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研究生入學考試復習大綱

“集成電路與半導體物理”(802)

一、總體要求

“集成電路與半導體物理”(802)由數(shù)字集成電路和半導體物理二部分組成，其中集成電路占40%(60分)，半導體物理占60%(90分)。

“數(shù)字集成電路”要求學生應深入理解數(shù)字集成電路的相關基礎理論，掌握數(shù)字集成電路電路、系統(tǒng)及其設計方法。重點掌握數(shù)字集成電路設計的質(zhì)量評價、相關參量;能夠設計并定量分析數(shù)字集成電路的核心——反相器的完整性、性能和能量指標;掌握CMOS組合邏輯門的設計、優(yōu)化和評價指標;掌握基本時序邏輯電路的設計、優(yōu)化、不同形式時序器件各自的特點，時鐘的設計策略和影響因素;定性了解MOS器件;掌握并能夠量化芯片內(nèi)部互連線參數(shù)。

“半導體物理”要求學生熟練掌握半導體的相關基礎理論，了解半導體性質(zhì)以及受外界因素的影響及其變化規(guī)律。重點掌握半導體中的電子狀態(tài)和帶、半導體中的雜質(zhì)和缺陷能級、半導體中載流子的統(tǒng)計分布、半導體的導電性、半導體中的非平衡載流子等相關知識、基本概念及相關理論，掌握半導體中載流子濃度計算、電阻(導)率計算以及運用連續(xù)性方程解決載流子濃度隨時間或位置的變化及其分布規(guī)律等。

“集成電路與半導體物理”(802)研究生入學考試是所學知識的總結性考試，考試水平應達到或超過本科專業(yè)相應的課程要求水平。

二、各部分復習要點

●“數(shù)字集成電路”部分各章復習要點

“數(shù)字集成電路”考試范圍及要點包括：數(shù)字集成電路設計質(zhì)量評價的基本要素;CMOS集成電路設計規(guī)則與工藝縮小;二極管基本結構、參數(shù)、靜態(tài)特性、動態(tài)特性、二極管分析模型;MOS晶體管基本結構、閾值電壓、亞閾值特性、工作區(qū)、溝道長度調(diào)制、速度飽和、MOS晶體管分析模型;反相器靜態(tài)特性、開關閾值、噪聲容限、穩(wěn)定性，反相器動態(tài)特性、電容構成，傳播延遲分析與尺寸計算、反相器靜態(tài)功耗、動態(tài)功耗;靜態(tài)互補CMOS組合邏輯門設計、尺寸設計、延遲計算與優(yōu)化，有比邏輯基本原理、傳輸管邏輯基本原理;動態(tài)CMOS設計基本原理、信號完整性問題及其速度與功耗;時序邏輯器件時間參數(shù)、靜態(tài)鎖存器和寄存器的工作原理、C2MOS寄存器結構與特性;時鐘的設計策略和影響因素;導線中的傳輸線效應，電容寄生效應、電阻寄生效應。

(一)數(shù)字集成電路基本概念和質(zhì)量評價

1.復習內(nèi)容

數(shù)字集成電路設計中的基本概念、面臨問題和質(zhì)量評價標準

2.具體要求

設計約束

時鐘設計

電源網(wǎng)絡

設計質(zhì)量評定標準

集成電路成本構成

電壓傳輸特性

噪聲容限

再生性

扇入扇出

傳播延遲

功耗、能耗

設計規(guī)則

標準單元

工藝偏差

工藝尺寸縮小

封裝

(二)器件

1.復習內(nèi)容

定性了解二極管、MOS晶體管，理解其工作原理，靜態(tài)特性、動態(tài)特性;掌握SPICE模型和手工分析模型。

2.具體要求

二極管結構

二極管靜態(tài)特性

二極管動態(tài)特性

二極管手工分析模型

二極管SPICE模型

MOS晶體管結構

MOS晶體管工作區(qū)

MOS晶體管靜態(tài)特性、閾值電壓、溝道長度調(diào)制、速度飽和

MOS晶體管亞閾值特性

MOS晶體管動態(tài)特性

MOS晶體管電容構成

熱載流子效應

CMOS閂鎖效應

MOS晶體管SPICE模型

MOS晶體管手工分析模型

(三)導線

1.復習內(nèi)容

互連線的電路模型，SPICE模型，確定并定量化互連參數(shù);傳輸線效應;互連線的信號完整性

2.具體要求

互連參數(shù)

互連線電容寄生效應

互連線電阻寄生效應

互連線電感寄生效應

趨膚效應

互連線集總模型

互連線分布模型

(四)CMOS反相器

1.復習內(nèi)容

反相器設計;反相器完整性、性能、能量指標的定量分析及其優(yōu)化。

2.具體要求

CMOS反相器靜態(tài)特性、開關閾值、噪聲容限、穩(wěn)定性

CMOS反相器動態(tài)特性

CMOS反相器電容計算

CMOS反相器傳播延遲分析

CMOS反相器網(wǎng)絡設計

CMOS反相器功耗、動態(tài)功耗、靜態(tài)功耗

MOS反相器低功耗設計技術

能量延時積

(五)CMOS組合邏輯門設計

1.復習內(nèi)容

掌握CMOS邏輯設計，包括動態(tài)和靜態(tài)邏輯、傳輸管邏輯、無比邏輯、有比邏輯;能夠優(yōu)化CMOS邏輯的管子尺寸、面積、速度、穩(wěn)定性和能耗;掌握低功耗邏輯設計技術

2.具體要求

靜態(tài)互補CMOS設計、靜態(tài)特性、傳播延時、尺寸設計與性能優(yōu)化

有比邏輯概念

傳輸管邏輯概念、傳輸特性、穩(wěn)定性、性能

動態(tài)邏輯基本原理、速度、功耗、信號完整性

多米諾邏輯概念、設計、優(yōu)化

(六)時序邏輯電路設計

1.復習內(nèi)容

時序邏輯基本部件——寄存器、鎖存器、觸發(fā)器設計實現(xiàn)技術;靜態(tài)、動態(tài)時序邏輯比較;振蕩器、施密特觸發(fā)器設計實現(xiàn)技術;時鐘策略

2.具體要求

時序電路的時間參數(shù):：建立時間、保持時間、傳播延時

雙穩(wěn)態(tài)原理

多路開關性鎖存器

主從邊沿觸發(fā)寄存器

靜態(tài)SR觸發(fā)器

動態(tài)傳輸門邊沿觸發(fā)寄存器

C2MOS寄存器

真單相鐘控寄存器

脈沖寄存器

流水線概念

流水線型邏輯

施密特觸發(fā)器

單穩(wěn)時序電路

不穩(wěn)電路

時鐘策略、時鐘偏差、時鐘抖動、時鐘誤差來源

●“半導體物理”部分各章復習要點

(一)半導體中的電子狀態(tài)

1.復習內(nèi)容

半導體晶體結構與化學鍵性質(zhì)，半導體中電子狀態(tài)與能帶，電子的運動與有效質(zhì)量，空穴，回旋共振，元素半導體和典型化合物半導體的能帶結構。

2.具體要求

半導體中的電子狀態(tài)和能帶

半導體中電子的運動和有效質(zhì)量

本征半導體的導電機構

空穴的概念

回旋共振及其實驗結果

Si、Ge和典型化合物半導體的能帶結構

(二)半導體中雜志和缺陷能級

1.復習內(nèi)容

元素半導體中的雜質(zhì)能級，化合物半導體中的雜質(zhì)能級、位錯和缺陷能級。

2.具體要求

Si和Ge晶體中的雜質(zhì)能級

雜質(zhì)的補償作用

深能級雜質(zhì)

Ⅲ-Ⅴ族化合物半導體中的雜質(zhì)能級

等電子雜質(zhì)與等電子陷阱

半導體中的缺陷與位錯能級

(三)半導體中載流子的統(tǒng)計分布

1.復習內(nèi)容

狀態(tài)密度，F(xiàn)ermi能級，載流子統(tǒng)計分布，本征和雜質(zhì)半導體的載流子濃度，補償半導體的載流子濃度，簡并半導體

2.具體要求

狀態(tài)密度的定義與計算

費米能級和載流子的統(tǒng)計分布

本征半導體的載流子濃度

雜質(zhì)半導體的載流子濃度

雜質(zhì)補償半導體的載流子濃度

簡并半導體及其載流子濃度、簡并化條件、簡并半導體的特點與雜質(zhì)帶導電

載流子濃度的分析計算方法及其影響載流子濃度的因素

(四)半導體的導電性

1.復習內(nèi)容

載流子的漂移運動，遷移率，載流子的散射，遷移率與雜質(zhì)濃度和溫度的關系，電阻率與雜質(zhì)濃度和溫度的關系，強場效應與熱載流子

2.具體要求

載流子漂移運動

遷移率

載流子散射

半導體中的各種散射機制

遷移率與雜質(zhì)濃度和溫度的關系

電阻率及其與雜質(zhì)濃度和溫度的關系

強電場下的效應

高場疇區(qū)與Gunn效應;

(五)非平衡載流子

1.復習內(nèi)容

非平衡載流子的產(chǎn)生與復合，非平衡載流子壽命，準費米能級，復合理論，陷阱效應，非平衡載流子載流子的擴散與漂移，愛因斯坦關系，連續(xù)性方程。

2.具體要求

非平衡載流子的注入與復合

準費米能級

非平衡載流子的壽命

復合理論

陷阱效應

載流子的擴散運動

載流子的漂移運動

Einstein關系

連續(xù)性方程的建立及其應用

三、試卷結構與考試方式

1、題型結構：名詞解釋、簡答題、問答題、計算題、判斷題、繪圖題等。試卷滿分為150分。

2、考試方式：閉卷，考試必須按照規(guī)定攜帶不具備編程和存儲功能的函數(shù)計算器。

3、考試時間：180分鐘

四、參考書目

1、《數(shù)字集成電路—電路、系統(tǒng)與設計》(第二版)，Rabaey等著，周潤德等譯，電子工業(yè)出版社 2010年。

2、《半導體物理學》(第七版)，劉恩科、朱秉升、羅晉生等著，電子工業(yè)出版社 2011年3月。