Pytaniaiodpowiedzi.pdf

● Prawo Moora - wyjaśnić.

Prawo Moore'a w oryginalnym sformułowaniu mówi, że ekonomicznie optymalna liczba tranzystorów w układzie

scalonym podwaja się co 18 miesięcy. Obserwację tę przypisuje się Gordonowi Moore, jednemu z założycieli firmy

Intel.

Termin ten jest też używany do określenia praktycznie dowolnego postępu technologicznego. "Prawo Moore'a",

mówiące że "moc obliczeniowa komputerów podwaja się co 18 miesięcy" jest nawet popularniejsze od oryginalnego

prawa Moore'a.

Jednym z głównych powodów, dzięki któremu ten wykładniczy wzrost jest możliwy jest stosowanie coraz mniejszych

elementów w procesie fabrykacji. Współcześnie dominują technologie 32nm i 22nm, kiedy we wczesnych latach 90-

tych używano technologii 500nm.

Rozmiary te nie mogą się jednak zmniejszać w nieskończoność, w pewnym momencie takie tranzystory musiałyby być

mniejsze od atomów.

Wydaje się, że ze względu na niemożliwość zejścia poniżej poziomu atomowego musi ono kiedyś przestać

obowiązywać i od wielu lat regularnie powtarzane są zapowiedzi, że czas obowiązywania prawa Moore'a właśnie

dobiega końca. Pomimo tego prawo to jak na dzień dzisiejszy (2012) wydaje się nadal obowiązywać.

● Narysować schemat inwertera w technologii CMOS i jego charakterystykę przejściową.

Obszar A: 0<=Vi<=Vtn

Tranzystor PMOS jest w stanie liniowym i jego prąd również jest zerowy, a NMOS jest w zakresie

podprogowym, prąd drenu jest zerowy, Vo=Vdd

Obszar B: Vtn<=Vi<=Vinv

Vinv to napięcie wejściowe, przy którym przez inwerter płynie maksymalny prąd, wartość ta zwana jest

również napięciem progowym inwertera. W tym zakresie NMOS pracuje w zakresie nasycenia, a PMOS w

zakresie liniowym. Prądy w obu przyrządach są jednakowe co do wartości bezwzględnej.

Obszar C: Vi=Vinv

Oba tranzystory są w zakresie nasycenia

Obszar D: Vinv<=Vi<=Vdd+Vtp

Podobnie jak w B, ale na odwrót.

Obszar E: Vdd+Vtp <=Vi<=Vdd

Tranzysotr NMOS jest w stanie liniowym, a PMOS jest w zakresie podprogowym, Vo=0

● Do czego podczas produkcji tranzystorów używa się tlenku krzemu?

Warstwa dwutlenku, bo o taki tlenek chodzi w pytaniu, wykorzystywana jest do dwóch podstawowych celów:

- jako maska w procesie dyfuzji bądź implantacji jonowej

- jako warstwa zabezpieczająca (inaczej pasywacyjna) na powierzchni układu

W zależności od grubości utlenionej warstwy tlenki krzemu stosuje się także do innych celów:

- 2-6 nm – tlenki tunelowe

- 15-50 nm – tlenki bramkowe oraz kondensatorowe

- 20-50 nm – tlenki podkładowe w technologii LOCOS

- 200-500 nm – tlenki maskujące oraz pasywujące powierzchnię

- 300-1000 nm – tlenki polowe

● Omówić straty mocy w układach CMOS.

Możemy mówić o mocy chwilowej i średniej. Moc chwilowa jest związana z maksymalnym prądem chwilowym

pobieranym ze źródła zasilania i ma wpływ na zakłócenia występujące na linii zasilającej na skutek spadku napięcia

na rezystancji doprowadzeń. Zakłócenia te można eliminować stosując kondensatory przy każdym układzie scalonym

na płytce drukowanej. Od mocy średniej zależy temperatura układu, od której zależy m.in. czas bezawaryjnej pracy

układu.

W bramkach CMOS wyróżniamy 3 składniki mocy rozpraszanej:

- moc statyczna spowodowana prądem upływu Ileak (są to prądy wsteczne spolaryzowanych złączy dren/podłoże i

źródło/podłoże) i prądem podprogowym tranzystorów

- moc dynamiczna związana z całkowitą pojemnością obciążającą Cl

- moc dynamiczna związana z jednoczesnym przewodzeniem obu sieci podciągającej i ściągającej

Moc związana z prądami upływu jest zbyt mała aby wpłynąć znacząco na moc statyczną.

Moc dynamiczna związana z obciążeniem pojemnościowym proporcjonalna jest do częstotliwości przełączania bramki

i do kwadratu napięcia zasilania.

Moc dynamiczna związana z jednoczesnym przewodzeniem sieci podciągającej i ściągającej jest trudna do

oszacowania. Zależy od napięcia zasilania, częstotliwości pracy, oraz czasów narastania i opadania zboczy napięcia

wejściowego i wyjściowego. W przypadku równych tych czasów moc ta jest mniejsza niż 20% całkowitej mocy

dynamicznej.

Zatem największy wpływ na moc traconą w układach CMOS ma moc dynamiczna związana z pojemnościami

tranzystorów.

● Jakie znasz technologie mikroelektroniczne oparte na innych materiałach niż krzem (o

wyższej temp)?

Technologia węglika krzemu (SiC)

SiC należy do grupy półprzewodników półprzewodników szeroką przerwą energetyczną i jest jednym z najlepiej

dopracowanych przedstawicieli tej grupy. Trzykrotnie większa przerwa energetyczna, dziesięciokrotnie większe

krytyczne pole elektryczne oraz prawie trzykrotnie, większa przewodność cieplna w porównaniu z krzemem sprawiają,

że materiał ten ma dużą szansę na zastosowanie w elektronice wysokich temperatur – teoretycznie do 800’C,

przyrządy eksperymentalne działały do 600’C. Porównywalną z krzemem ruchliwość elektronów oraz dwukrotnie

większa prędkość nasycenia nośników i przewodność cieplna stanowią podstawę do wytwarzania przyrządów, które

mogą pracować przy dużej gęstości mocy i przy dużych częstotliwościach.

Technologia Silicon on Insulator (SOI)

Technologia azotku galu (GaN)

Technologia krzemogermanu (SiGe)

Technologia fosforku indu (InP)

Technologia GaAs

● Narysować przekrój tranzystora MOS z kanałem wzbogacanym typu n. Narysować topografie

tranzystora

● Narysować charakterystykę przejściowa tranzystora NMOS z kanałem wzbogaconym i

omówić jej zależność od temperatury. (nie jestem tego pewien //Darek

Pod obrazkiem jest z tranzystor z kanałem zubożanym //Krzysiek)

● Narysować przekrój tranzystora MOS z kanałem zubożanym typu p. Narysować topografie

tranzystora

● Jaką rezystancję posiada tranzystor MOS i uzasadnić jej wielkość ?

Rezystancja wejściowa tranzystora MOS (NMOS-także) to rezystancja bramki.

Bramka jest izolowana izolatorem o rezystancji około .

● Co to jest parametr transkonduktancji? W jakich jednostkach się go wyraża?

Parametr transkonduktancji kp jest zdefiniowany jako:

gdzie: μ – ruchliwość nośników [m2/Vs]

Cox – pojemność kondensatora przypadająca na jednostkę powierzchni [F/m2].

Jednostki:

● Wymienić różnicę między dyfuzją a implantacją jonów.

Różnice : ( sprawdźcie to proszę i dopiszcie w razie czego )

a) mechanizm domieszkowania, ruch atomów pod wpływem gradientu ich koncentracji w przypadku dyfuzji, wbijanie

atomów domieszki przyspieszonych w polu elektrycznym w podłoże dla implantacji

b) temperatura – proces dyfuzji wymaga dużej temperatury zaś implantacja nie

c) defekty sieci krystalicznej – powodowane przez proces implantacji a przez dyfuzję nie

d) profil domieszkowania – rożny rozkład domieszek (dla implantacji przybliżany rozkładem statystycznym Gaussa),

podobny profil do powstałego w wyniku dyfuzji można osiągnąć w wyniku implantacji przez cienką warstwę tlenku

krzemu

● Na czym polega technologia z bramką samocentrująca i jakie są jej zalety?

Bramka samocentrująca to technologia, w której wykorzystuje się polikrzemową bramkę tranzystora jako maskę w

procesie implantacji płytki podłożowej przy domieszkowaniu obszarów pełniących rolę źródła i drenu – zapewnia to, że

obszary drenu i bramki oraz źródła i bramki nie zachodzą na siebie, co minimalizuje pojemności pasożytnicze między

tymi elektrodami.

● Jak zaprojektować inwerter CMOS, aby czasy opadania i narastania sygnału wyjściowego

były jednakowe? Uzasadnij, dlaczego.

Dla otrzymania współczynnika projektant powinien ustalić (Weffp / Leffp)=(2/3) (Weffn / Leffn). Zazwyczaj produkuje

się układy przyjmując minimalną dopuszczalną długość tranzystorów, wynikającą z procesu technologicznego.

Dlatego typowo kanał tranzystora PMOS będzie 2/3 szerszy od kanału tranzystora NMOS. Dla współczynnika

uzyskujemy jednakowy prąd ładujący i rozładowujący pojemności obciążenia, a co za tym idzie, jednakowe opóźnienia

inwertera przy załączaniu i wyłączaniu.

● Wymienić podstawowe przyczyny ograniczające proces miniaturyzacji układów scalonych.

● Po czym można odróżnić dren od źródła w tranzystorze MOS.

W zależności od typu półprzewodnika, w którym tworzony jest kanał, rozróżnia się:

● tranzystory z kanałem typu p, w którym prąd płynie od źródła do drenu

● tranzystory z kanałem typu n, w którym prąd płynie od drenu do źródła

● Narysować schemat inwertera NMOS z obciążeniem w postaci rezystora

Plik z chomika:

Inne pliki z tego folderu:

Inne foldery tego chomika: