N-MOS 제작법을 이용한 2-BIT ALU의 설계와 제작

Abstract

본 논문에서는 Computer의 연산기능을 수행하는 2Bit ALU를 N-MOS IC 제작기법을 사용하여 설계, 제작하였다. 먼저 설계에 필요한 기본적인 이론을 알아본 다음 전가산회로를 기본으로 하여 논리회로를 설계하고, 그 회로를 집적회로로 바꾸는 Layout을 설계하였다. 다음에 회로를 동작시키는 적정 $V_T$를 산출하고 SPICE를 이용하여 설계된 집적회로의 특성을 예측하여 보았다. 다음에, 설계된 회로의 Layout으로부터 6개의 Emulsion mask를 제작하여, 집적회로 제작과정을 거쳐 2 Bit ALU를 제작하였다. 제작된 ALU는 5V전원에서 모든 기능을 정상적으로 수행하였고 $I_{DD}$는 0.5 mA로, 2.5 mW의 전력을 소모하였다. 출력 level은 4.9 $\sim$ 0.36V로 TTL의 level과 비슷하였으며 propagation delay는 0.4 $\sim$ 0.8 $\mu$sec로 예측치에 비하여 약 2배의 값이 나왔다. 이것은 side diffusion과 $V_T$의 오차때문에 $I_{DSS}$의 감소로 인한 것이라 생각된다.