1、集成电路设计导论,云南大学信息学院电子工程系,梁竹关,第一部分 理论课 第一章 绪言11 集成电路的发展12 集成电路分类13 集成电路设计 第二章 MOS晶体管21 MOS晶体管结构22 MOS晶体管工作原理23 MOS晶体管的电流电压关系24 MOS晶体管主要特性参数25 MOS晶体管的SPICE模型 第三章 MOS管反相器31 引言32 NMOS管反相器33 CMOS反相器34 动态反相器35 延迟36 功耗,第四章 半导体集成电路基本加工工艺与设计规则4.1 引言4.2 集成电路基本加工工艺4.3 CMOS工艺流程4.4 设计规则4.5 CMOS反相器的闩锁效应4.6 版图设计 第五章
2、 MOS管数字集成电路基本逻辑单元设计5.1 NMOS管逻辑电路5.2 静态CMOS逻辑电路5.3 MOS管改进型逻辑电路5.4 MOS管传输逻辑电路5.5 触发器5.6 移位寄存器5.7 输入输出（I/O）单元,第六章 MOS管数字集成电路子系统设计6.1 引言6.2 加法器6.3 乘法器6.4 存储器6.5 PLA 第七章 MOS管模拟集成电路设计基础7.1 引言7.2 MOS管模拟集成电路中的基本元器件7.3 MOS模拟集成电路基本单元7.4 MOS管模拟集成电路版图设计 第八章 集成电路的测试与可测性设计8.1 引言8.2 模拟集成电路测试8.3 数字集成电路测试8.4 数字集成电路的
3、可测性测试,第二部分 实验课1、数字集成电路（1）不同负载反相器的仿真比较；（2）静态CMOS逻辑门电路仿真分析；（3）设计CMOS反相器版图；（4）设计D触发器及其版图；（5）设计模16的计数器及其版图（可选）。2、模拟集成电路设计一个MOS放大电路（可选） 。,教学进度表,参考文献 1 王志功，景为平，孙玲.集成电路设计技术与工具. 南京：东南大学出版社，2007年7月（国家级规划教材）. 2（美）R.Jacob Baker, Harry W. Li, David E. Boyce. CMOS Circuit Design, Layout and Simulation. 北京： 机械工业出
4、版社，2006. 3 陈中建主译. CMOS电路设计、布局与仿真.北京：机械工 业出版社，2006. 4（美）Wayne Wolf. Modern VLSI Design System onSilicon. 北京：科学出版社，2002. 5 朱正涌. 半导体集成电路. 北京：清华大学出版社，2001. 6 王志功，沈永朝.集成电路设计基础电子工业出版社，2004年5月（21世纪高等学校电子信息类教材）.,第二章 MOS晶体管,一、MOSFET的结构MOS晶体管是一种场效应管（英文全称为Metal-Oxide-Silicon Field Effect Transistor），它是电压控制电流器件
5、，既可以用于模拟电路，也可以用于数字电路。在模拟电路中，由于MOS晶体管具有很高的输入阻抗，从而可提高它作为电压放大器的性能。而在数字电路中，MOS晶体管广泛用作基本存储器件或逻辑器件。可以说MOS晶体管是MOS管集成电路的主要器件。,2.1 MOS晶体管结构和工作原理,一、MOSFET的结构MOSFET是Metal-Oxide-Silicon Field Effect Transistor的英文缩写，平面型器件结构，按照导电沟道的不同可以分为NMOS和PMOS器件。MOS器件基于表面感应的原理，是利用垂直的栅压vGS实现对水平iDS的控制。它是多子（多数载流子）器件。用跨导描述其放大能力。,
6、2.1 MOS晶体管结构,根据导电沟道的不同，MOS晶体管可分为P沟道MOS晶体管（简称为PMOS管）和N沟道MOS晶体管（简称为NMOS管），而根据在没有外加电压条件下导电沟道形成与否又可分为耗尽型MOS管和增强型MOS管。图2.1.1所示的是一只增强型NMOS管，它是在适度掺杂的P型衬底上制作两个掺杂浓度较高的N型区，分别作为漏区和源区，在漏区和源区之间的区域上面制作一层绝缘层（一般是二氧化硅物质），绝缘层上面沉积一层多晶硅作为栅区。我们把源区和漏区两个掺杂区之间的距离称为沟道长度L，而垂直于沟道长度的有效源漏区尺寸称为沟道宽度W。,图2.1.1 NMOS晶体管,图2.1.2 NMOS管截
7、面图,图2.1.3 实际的NMOS管衬底引线,（a）增强型 （b）耗尽型 图2.1.4 MOS管在电路中的符号,耗尽型MOS管与增强型MOS管不同之处在于，耗尽型MOS管在vGS=0时，导电沟道已经存在，它是通过加工过程中的离子注入方式形成的。,图2.1.5 PMOS晶体管,2.2 MOS晶体管工作原理,图2.2.1 导电沟道没有形成,当MOS管栅极上没有外加电压时，MOS管的漏区和源区被两个二极管隔开，如图2.2.1所示，源区和漏区之间没有导电沟道形成，呈现出高阻状态。这时候，如果在漏极和源极间外加电压vDS，漏区到源区之间始终不会有电流流过。,图2.2.2 栅-源电压vGS控制导电沟道宽窄,（a）,（b）,（c）,图2.2.3 NMOS管的工作状态示意图,2.3 MOS晶体管的电流电压关系,1、非饱和区（线性电阻区）,（2.3.8）,（2.3.9）,2、饱和区（线性放大区）,3、输出特性曲线,图2.3.2 NMOS晶体管输出特性曲线,2.4 MOS晶体管主要特性参数,1、阈值电压,一种形式：,另一种形式：,2、跨导,
