2010级研究生期中测验四(段海军).docVIP

《MEMS 器件、仿真与系统集成》期中测验（四） （占考试成绩的20%，中英文答题均可，6月30日交电子版。任课教师：陈剑鸣） 研究生： 段 海 军 （签字） 学 号： 2010211014 （占本课程的20%）。 题目要求： 什么是CMOS工艺？详细说明之。（What is CMOS semi-conductor fabrication process? Explain it in detail.） 五代的个人电脑的CUP各是用的什么工艺？什么样的光刻分辨率？有什么特点。(What kinds of fabrication processed for 5 generations personal computer CUPs ? What lithography resolution is for every CUP ? What are they characteristics ? ) 四次作业分别占该课程的成绩为：30%， 30%， 20%， 20%。 请同学们不要大意。 说明：四个作业，请同学们先做。如果有困难，在学期结束前会安排两次答疑。具体时间按同学们的要求。 1 CMOS工艺 1.1 CMOS工艺基本概述 Complementary Metal Oxide Semiconductor：指互补金属氧化物(PMOS管和NMOS管)共同构成的互补型MOS集成电路制造工艺，它的特点是低功耗。由于CMOS中一对MOS组成的门电路在瞬间看，要么PMOS导通，要么NMOS导通，要么都截至，比线性的三极管(BJT)效率要高得多，因此功耗很低。电压控制的一种放大器件。是组成CMOS数字集成电路的基本单元。在计算机领域，CMOS常指保存计算机基本启动信息(如日期、时间、启动设置等)的芯片。有时人们会把CMOS和BIOS混称，其实CMOS是主板上的一块可读写的RAM芯片，是用来保存BIOS的硬件配置和用户对某些参数的设定。CMOS可由主板的电池供电，即使系统掉电，信息也不会丢失。CMOS RAM本身只是一块存储器，只有数据保存功能。而对BIOS中各项参数的设定要通过专门的程序。BIOS设置程序一般都被厂商整合在芯片中，在开机时通过特定的按键就可进入BIOS设置程序，方便地对系统进行设置。因此BIOS设置有时也被叫做CMOS设置。主动像素传感器（Active Pixel Sensor），例如高清数码摄像机与数码相机，尤其是片幅规格较大的数码单反相机更常见到CMOS的应用，另外消费型数码相机亦开始使用背面照射式CMOS，使成像得以提升。跟传统的电荷耦合组件（CCD）相比，由于CMOS每粒像素都设有放大器，所以数据传输速度很高。虽然在用途上与过去CMOS电路主要作为固件或计算工具的用途非常不同，但基本上它仍然是采取CMOS的制程，只是将纯粹逻辑运算的功能转变成接收外界光线后转化为电能，再通过芯片上的数字─模拟转换器（ADC）将获得的图像信号转变为数字信号输出。 当微机电（MEMS）的感应组件和CMOS的信号处理电路集成在单一芯片上时，通常称作CMOSens。 1.2 CMOS工艺发展历史 1963年，仙童半导体（Fairchild Semiconductor）的Frank Wanlass发明了CMOS电路。到了1968年，美国无线电公司（RCA）一个由亚伯·梅德温（Albert Medwin）领导的研究团队成功研发出第一个CMOS集成电路（Integrated Circuit）。早期的CMOS组件虽然功率消耗比常见的晶体管-晶体管逻辑电路（Transistor-to-Transistor Logic, TTL）要来得低，但是因为操作速度较慢的缘故，所以大多数应用CMOS的场合都和降低功耗、延长电池使用时间有关，例如电子表。不过经过长期的研究与改良，今日的CMOS组件无论在使用的面积、操作的速度、耗损的功率，以及制造的成本上都比另外一种主流的半导体制程BJT（Bipolar Junction Transistor，双载子晶体管）要有优势，很多在BJT无法实现或是实现成本太高的设计，利用CMOS皆可顺利的完成。 早期分离式CMOS逻辑组件只有“4000系列”一种（RCA ‘COS/MOS’制程），到了后来的“7400系列”时，很多逻辑芯片已经可以利用CMOS、NMOS，甚至是BiCMOS（双载子互补式金氧半）制程实现。 早期的CMOS组件和主要的竞争对手BJT相比，很容易受到静电放电（ElectroStatic Discharge, ESD）的破坏。而新一代的CMOS芯片多半在输出入接脚（I/O pin）和电源及接地端具备ESD保护电路，以避免内部电路组件的闸极或是组件中的PN接面（PN-Junction）被ESD引起的大