Table Of ContentRRRReeeevvvviiiieeeewwww QQQQuuuueeeessssttttiiiioooonnnnssss////AAAAnnnnsssswwwweeeerrrrssss
LLLLoooowwww PPPPoooowwwweeeerrrr CCCCiiiirrrrccccuuuuiiiittttssss aaaannnndddd SSSSyyyysssstttteeeemmmmssss
AAjjiitt PPaall
PPrrooffeessssoorr
DDeeppaarrttmmeenntt ooff CCoommppuutteerr SScciieennccee aanndd EEnnggiinneeeerriinngg
IInnddiiaann IInnssttiittuuttee ooff TTeecchhnnoollooggyy KKhhaarraaggppuurr
IINNDDIIAA--772211330022
RReevviieeww QQuueessttiioonnss ooff LLeecc--11
QQ11.. WWhhyy llooww ppoowweerr hhaass bbeeccoommee aann iimmppoorrttaanntt iissssuuee iinn
tthhee pprreesseenntt ddaayy VVLLSSII cciirrccuuiitt rreeaalliizzaattiioonn??
QQ22.. HHooww rreelliiaabbiilliittyy ooff aa VVLLSSII cciirrccuuiitt iiss rreellaatteedd ttoo iittss
ppoowweerr ddiissssiippaattiioonn??
QQ33.. HHooww eennvviirroonnmmeenntt iiss aaffffeecctteedd bbyy tthhee ppoowweerr
ddiissssiippaattiioonn ooff VVLLSSII cciirrccuuiittss??
QQ44.. WWhhyy lleeaakkaaggee ppoowweerr ddiissssiippaattiioonn hhaass bbeeccoommee aann
iimmppoorrttaanntt iissssuuee iinn ddeeeepp ssuubbmmiiccrroonn tteecchhnnoollooggyy??
QQ55.. DDiissttiinngguuiisshh bbeettwweeeenn eenneerrggyy aanndd ppoowweerr ddiissssiippaattiioonn
ooff VVLLSSII cciirrccuuiittss.. WWhhiicchh oonnee iiss mmoorree iimmppoorrttaanntt ffoorr
ppoorrttaabbllee ssyysstteemmss??
AAjjiitt PPaall,, IIIITT KKhhaarraaggppuurr
2
AAnnsswweerr ttoo QQuueessttiioonnss ooff LLeecc--11
QQ11.. WWhhyy llooww ppoowweerr hhaass bbeeccoommee aann iimmppoorrttaanntt iissssuuee iinn tthhee pprreesseenntt
ddaayy VVLLSSII cciirrccuuiitt rreeaalliizzaattiioonn??
(cid:1)(cid:1)
AAnnss:: IInn ddeeeepp ssuubbmmiiccrroonn tteecchhnnoollooggyy tthhee ppoowweerr hhaass bbeeccoommee aass
oonnee ooff tthhee mmoosstt iimmppoorrttaanntt iissssuuee bbeeccaauussee ooff::
(cid:2)(cid:2)
IInnccrreeaassiinngg ttrraannssiissttoorr ccoouunntt;; tthhee nnuummbbeerr ooff ttrraannssiissttoorrss iiss
ggeettttiinngg ddoouubblleedd iinn eevveerryy 1188 mmoonntthhss bbaasseedd oonn MMoooorree,,ss LLaaww
(cid:2)(cid:2)(cid:2)(cid:2)
HHHHiiiigggghhhheeeerrrr ssssppppeeeeeeeedddd ooooffff ooooppppeeeerrrraaaattttiiiioooonnnn;;;; tttthhhheeee ppppoooowwwweeeerrrr ddddiiiissssssssiiiippppaaaattttiiiioooonnnn iiiissss
pprrooppoorrttiioonnaall ttoo tthhee cclloocckk ffrreeqquueennccyy
(cid:2)(cid:2)
GGrreeaatteerr ddeevviiccee lleeaakkaaggee ccuurrrreennttss;; IInn nnaannoommeetteerr tteecchhnnoollooggyy
tthhee lleeaakkaaggee ccoommppoonneenntt bbeeccoommeess aa ssiiggnniiffiiccaanntt ppeerrcceennttaaggee ooff
tthhee ttoottaall ppoowweerr aanndd tthhee lleeaakkaaggee ccuurrrreenntt iinnccrreeaasseess aatt aa ffaasstteerr
rraattee tthhaann ddyynnaammiicc ppoowweerr iinn tteecchhnnoollooggyy ggeenneerraattiioonnss
AAjjiitt PPaall,, IIIITT KKhhaarraaggppuurr
3
AAnnsswweerr ttoo QQuueessttiioonnss ooff LLeecc--11
QQ22.. HHooww rreelliiaabbiilliittyy ooff aa VVLLSSII cciirrccuuiitt iiss rreellaatteedd ttoo iittss ppoowweerr
ddiissssiippaattiioonn??
AAnnss:: IItt hhaass bbeeeenn oobbsseerrvveedd tthhaatt eevveerryy 1100ººCC rriissee iinn tteemmppeerraattuurree
rroouugghhllyy ddoouubblleess tthhee ffaaiilluurree rraattee bbeeccaauussee vvaarriioouuss ffaaiilluurree mmeecchhaanniissmm
ssuucchh aass ssiilliiccoonn iinntteerrccoonnnneecctt ffaattiigguuee,, eelleeccttrroommiiggrraattiioonn ddiiffffuussiioonn,,
jjuunnccttiioonn ddiiffffuussiioonn aanndd tthheerrmmaall rruunnaawwaayy ssttaarrttss ooccccuurrrriinngg aass
tttteeeemmmmppppeeeerrrraaaattttuuuurrrreeee iiiinnnnccccrrrreeeeaaaasssseeeessss....
QQ33.. HHooww eennvviirroonnmmeenntt iiss aaffffeecctteedd bbyy tthhee ppoowweerr ddiissssiippaattiioonn ooff VVLLSSII
cciirrccuuiittss??
(cid:1)(cid:1)
AAnnss:: AAccccoorrddiinngg ttoo aann eessttiimmaattee ooff tthhee UU..SS.. EEnnvviirroonnmmeennttaall
PPrrootteeccttiioonn AAggeennccyy ((EEPPAA)),, 8800%% ooff tthhee ppoowweerr ccoonnssuummppttiioonn bbyy
ooffffiiccee eeqquuiippmmeenntt aarree dduuee ttoo ccoommppuuttiinngg eeqquuiippmmeenntt aanndd aa llaarrggee
ppaarrtt ffrroomm uunnuusseedd eeqquuiippmmeenntt.. MMoorreeoovveerr,, tthhee ppoowweerr iiss ddiissssiippaatteedd
mmoossttllyy iinn tthhee ffoorrmm ooff hheeaatt.. TThhee ccoooolliinngg tteecchhnniiqquueess,, ssuucchh aass AACC
ttrraannssffeerrss tthhee hheeaatt ttoo tthhee eennvviirroonnmmeenntt..
AAjjiitt PPaall,, IIIITT KKhhaarraaggppuurr
AAnnsswweerr ttoo QQuueessttiioonnss ooff LLeecc--11
QQ44.. WWhhyy lleeaakkaaggee ppoowweerr ddiissssiippaattiioonn hhaass bbeeccoommee aann iimmppoorrttaanntt iissssuuee
iinn ddeeeepp ssuubbmmiiccrroonn tteecchhnnoollooggyy??
AAnnss:: IInn ddeeeepp ssuubbmmiiccrroonn tteecchhnnoollooggyy tthhee lleeaakkaaggee ccoommppoonneenntt
bbeeccoommeess aa ssiiggnniiffiiccaanntt ppeerrcceennttaaggee ooff tthhee ttoottaall ppoowweerr aanndd tthhee
lleeaakkaaggee ccuurrrreenntt iinnccrreeaasseess aatt aa ffaasstteerr rraattee tthhaann ddyynnaammiicc ppoowweerr iinn
nneeww tteecchhnnoollooggyy ggeenneerraattiioonnss.. TThhaatt iiss wwhhyy tthhee lleeaakkaaggee ppoowweerr hhaass
bbbbeeeeccccoooommmmeeee aaaannnn iiiimmmmppppoooorrrrttttaaaannnntttt iiiissssssssuuuueeee....
QQ55.. DDiissttiinngguuiisshh bbeettwweeeenn eenneerrggyy aanndd ppoowweerr ddiissssiippaattiioonn ooff VVLLSSII
cciirrccuuiittss.. WWhhiicchh oonnee iiss mmoorree iimmppoorrttaanntt ffoorr ppoorrttaabbllee ssyysstteemmss??
AAnnss:: PPoowweerr ((PP)) iiss tthhee ppoowweerr ddiissssiippaattiioonn iinn WWaattttss aatt ddiiffffeerreenntt
iinnssttaanncceess ooff ttiimmee.. OOnn tthhee ootthheerr hhaass eenneerrggyy ((EE)) rreeffeerrss ttoo tthhee eenneerrggyy
ccoonnssuummeedd iinn JJoouullee oovveerr aa ppeerriioodd ooff ttiimmee ((EE == PP**tt))..
AAjjiitt PPaall,, IIIITT KKhhaarraaggppuurr
RReevviieeww QQuueessttiioonnss ooff LLeecc--22
QQ11.. WWhhaatt aarree tthhee ccoommmmoonnllyy uusseedd ccoonndduuccttiinngg llaayyeerrss
uusseedd iinn IICC ffaabbrriiccaattiioonn??
QQ22.. SShhooww tthhee bbaassiicc ssttrruuccttuurree ooff aa MMOOSS ttrraannssiissttoorr..
QQ33.. WWhhaatt iiss tthhee llaattcchh uupp pprroobblleemm tthhaatt aarriisseess iinn bbuullkk
CCMMOOSS tteecchhnnoollooggyy?? HHooww iiss iitt oovveerrccoommee??
QQ33.. DDiissttiinngguuiisshh bbeettwweeeenn tthhee bbuullkk CCMMOOSS tteecchhnnoollooggyy wwiitthh
tthhee SSooII tteecchhnnoollooggyy ffaabbrriiccaattiioonnss..
QQ44.. WWhhaatt aarree tthhee bbeenneeffiittss ooff SSOOII tteecchhnnoollooggyy rreellaattiivvee ttoo
ccoonnvveennttiioonnaall bbuullkk CCMMOOSS tteecchhnnoollooggyy??
AAjjiitt PPaall,, IIIITT KKhhaarraaggppuurr
AAnnsswweerr ttoo QQuueessttiioonnss ooff LLeecc--22
QQ11.. WWhhaatt aarree tthhee ccoommmmoonnllyy uusseedd ccoonndduuccttiinngg llaayyeerrss uusseedd iinn IICC
ffaabbrriiccaattiioonn??
AAnnss:: FFaabbrriiccaattiioonn iinnvvoollvveess ffaabbrriiccaattiioonn ooff ppaatttteerrnneedd llaayyeerrss ooff tthhee
tthhrreeee ccoonndduuccttiinngg mmaatteerriiaallss:: mmeettaall,, ppoollyy--ssiilliiccoonn aanndd ddiiffffuussiioonn bbyy
uussiinngg aa sseerriieess ooff pphhoottoolliitthhooggrraapphhiicc tteecchhnniiqquueess aanndd cchheemmiiccaall
pprroocceesssseess iinnvvoollvviinngg ooxxiiddaattiioonn ooff ssiilliiccoonn,, ddiiffffuussiioonn ooff iimmppuurriittiieess
iiiinnnnttttoooo tttthhhheeee ssssiiiilllliiiiccccoooonnnn aaaannnndddd ddddeeeeppppoooossssiiiittttiiiioooonnnn aaaannnndddd eeeettttcccchhhhiiiinnnngggg ooooffff aaaalllluuuummmmiiiinnnnuuuummmm oooorrrr
ppoollyyssiilliiccoonn oonn tthhee ssiilliiccoonn ttoo pprroovviiddee iinntteerrccoonnnneeccttiioonn..
AAjjiitt PPaall,, IIIITT KKhhaarraaggppuurr
AAnnsswweerr ttoo QQuueessttiioonnss ooff LLeecc--22
Q2. Show the basic structure of a MOS transistor.
(cid:1)
Ans: The basic structure of a MOS transistor is given below. On a
lightly doped substrate of silicon two islands of diffusion regions
called as source and drain, of opposite polarity of that of the
substrate, are created. Between these two regions, a thin insulating
layer of silicon dioxide is formed and on top of this a conducting
material made of poly-silicon or metal called gate is deposited.
Source Gate Drain
Metal
Polysilicon
Oxide
Diffusion
substrate
Depletion
AAjjiitt PPaall,, IIIITT KKhhaarraaggppuurr
8
AAnnsswweerr ttoo QQuueessttiioonnss ooff LLeecc--22
QQ33
.. WWhhaatt iiss tthhee llaattcchh uupp pprroobblleemm tthhaatt aarriisseess iinn bbuullkk CCMMOOSS
tteecchhnnoollooggyy??
AAnnss:: TThhee llaattcchh--uupp iiss aann iinnhheerreenntt pprroobblleemm iinn bbootthh nn--wweellll aass wweellll aass pp--
wweellll bbaasseedd CCMMOOSS cciirrccuuiittss.. TThhee pphheennoommeennoonn iiss ccaauusseedd bbyy tthhee
ppaarraassiittiicc bbiippoollaarr ttrraannssiissttoorrss ffoorrmmeedd iinn tthhee bbuullkk ooff ssiilliiccoonn aass sshhoowwnn
iinn tthhee ffiigguurree ffoorr tthhee nn--wweellll pprroocceessss.. LLaattcchh--uupp ccaann bbee ddeeffiinneedd aass tthhee
ffffoooorrrrmmmmaaaattttiiiioooonnnn ooooffff aaaa lllloooowwww----iiiimmmmppppeeeeddddaaaannnncccceeee ppppaaaatttthhhh bbbbeeeettttwwwweeeeeeeennnn tttthhhheeee ppppoooowwwweeeerrrr ssssuuuuppppppppllllyyyy aaaannnndddd
ggrroouunndd rraaiillss tthhrroouugghh tthhee ppaarraassiittiicc nnppnn aanndd ppnnpp bbiippoollaarr ttrraannssiissttoorrss..
AAss sshhoowwnn tthhee BBJJTTss aarree ccrroossss--ccoouupplleedd ttoo ffoorrmm tthhee ssttrruuccttuurree ooff aa
ssiilliiccoonn--ccoonnttrroolllleedd--rreeccttiiffiieerr ((SSCCRR)) pprroovviiddiinngg aa sshhoorrtt--cciirrccuuiitt ppaatthh
bbeettwweeeenn tthhee ppoowweerr rraaiill aanndd ggrroouunndd.. LLeeaakkaaggee ccuurrrreenntt tthhrroouugghh tthhee
ppaarraassiittiicc rreessiissttoorrss ccaann ccaauussee oonnee ttrraannssiissttoorr ttoo ttuurrnn oonn,, wwhhiicchh iinn
ttuurrnn ttuurrnnss oonn tthhee ootthheerr ttrraannssiissttoorr dduuee ttoo ppoossiittiivvee ffeeeeddbbaacckk aanndd
lleeaaddiinngg ttoo hheeaavvyy ccuurrrreenntt ffllooww aanndd ccoonnsseeqquueenntt ddeevviiccee ffaaiilluurree..
AAjjiitt PPaall,, IIIITT KKhhaarraaggppuurr
9
AAnnsswweerr ttoo QQuueessttiioonnss ooff LLeecc--22
QQ44.. HHooww tthhee llaattcchh uupp pprroobblleemm ccaann bbee oovveerrccoommee??
AAnnss:: TThheerree aarree sseevveerraall aapppprrooaacchheess ttoo rreedduuccee tthhee tteennddeennccyy
ooff LLaattcchh--uupp.. SSoommee ooff tthhee iimmppoorrttaanntt tteecchhnniiqquueess aarree
mmeennttiioonneedd bbeellooww::
(cid:1)(cid:1)
UUssee gguuaarrdd rriinngg aarroouunndd pp-- aanndd//oorr nn--wweellll wwiitthh ffrreeqquueenntt
ccccoooonnnnttttaaaaccccttttssss ttttoooo tttthhhheeee rrrriiiinnnnggggssss
(cid:1)(cid:1)
TToo rreedduuccee tthhee ggaaiinn pprroodduucctt BB11XXBB22
(cid:1)(cid:1)
MMoovviinngg tthhee nn--wweellll aanndd tthhee nn++ ssoouurrccee//ddrraaiinn ffuurrtthheerr aappaarrtt
(cid:1)(cid:1)
BBuurriieedd nn++ llaayyeerr iinn wweellll ttoo rreedduuccee ggaaiinn ooff QQ11
(cid:1)(cid:1)
HHiigghheerr ssuubbssttrraattee ddooppiinngg lleevveell ttoo rreedduuccee RR--ssuubb
(cid:1)(cid:1)
RReedduuccee RR--wweellll bbyy mmaakkiinngg llooww rreessiissttaannccee ccoonnttaacctt ttoo GGNNDD
AAjjiitt PPaall,, IIIITT KKhhaarraaggppuurr
10
Description:Why low power has become an important issue in the present day VLSI circuit realization? ➢ Ans: In .. of a transmission gate changes as the input varies from 0 V to Vdd, when the output has a light capacitive Ajit Pal, IIT Kharagpur of MOS inverters in terms of noise margin and power dissipation
