数字CMOS集成电路复习笔记：第一篇
概述
- 1958年，以德克萨斯仪器公司（TI）的科学家基尔比(Clair Kilby)为首的研究小组研制出了世界上第一块集成电路
- 1959年7月， 美国Fairchild公司的Noyce发明第一块单片集成电路
摩尔定律
必考概念题、简答题。
1965年，还在仙童公司的Gordon Moore(Intel公司创始人、前董事长)发现芯片上的晶体管数目每隔18个月或者24个月翻一番。
后人对摩尔定律加以扩展：
集成电路的发展：工艺每三年升级一代，集成度每三年翻二番、特征线宽约缩小30％左右，逻辑电路（以CPU为代表）的工作频率提高约30％。
区分More Moore和More than Moore！
- 延续摩尔(More Moore)：结构优化和工艺微缩，继续缩小器件尺寸，延续摩尔定律。
- 扩展摩尔(More than Moore)：采用现有的IC技术，实现功能更全、性能更优、价值更高的电子系统。包括了模拟/RF器件、无源器件、高压大功率、传感器和生物芯片等，占集成电路市场约50%份额。
- 超越摩尔(Beyond Moore)：越越摩尔方向主要处在研究阶段，量子器件、自旋器件、磁通量器件、碳纳米管或纳米线器件等能够实现自组装的器件是超越摩尔方向研究的热点。
- 丰富摩尔(Much Moore)：进入纳米尺度后，传统的半导体理论有可能产生革命性的突破，另辟蹊径，建立新形态的微纳电子学。
数字电路设计层次
这里面也有设计层次的说明：数字系统设计复习笔记：第一篇
成本、成本
集成电路的成本：
- 非重复性成本(固定成本，NRE)
- 设计所花费的时间、人工、EDA工具、掩膜版制造；
- 一次性成本：生产设备、市场、销售、基础设施等
- 重复性成本(可变成本)
- 硅片制造、封装、测试；
- 与产品数量成比例；
- 与芯片面积成比例；
- 与测试时间成比例；
芯片的成本=每个芯片的可变成本+(固定成本/芯片的产量)
良率的计算
颗粒的成本是颗粒面积四次方的函数！
数字MOSFET
电流公式、工作条件
牢记短沟道器件的公式、牢记PMOS的线性和饱和条件！
栅极电容
看版图计算时可能会考。
注意这里的L全部是等效沟道长度！
| 工作区 | Cgb | Cgs | Cgd | Cgc | Cg |
|---|---|---|---|---|---|
| 截止 | CoxWLeff | 0 | CoxWLeff | CoxWLeff+2CoW | |
| 线性 | 0 | CoxWLeff/2 | |||
| 饱和 | 2CoxWLeff/3 | 0 | 2CoxWLeff/3 | 2CoxWLeff/3+2CoW | |
Cgb在截止时是Cgc=CoxWL和耗尽区的电容串联的结果，很小。
非理想效应
短沟道&窄沟道
区分两个非理想效应！
短沟道效应：L很小时，漏源引起的耗尽区不能被忽略，导致栅电压很小时，沟道也会反型。 所以随L减小，阈值电压减小。
窄沟道效应：W很小时，栅电压要维持场氧区额外的耗尽电荷，使阈值电压升高。
对于L和W都很小的器件，阈值的升高和降低会抵消。
热载流子效应
当载流子从外界获得了很大能量时，即可成为热载流子。例如在强电场作用下，载流子沿着电场方向不断漂移，不断加速，即可获得很大的动能，从而可成为热载流子。
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。
带来的影响： 阈值电压随时间而改变。
亚阈值导通
数字仿真工具：SPICE
SPICE (Simulation Program with Integrated Circuit Emphasis)，是一种用于电路描述与仿真的语言与仿真器软件，用于检测电路的连接和功能的完整性，以及用于预测电路的行为。
现在成功的商业版本：
- SPECTRE
- HSPICE
- Eldo
常用缩写
必考，因为真考过。
重点看VHDL、EDA、ASIC、FPGA、STA、SPICE、RTL。
- VHDL: VHSIC Hardware Description Language
- VHSIC: Very High-Speed Integrated Circuit
- HDL: Hardware Description Language
- CAD: Computer-Aided Design
- EDA: Electronic Design Automation
- LSI: Large Scale Integration
- ULSI: Ultra-Large Scale Integration
- ASCII: American Standard Code for Information
- ISO: International Standards Organization
- ASIC: Application-Specific Integrated Circuit
- FPGA: Field-Programmable Gate Array
- PLA: Programmable Logic Array
- PAL: Programmable Array Logic
- PLD: Programmable Logic Device
- CPLD: Complex Programmable Logic Device
- STA: Static Timing Analysis
- SPICE: Simulation Program with Integrated Circuit Emphasis
- RTL: Register Transfer Level
这个B SPICE真恶心啊 中间是with
又加了一些稀奇古怪的虽然感觉根本不会考：
- SOP: Sum of Product
- SoC: System on Chip
- DDR: Double Data Rate
- RAM: Random-Access Memory
- ROM: Read-Only Memory
- SDRAM: Synchronous Dynamic Random-Access Memory
- CHISEL: Constructing Hardware In a Scala Embedded Language
