发布时间 : 星期一 文章微电子技术前沿复习题（11道题） - 201更新完毕开始阅读2d4f1f0587c24028905fc30f
郑建林 2010031010011
微电子技术学科前沿复习提纲
2013
1. 结合本课程所学知识说明：微电子器件物理的效应其实都犹如都江堰中的水--既可发洪水，也可养育川西平原，即所谓“水可载舟，亦可覆舟”。
闭锁效应：对于器件 (例如CMOS反向器) 或者集成电路而言，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。利用闭锁效应可得到可控硅和高耐压ESD保护结构。
雪崩击穿：使得阻挡层中的载流子的数量雪崩式地增加,流过PN结的电流就急剧增大，对器件造成破坏性的损坏。1971 年 Intel 首次推出了商业化的浮栅元件 FAMOS（Floating-Gate Avalanche-Injection MOS）。它采用 p 型沟道的雪崩电子注入来实现编程。
载流子效应：此效应会导致器件的开启电压改变，引起衬底电流和栅电流，导致器件损坏。利用MOSFET中的热载流子可以向栅氧化层注入的作用，能够制作出存储器。再如，利用热载流子的碰撞电离效应，可以制造出雪崩二极管等器件。
2. 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。而数据的写入都是利用
电场强迫电子通过隧道氧化层到达浮栅。
3. SiGe源漏CMOS结构有什么好处？为什么？
增强了CMOS的性能。因为锗的原子半径比硅要大,当锗掺入硅中后,源漏区会产生张应力,对沟道而言,则会受到压应力的影响。PMOS的空穴在压应力的作用下,迁移速率会大大加快,从而提高了器件性能。
4. CB结构CoolMOS的基本原理是什么?
利用电荷补偿效应降低电场峰值，提高耐压的同时降低比导通电阻。CB结构就是由P型和N型产擦的半导体相互交叠形成的一种耐压结构，这种耐压结构可以代替以前MOS器件中单一掺杂类型的漂移区。从而改善MOS期间的性能。
5. 采用高K材料的CB结构的基本原理是什么？
高K介质具有辅助耗尽的作用，这点能显著的提高漂移区的掺杂浓度，可以结合CB结构来对器件进行优化。高K介质具有辅助耗尽的原理：反向阻断时，N pillar及N+的电离施主将发出电力线将穿过高k介质并终止于P+区的电离受主，若将漂移区和高k介质视做一块等效半导体，其等效相对介电系数定义为keff，对等效半导体，有一维泊松方程：
dE ? qN n
dxkeff?00 其中，ε0为真空介电系数。由于kHK>kSi，所以kHK>keff>kSi，对同样的电场斜率（即在相同横向尺寸下具有相同的横向击穿电压BV），漂移区的等效浓度Nn将大于常规硅结构的漂移区浓度，使导通电阻下降。 6. SHK器件结构能够显著降低Ron的原理是什么? 高介电常数（高k）的栅极介质材料代替了二氧化硅以保持优良的漏电性能。这些栅极候选材料有较高的介电常数，合适的禁带宽度，与硅衬底间有良好界面和高热稳定性,降低了导通电阻。 7. EPROM的工作原理是什么？ EPROM是可编程器件,主流产品是采用双层栅,浮栅中没有电子注入时,在控制栅加电压时,浮栅中的电子跑到上层,下层出现空穴.由于感应,便会吸引电子,并开启沟道.如果浮栅中有电子的注入时,即加大的管子的阈值电压,沟道处于关闭状态.这样就达成了开关功能。 8. EEPROM和Flash的相似点和区别分别是什么？ 相似点：两者都能掉电储存数据 不同点：FLASH按扇区操作，EEPROM按字节操作 FLASH写入时间长，EEPROM写入时间短 FLASH擦鞋次数少，EEPROM擦写次数多 FLASH电路结构简单，成本低，EEPROM工艺复杂，成本高 9. CPLD和FPGA的相似点和区别分别是什么？ 两者都包括了一些相对大数量的可编程逻辑单元。但是两者有明显差别：在逻辑门的集成度上，CPLD的密度在几千到几万个逻辑单元之间，而FPGA通常是几万到几百万；在系统结构上，CPLD由一个或者多个可编辑的结果之和的逻辑组列和一些相对少量的锁定的寄存器，这样缺乏编辑的灵活性，但对逻辑间的延时却是可以预计，而FPGA却是拥有很多的连接单元，可以更加灵活的编辑设计，结构却更复杂的多；在内部嵌入模块上，CPLD一般没有内置模块，而FPGA内含有高层次的内置模块（如PLL，存储器模块，DSP模块）；CPLD采用非易失性的Flash，EEPROM设计，掉电后，芯片内的数据也不会丢失，上电后立即可以运行，而FPGA是基于易失性的SRAM结构设计，需要外部配置ROM。根据两者的特变，CPLD偏向于简单的控制通道应用以及组合逻辑，而FPGA偏向于较复杂且高速的控制通道应用以及数据处理。 10. SOC和SOPC的相似点和区别分别是什么？ SOC就是单片系统，主要是器件太多设计复杂，成本高，可靠性差等缺点，所以单片系统是一个发展趋势。 SOPC就是可编程芯片系统，就是可以用FPGA/CPLD实现一个单片系统，譬如altera的Nios软核处理器嵌入到Stratix中。 11. 硬IP与芯片（Chip）有什么区别？ IP核是一段具有特定电路功能的硬件描述语言程序，该程序与集成电路工艺无关，可以移植到不同的半导体工艺中去生产集成电路芯片。硬IP对功率、体积和性能进行了优化，并映射至特定的工艺, 硬IP可以再使用，且由于它已处于设计表示的最底层，因而最容易集成，却难以转移到新工艺或集成到新结构中，是不可重配置的。 芯片（chip）就是半导体元件产品的统称。是集成电路的载体，由晶圆分割而成。芯片是一块很小的硅，内含集成电路，它是电脑或者其他电子设备的一部分。