于发射区电子的注入，使得注入效率高，放大倍数β较大。

即使基区掺杂浓度NB 比发射区杂质浓度NE 高得多，基区宽度较小，HBT 仍具有足够的电流放大倍数，以得到很高的截止频率（fT ）。

11. 试画出npn BJT 、宽禁带发射区npn HBT 的能带图和窄禁带发射区npn HBT 的能带图。

1.均匀基区 NPN BJT 在平衡状态下的能带图2.宽禁带发射区npn HBT 的能带图对于宽禁带窄禁带发射区npn HBT 的能带图，发射结势垒较高，导致注入效率很低。

12. 为什么宽禁带发射区HBT 能够改善BJT 的噪音特性？在给定的电流增益，HBT 的基区掺杂浓度较高，可较小基区电阻，降低Johnson 噪声。

13. 由于宽禁带发射区HBT 具有良好噪音特性，它常被用作电子系统的前置放大。

试说明“前置放大级噪音特性决定了整个电子系统的噪音特性”。

噪声特性有噪声系数里衡量，噪声系数：对于级联放大器而言，由费里斯公示可知，总的噪声系数： 为了使接收机的总噪声系数小, 要求各级的噪声系数小，所以总噪声系数主要取决于最前面几级，前置放大级噪音特性决定了整个电子系统的噪音特性。

14. 什么叫BiCMOS ，它与CMOS 相比有何优缺点？BiCMOS （Bipolar CMOS ）是CMOS 和双极器件同时集成在同一块芯片上的技术，其基本思想是以CMOS 器件为主要单元电路，而在要求驱动大电容负载之处加入双极器件或电路。

因此BiCMOS 电路既具有CMOS 电路高集成度、低功耗的优点，又获得了双极电路高速、强电流驱动能力的优势。

3201112121111n n F F F F F G G G G G G ----=++++I BiCMOS= (1+β)I CMOS15.什么叫IGBT它与功率MOS相比有何优缺点？IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)，绝缘栅双极型晶体管，是由BJT和MOS 组成的复合全控型电压驱动式功率半导体器件, 兼有MOSFET的高输入阻抗和GTR 的低导通压降两方面的优点。

IGBT:双极载流子，电压控制，电导调制，低的导通损耗，开关速度慢MOSFET驱动功率很小，开关速度快，但导通压降大，载流密度小。

16.IGBT导通电阻小的器件物理本质是什么？IGBT 的结构与VDMOS 的结构很相似，区别只是IGBT用p + 衬底替代了VDMOS 的n + 衬底,从而引入了pn 结注入机制。

在正向工作条件下,注入少子时,高阻厚外延的n - 区产生电导调制效应,降低了外延层的电阻率,从而减少了器件的导通电阻。

17.试画出IGBT和BiCMOS倒相器的等效电路图，并对IGBT和BiCMOS的工作原理作比较分析。

IGBT在正向工作条件下,注入少子时,高阻厚外延的n - 区产生电导调制效应,降低了外延层的电阻率,从而减少了器件的导通电阻。

18.试说明闭锁效应在CMOS、BiCMOS、IGBT中的危害和在可控硅中的好处。

在CMOS、BiCMOS、IGBT中，如果其中存在有p-n-p-n这种晶闸管结构，只要有某些不定因素的触发（例如在大电流脉冲干扰或输入脉冲干扰，特别是γ射线的瞬时辐照）, 使得p-n-p-n结构出现正向导通时，即产生很大的电流，并且再也不能自己关断，而这时若电源能提供足够大的电流，从而就将引起器件失效。

在可控硅中，利用可控硅导通时，发生闭锁，产生强烈的BJT基区电导调制效应，从而使得其正向导通电阻极小。

19.试说明热载流子效应在微电子器件中的危害，及其在EEPROM和Flash存储器中应用的原理。

对于半导体器件，当器件的特征尺寸很小时，即使在不很高的电压下，也可产生很强的电场，从而易于导致出现热载流子。

因此，在小尺寸器件以及大规模集成电路中，容易出现热载流子。

由于热载流子所造成的一些影响，就称为热载流子效应。

危害：在强电场的作用下,漏极附近的电子,具有足够的能量,可以穿越氧化层的势垒进入栅,进而改变了器件的开启电压。

热载流子效应会导致热电子向栅氧化层中发射，热电子效应引起衬底电流，热电子效应引起栅电流。

EEPROM 编程机制为F-N 隧道效应，对一个足够薄的氧化层,在高场强作用下，将有一定数量的电子获得足够的能量，穿过二氧化硅的禁带进入到硅的导带。

到达导带后，电子可自由地向正极（衬底）移动。

FLASH是基于电荷存储原理来存储数据，当控制栅加足够高的电压，使沟道中运动的电子加速，这些高能电了中的一部份从源端在漏电压作用下到达漏端经碰撞散射，将获得足够的能量从漏区穿过栅氧化层注入到浮栅实现数据的存储。