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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)。

“數字集成電路”要求學生應深入理解數字集成電路的相關基礎理論，掌握數字集成電路電路、系統及其設計方法。重點掌握數字集成電路設計的質量評價、相關參量;能夠設計并定量分析數字集成電路的核心——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、優化和評價指標;掌握基本時序邏輯電路的設計、優化、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部互連線參數。

“半導體物理”要求學生熟練掌握半導體的相關基礎理論，了解半導體性質以及受外界因素的影響及其變化規律。重點掌握半導體中的電子狀態和帶、半導體中的雜質和缺陷能級、半導體中載流子的統計分布、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性方程解決載流子濃度隨時間或位置的變化及其分布規律等。

“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相應的課程要求水平。

二、各部分復習要點

●“數字集成電路”部分各章復習要點

“數字集成電路”考試范圍及要點包括：數字集成電路設計質量評價的基本要素;CMOS集成電路設計規則與工藝縮小;二極管基本結構、參數、靜態特性、動態特性、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、溝道長度調制、速度飽和、MOS晶體管分析模型;反相器靜態特性、開關閾值、噪聲容限、穩定性，反相器動態特性、電容構成，傳播延遲分析與尺寸計算、反相器靜態功耗、動態功耗;靜態互補CMOS組合邏輯門設計、尺寸設計、延遲計算與優化，有比邏輯基本原理、傳輸管邏輯基本原理;動態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、靜態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)數字集成電路基本概念和質量評價

1.復習內容

數字集成電路設計中的基本概念、面臨問題和質量評價標準

2.具體要求

設計約束

時鐘設計

電源網絡

設計質量評定標準

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

設計規則

標準單元

工藝偏差

工藝尺寸縮小

封裝

(二)器件

1.復習內容

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

2.具體要求

二極管結構

二極管靜態特性

二極管動態特性

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

MOS晶體管靜態特性、閾值電壓、溝道長度調制、速度飽和

MOS晶體管亞閾值特性

MOS晶體管動態特性

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.復習內容

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

2.具體要求

互連參數

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化。

2.具體要求

CMOS反相器靜態特性、開關閾值、噪聲容限、穩定性

CMOS反相器動態特性

CMOS反相器電容計算

CMOS反相器傳播延遲分析

CMOS反相器網絡設計

CMOS反相器功耗、動態功耗、靜態功耗

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.復習內容

掌握CMOS邏輯設計，包括動態和靜態邏輯、傳輸管邏輯、無比邏輯、有比邏輯;能夠優化CMOS邏輯的管子尺寸、面積、速度、穩定性和能耗;掌握低功耗邏輯設計技術

2.具體要求

靜態互補CMOS設計、靜態特性、傳播延時、尺寸設計與性能優化

有比邏輯概念

傳輸管邏輯概念、傳輸特性、穩定性、性能

動態邏輯基本原理、速度、功耗、信號完整性

多米諾邏輯概念、設計、優化

(六)時序邏輯電路設計

1.復習內容

時序邏輯基本部件——寄存器、鎖存器、觸發器設計實現技術;靜態、動態時序邏輯比較;振蕩器、施密特觸發器設計實現技術;時鐘策略

2.具體要求

時序電路的時間參數:：建立時間、保持時間、傳播延時

雙穩態原理

多路開關性鎖存器

主從邊沿觸發寄存器

靜態SR觸發器

動態傳輸門邊沿觸發寄存器

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

施密特觸發器

單穩時序電路

不穩電路

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

1.復習內容

半導體晶體結構與化學鍵性質，半導體中電子狀態與能帶，電子的運動與有效質量，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和能帶

半導體中電子的運動和有效質量

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.復習內容

元素半導體中的雜質能級，化合物半導體中的雜質能級、位錯和缺陷能級。

2.具體要求

Si和Ge晶體中的雜質能級

雜質的補償作用

深能級雜質

Ⅲ-Ⅴ族化合物半導體中的雜質能級

等電子雜質與等電子陷阱

半導體中的缺陷與位錯能級

(三)半導體中載流子的統計分布

1.復習內容

狀態密度，Fermi能級，載流子統計分布，本征和雜質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

狀態密度的定義與計算

費米能級和載流子的統計分布

本征半導體的載流子濃度

雜質半導體的載流子濃度

雜質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.復習內容

載流子的漂移運動，遷移率，載流子的散射，遷移率與雜質濃度和溫度的關系，電阻率與雜質濃度和溫度的關系，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

遷移率與雜質濃度和溫度的關系

電阻率及其與雜質濃度和溫度的關系

強電場下的效應

高場疇區與Gunn效應;

(五)非平衡載流子

1.復習內容

非平衡載流子的產生與復合，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，考試必須按照規定攜帶不具備編程和存儲功能的函數計算器。

3、考試時間：180分鐘

四、參考書目

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

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