雜質(zhì)半導(dǎo)體    在本征半導(dǎo)體中，如果摻入微量的雜質(zhì)(某些特殊元素)，將使摻雜后的半導(dǎo)體(雜質(zhì)半導(dǎo)體)的導(dǎo)電能力顯著改變。根據(jù)摻入雜質(zhì)性質(zhì)的不同，雜質(zhì)半導(dǎo)體分為電子型半導(dǎo)體(N型)和空穴型半導(dǎo)體(P型)兩大類。

1.N型半導(dǎo)體

若在純凈的硅晶體中摻入微量的五價(jià)元素(如磷)，這樣，硅原子占有的某些位置會(huì)被摻入的微量元素(如磷)原子所取代。而整個(gè)晶體結(jié)構(gòu)基本不變。磷原子與硅原子組成共價(jià)鍵結(jié)構(gòu)只需四個(gè)價(jià)電子，而磷原子的外層有五個(gè)價(jià)電子，多余的那個(gè)價(jià)電子不受共價(jià)鍵束縛，只需獲得很少的能量就能成為自由電子。由此可見，摻入一個(gè)五價(jià)元素的原子，就能提供一個(gè)自由電子。必須注意的是，產(chǎn)生自由電子的同時(shí)并沒有產(chǎn)生空穴，但由于熱運(yùn)動(dòng)原有的晶體仍會(huì)產(chǎn)生少量的電子空穴對(duì)。所以，只要在本征半導(dǎo)體中摻入微量的五價(jià)元素，就可以得到大量的自由電子，且自由電子數(shù)目遠(yuǎn)比摻雜前的電子空穴對(duì)數(shù)目要多得多。

這種以自由電子導(dǎo)電為主要導(dǎo)電方式的雜質(zhì)半導(dǎo)體稱為電子型半導(dǎo)體，簡(jiǎn)稱N型半導(dǎo)體。N型半導(dǎo)體中存在著大量的自由電子，這就提高了電子與空穴的復(fù)合機(jī)會(huì)，相同溫度下空穴的數(shù)目比摻雜前要少。所以，在N型半導(dǎo)體中，電子是多數(shù)載流子(簡(jiǎn)稱多子)，空穴是少數(shù)載流子(簡(jiǎn)稱少子)。N型半導(dǎo)體主要靠自由電子導(dǎo)電，摻入的雜質(zhì)濃度越高，自由電子數(shù)目越大，導(dǎo)電能力也就越強(qiáng)。

在N型半導(dǎo)體中，一個(gè)雜質(zhì)原子提供一個(gè)自由電子，當(dāng)雜質(zhì)原子失去一個(gè)電子后，就變?yōu)楣潭ㄔ诰Ц裰胁荒芤苿?dòng)的正離子，但它不是載流子。因此，N型半導(dǎo)體就可用正離子和與之?dāng)?shù)量相等的自由電子去表示。

集成電路(Integrated Circuit，IC)測(cè)試是集成電路產(chǎn)業(yè)的一個(gè)重要組成部分，它貫穿IC設(shè)計(jì)、制造、封裝、應(yīng)用的全過程。集成電路晶圓(Wafer Test)測(cè)試是集成電路測(cè)試的一種重要方法，是保證集成電路性能、質(zhì)量的關(guān)鍵環(huán)節(jié)之一，是發(fā)展集成電路產(chǎn)業(yè)的一門支撐技術(shù)。而IC自動(dòng)測(cè)試設(shè)備(Automatic Test Equipment，ATE)是實(shí)現(xiàn)晶圓測(cè)試必不可少的工具。 首先介紹數(shù)字IC自動(dòng)測(cè)試設(shè)備的硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)架構(gòu)，分析了板級(jí)子系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)及功能。

重點(diǎn)討論了數(shù)字IC自動(dòng)測(cè)試設(shè)備中兩種關(guān)鍵的測(cè)試技術(shù):邏輯功能測(cè)試和直流參數(shù)測(cè)量，在系統(tǒng)分析其工作原理和測(cè)試方法的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)了硬件電路，并通過實(shí)驗(yàn)平臺(tái)分別驗(yàn)證了電路的測(cè)試功能。 在IC自動(dòng)測(cè)試設(shè)備中，實(shí)現(xiàn)直流參數(shù)測(cè)量的模塊稱為參數(shù)測(cè)量單元(Parametric Measurement Unit，PMU)。PMU的測(cè)量方法有兩種，交直流數(shù)字電壓表，加壓測(cè)流和加流測(cè)壓。為了驗(yàn)證所設(shè)計(jì)的直流參數(shù)測(cè)試單元硬件電路，在的第四章介紹了一種構(gòu)建簡(jiǎn)單自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)的驗(yàn)證方法。

針對(duì)一種DC-DC開關(guān)電源轉(zhuǎn)換芯片，首先詳細(xì)分析了該芯片各項(xiàng)參數(shù)的測(cè)試原理，設(shè)計(jì)了以MCU作為控制核心、集成2個(gè)PMU和其他一些硬件電路的簡(jiǎn)單測(cè)試板;然后根據(jù)芯片的測(cè)試要求設(shè)計(jì)了流程控制程序;后，通過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了測(cè)試板的PMU能夠滿足參數(shù)測(cè)量精度要求。 的后部分，詳細(xì)列出了直流參數(shù)測(cè)量單元驗(yàn)證板對(duì)19片WAFER的測(cè)試統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)。實(shí)驗(yàn)表明，單片機(jī)數(shù)字電壓表開題報(bào)告，PMU模塊的電壓測(cè)試精度為0.5%以內(nèi)，微安級(jí)電流的測(cè)試精度為5%以內(nèi)，自動(dòng)測(cè)試過程中沒有出現(xiàn)故障。驗(yàn)證了PMU模塊能夠滿足數(shù)字IC自動(dòng)測(cè)試設(shè)備的直流參數(shù)測(cè)試要求。

隨著深亞微米CMOS工藝的發(fā)展，工藝尺寸的縮小使模擬電路的設(shè)計(jì)變得更加復(fù)雜，盡可能采用數(shù)字電路代替模擬電路成為發(fā)展的趨勢(shì)。鎖相環(huán)作為時(shí)鐘產(chǎn)生電路是射頻通信系統(tǒng)中的關(guān)鍵模塊，其中全數(shù)字鎖相環(huán)具有良好的集成性、可移植性和可編程性，以及能夠?qū)崿F(xiàn)較好的相位噪聲指標(biāo)等優(yōu)勢(shì)，得到了越來越廣泛的研究和發(fā)展。本文著重于2.4GHz CMOS全數(shù)字鎖相環(huán)的研究與設(shè)計(jì)，主要工作包括:

1)首先分析并推導(dǎo)了全數(shù)字鎖相環(huán)的主要性能指標(biāo)，接著分析了I型和II型全數(shù)字鎖相環(huán)的原理和結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，并分析了環(huán)路參數(shù)對(duì)整個(gè)環(huán)路特性與穩(wěn)定性的影響。

2)提出一種用于時(shí)間數(shù)字轉(zhuǎn)換器(Time-to-Digital Converter，TDC)的互補(bǔ)比較器的結(jié)構(gòu)，在傳統(tǒng)比較器結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，疊加一個(gè)與之互補(bǔ)的比較器，能夠消除輸出波形的毛刺，降低輸入失調(diào)電壓，數(shù)字電壓定義，提高比較器的工作速度，進(jìn)而改善比較器的精度。

3)提出一種可重構(gòu)數(shù)字濾波器(Digital Loop Filter，DLF)，將DLF的參數(shù)KP、KI做成芯片外的控制端口，通過片外手動(dòng)調(diào)節(jié)來改變芯片內(nèi)部的參數(shù)，可以改變?nèi)珨?shù)字鎖相環(huán)的帶寬，開環(huán)和閉環(huán)響應(yīng)，以及幅度響應(yīng)等，終能夠方便地在片外調(diào)節(jié)，使環(huán)路達(dá)到鎖定狀態(tài)。

4)分析和設(shè)計(jì)了一款數(shù)控振蕩器(Digitally Controlled Oscillator，DCO)，采用CMOS交叉耦合LC振蕩器，包括粗調(diào)、中調(diào)和精調(diào)三個(gè)電容陣列和ΔΣ調(diào)制器。其中，粗調(diào)單元采用MIM電容，數(shù)字電壓，中調(diào)和精調(diào)單元采用兩對(duì)反向連接的PMOS對(duì)管構(gòu)成MOS電容，本文DCO的增益為300kHz左右，使用ΔΣ調(diào)制器后，DCO的分辨率可以達(dá)到5kHz左右。