半导体集成电路设计复习重点：工艺、器件与CMOS反相器

"半导体集成电路设计复习大纲，涵盖了从双极集成电路到CMOS反相器的各种重要概念和技术。" 本文将详细解析半导体集成电路设计中的关键知识点，以帮助理解并准备相关考试或研究。 1. **双极集成电路工艺**： - 隔离方法：双极集成电路工艺通常使用氧化层隔离、槽隔离、浮区隔离等方法来实现不同元件之间的电气隔离。 - 隐埋层杂质的选择原则：选择杂质以调整基区、发射区和集电区的特性，确保晶体管性能优良。 - 外延层厚度：包括基区、发射区和集电区的厚度，公式中的四项可能指的是各层厚度及总厚度。 - 光刻和扩散：双极工艺中，七次光刻用于图案化不同区域，四次扩散则用于掺杂不同的杂质以形成晶体管的各个区域。 2. **双极型晶体管结构**： - 双极晶体管的四层三结结构：基区、发射区、集电区，形成两个PN结（发射结和集电结）。 - 集成与分立的区别：集成晶体管更小、更密集，分立晶体管单独封装，适用于大电流或高性能应用。 3. **基区扩散电阻**： - 基区扩散电阻修正：通过优化扩散工艺，减少扩散层的不均匀性，提高电阻性能。 - 最小条宽和宽度限制：考虑电场分布、工艺限制和晶体管性能，最小宽度受到扩散层特性的影响。 4. **电阻与电容计算**： - 计算Al和多晶硅的电阻值，根据方块电阻和几何尺寸，利用电阻面积公式进行计算。 5. **特殊二极管和晶体管**： - SBD（肖特基势垒二极管）具有低正向压降和快速开关速度等特点，与普通二极管相比更具优势。 - 集成电阻器和电容器在集成电路中的优缺点涉及体积、精度和稳定性等方面。 6. **NPN晶体管寄生电容**： - 集电极串联电阻rCS的减小方法：优化结构设计，如增加集电极区域，减少接触电阻。 - 衬底PNP晶体管的特点：其衬底与集电极连接，可实现共基极配置，改善某些性能。 7. **MOS集成电路工艺**： - 提高场开启电压的方法：如采用高K介质、沟槽隔离等技术。 - 沟道长度调制效应：MOSFET中，随着沟道长度减小，电流受沟道长度控制，影响器件特性。 - 器件亚阈值特性：在阈值电压以下，器件电流呈指数增长，影响低功耗设计。 8. **CMOS静态反相器**： - 主要类型：包括标准反相器、自举反相器、饱和E/E自举反相器和耗尽负载反相器。 - 自举反相器的工作原理：利用自举电容提升输出电压，提高驱动能力。 - CMOS反相器的三个工作区：线性区、饱和区和截止区，它们之间存在转换关系。 - 功耗分析：动态功耗主要由负载电容充放电引起，与电源电压的平方、开关频率和负载大小有关。 这些知识点涵盖了双极集成电路工艺、晶体管结构、电阻电容计算以及CMOS电路设计的基本原理，对于深入理解和设计半导体集成电路至关重要。