微电子电路microelectroniccircuit标准课件sedra著作
微电子器件基础PPT全套课件
电子管的发明
1883年,美国发明家爱迪生 (T· A· Edison,1847—1931)发现了 热的灯丝发射电荷的现象,并被称之为 “爱迪生效应”。 1897年,英国物理学家汤姆逊 (J· J· Thomson1856~1940 )解释了 这种现象,并把带电的粒子称为“电 子”。 1904英国伦敦大学电工学教授弗莱明 (S· J· A· Fleming1849~1945)研制出检测 电波用的第一只真空二极管,从而宣告 人类第一个电子二极管的诞生。
SW uP
MPEG ROM
PCB
ROM ATM ASIC
SW
FPGA
SW
SW
SRAM ROM
uP Core
MPEG ROM
FPGA A/D Block
ATM Glue Logic
SOC
SoC Example
R O M
D R A M
CPU
DSP
FPGA
SRAM
Flash
Switch
Fabric
Al V Rc Rb in out n SiO2 E n+ p n n+ B
300 Cu Strained Si high-K metal
300 ? Strained Si high-K metal
SiO2 poly Si
SiO2 poly Si
SiO2 poly Si
The limit for oxide -0.8 nm Dielectrics with high k= HfO2, ZrO2… Polysilicon metal
2009 0.045 64G 520 620 2500 8-9 0.6-0.9 300
微电子学概论第三节设计技术资料精
Introduction to Microelectronics第三章设计技术§3.1 集成电路的分类§3.2 集成电路设计基础§3.3 集成电路设计方法33§3.4 集成电路设计验证技术§3.5 GaAs电路设计技术§3.6 集成电路设计技术的挑战36第三章设计技术Æ通过一系列特定的加工工艺,将晶体管、二极管等有源器件,电阻、电容等无源器件,“集成”在一块半导体单晶片(如硅或砷化镓)上,封装在一个外壳内,Æ随着集成电路集成度的不断提高以及工艺技术不断进步,设计方法面临着很大的挑战特别是技术的出现设计技术已经从“电路集成”发展到“系统集执行特定的电路或系统功能,称为集成电路(IC )。
的挑战,特别是SoC 技术的出现,设计技术已经从电路集成发展到系统集成”。
传统的手工绘图、原理图输入等设计方法已经被替代,设计方法学和EDA 工具已经在集成电路设计中发挥着越来越大的作用,以保障设计成本和提高设计效率。
¦1952年5月,英国科学家G. W. Dummer第一次提出了集成电路的设想。
¦1958年德克萨斯仪器公司(TI)的Clair Kilby发明了集成电路,该电路在锗衬底上集成了12个器件,该发明获得了2000年诺贝尔物理学奖。
¦1965年Intel公司的创始人Gorden E. Moore提出了著名的摩尔定律:集成电路的集成度,即芯片上晶体管数目每隔18个月增加一倍或每3年翻两倍。
Æ40多年来,以动态存储器(DRAM)和Intel公司的微处理器为代表的两大类集成电路的规模几乎是准确按照摩尔定律发展。
ÆIC技术成为近50多年来发展最快的技术,以Intel公司的微处理器为例,1971年推出第一代四位微处理器产品4004,集成了2300只晶体管,采用10μm工艺实现,时钟频率为108kHz;2000年推出的Pentium 4微处理器,集成了4200万只晶体管,采用Pentium4微处理器集成了万只晶体管采用0.18 μm工艺,时钟频率为1.5GHz。
《微电子与集成电路设计导论》第四章 半导体集成电路制造工艺
4.4.2 离子注入
图4.4.6 离子注入系统的原理示意图
图4.4.7 离子注入的高斯分布示意图
4.5 制技术 4.5.1 氧化
1. 二氧化硅的结构、性质和用途
图4.5.1 二氧化硅原子结构示意图
氧化物的主要作用: ➢ 器件介质层 ➢ 电学隔离层 ➢ 器件和栅氧的保护层 ➢ 表面钝化层 ➢ 掺杂阻挡层
F D C x
C为单位体积掺杂浓度,
C x
为x方向上的浓度梯度。
比例常数D为扩散系数,它是描述杂质在半导体中运动快慢的物理量, 它与扩散温度、杂质类型、衬底材料等有关;x为深度。
左下图所示如果硅片表面的杂质浓 度CS在整个扩散过程中始终不变, 这种方式称为恒定表面源扩散。
图4.4.1 扩散的方式
自然界中硅的含量 极为丰富,但不能 直接拿来用。因为 硅在自然界中都是 以化合物的形式存 在的。
图4.1.2 拉晶仪结构示意图
左图为在一个可抽真空的腔室内 置放一个由熔融石英制成的坩埚 ,调节好坩埚的位置,腔室回充 保护性气氛,将坩埚加热至 1500°C左右。化学方法蚀刻的籽 晶置于熔硅上方,然后降下来与 多晶熔料相接触。籽晶必须是严 格定向生长形成硅锭。
涂胶工艺的目的就是在晶圆表面建立薄的、均匀的、并且没有缺陷的光刻胶膜。
图4.2.4 动态旋转喷洒光刻胶示意图
3. 前烘
前烘是将光刻胶中的一部分溶剂蒸发掉。使光刻胶中溶剂缓慢、充分地挥发掉, 保持光刻胶干燥。
4. 对准和曝光
对准和曝光是把掩膜版上的图形转移到光刻胶上的关键步骤。
图4.2.5 光刻技术的示意图
图4.2.7 制版工艺流程
4.3 刻蚀
(1)湿法腐蚀
(2)干法腐蚀 ➢ 等离子体腐蚀 ➢ 溅射刻蚀 ➢ 反应离子刻蚀
《微电子与集成电路设计导论》第二章 半导体物理基础
导带
Eg
价带
2.5 半导体的掺杂
载流子:低温时,电子分别被束缚在四面体晶格中,因此无法作电的传导。但在 高温时,热振动可以打断共价键。当一些键被打断时,所产生的自由电子可以参 与电的传导。而一个自由电子产生时,会在原处产生一个空缺。此空缺可由邻近 的一个电子填满,从而产生空缺位置的移动,并可被看作与电子运动方向相反的 正电荷,称为空穴(hole)。半导体中可移动的电子与空穴统称为载流子。
F(E)
500K 0.5
300K
费米能级(Fermi level):是电
100K
子占有率为1/2时的能量。
≈
-0.5 -0.4 -0.3 -0.2 -0.1 0 0.1 0.2
Ga 0.065 0.011
Si
1.12
Sb 0.039
0.045 B
P
As
0.045 0.054
0.067 0.072 Al Ga
Ti
C
0.21
0.25
0.34 0.35 D
0.16
In Pd
Pt 0.25
0.36 0.3 D
Au O
0.16 0.38 A 0.54 0.51 A 0.41
0.29 D
+4
0, 1 , 0 2
+4
+4
+4
+4
半导体的共价键结合
砷化镓为四面体闪锌矿结构,其主要结合也是共价键,但在砷化镓中存在微 量离子键成分,即Ga+离子与其四个邻近As-离子或As-离子与其四个邻近Ga+ 离子间的静电吸引力。以电子观来看,这表示每对共价键电子存在于As原子的时 间比在Ga原子中稍长。
杂质半导体
非本征(杂质)半导体:当半导体被掺入杂质时,半导体变 成非本征的(extrinsic),而且引入杂质能级。
微电子课件
电阻率
影响迁移率的因素: 有效质量 平均弛豫时间(散射〕
体现在:温度和 掺杂浓度
q
m
半导体中载流子的散射机制: 晶格散射( 热 运 动 引 起) 电离杂质散射
散射机理 晶格散射
杂质散射
+ +
迁移率与掺杂浓度的关系
迁移率与温度的关系
总复习第2章
pn结部分 (1)什么叫pn结,如何形成的
gm
iDቤተ መጻሕፍቲ ባይዱuGS
|uDS 常数
结型场效应管
栅源电压对沟道的控制作用
在栅源间加负电压uGS ,令uDS =0 ①当uGS=0时,为平衡PN结,导电沟道最宽。 ②当│uGS│↑时,PN结反偏,形成耗尽层,导电沟道变窄,沟
道电阻增大。 ③当│uGS│增加到一定值Up时 ,沟道会完全合拢。
结型场效应管
半导体的能带结构
导带
Eg
价带
价带:被电子填充的能量最高的能带 导带: 未被电子填充的能量最低的能带 禁带:导带底与价带顶之间能带 带隙:导带底与价带顶之间的能量差
金属导体Eg=0
绝缘体Eg很大 10eV以上
半导体Eg适中 在0.1-5eV
典型半导体禁带宽度
Si
1.1
Ge 0.67
GaAs 1.43
集成电路按器件结构可分为什么类型,各有什么特 点?
总复习第2章半导体物理
回答以下概念 (1)能带结构:导带、价带、禁带,多数载流子、 少数载流子, (2)本征、n型、p型半导体(费米能级位置) (3)施主杂质、受主杂质、施主能级、受主能级 (4)费米能级 (6)迁移率、晶格散射、杂质散射
什么叫迁移率,迁移率与温度以及掺杂浓度有什么 变化关系,并说明原因?
微电子电路英文版(Adel S.Sedra) 第1章
Microelectronic Circuits - Fifth Edition
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Figure 1.11 (a) A voltage amplifier fed with a signal vI(t) and connected to a load resistance RL. (b) Transfer characteristic of a linear voltage amplifier with voltage gain Av.
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Figure 1.13 An amplifier transfer characteristic that is linear except for output saturation.
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Figure 1.12 An amplifier that requires two dc supplies (shown as batteries) for operation.
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微电子专业英语课件
Principles and Design of Integrated Circuits
Integrated Circuit (IC) Basics
An IC is a miniaturized electronic circuit consisting of transistors, resistors, capacitors, and other components integrated onto a single silicon chip.
of microelectronics.
02
To develop students' ability to read, write, and communicate effectively in English within the context of
microelectronics.
03
To prepare students for future careers in the global microelectronics industry, where English is the lingua
Coverage of analog and digital circuit design principles, including circuit analysis techniques and design methodologies.
Course content and structure
Students should be able to communicate effectively in English during oral presentations, seminars, and discussions related to microelectronics.
微电子电路英文版(Adel S.Sedra) 附录D
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Figure D.12 A pulse signal with height P and width T.
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Figure D.10 The output y(t) of a low-pass STC circuit excited by a step of height S.
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Figure D.3 (Continued)
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3
Figure D.3 The response of the circuit in (a) can be found by superposition, that is, by summing the responses of the circuits in (d) and (e).
《微电子与集成电路设计导论》第六章 新型微电子技术
纳电子器件——Memristor忆阻器 ➢ 全称记忆电阻(Memristor),是表示磁通与电荷关系的电路器件。
特点
➢ 电阻取决于多少电荷经过了器件。 ➢ 若电荷以一个方向流过,电阻会增加;
如果让电荷以反向流动,电阻就会减小。 ➢ 具有记忆能力,断电后电阻值保持不变。
纳电子器件——石墨烯
➢ 它是已知材料中最薄的一种,且牢固坚硬; ➢ 优良的导电特性:它在室温下传递电子的速度比已知导体都快。
优势
➢ 碳纳米管FET沟道为一维结构,载流子 迁移率大大提高。
➢ 碳纳米管FET参与碳纳米管导电的是表 面。
➢ 碳纳米管FET通过选择源漏材料,可完 全消除源漏结势垒
图6.4.2 CNT-FET典型结构示意图
纳电子器件——有机分子场效应晶体管
该技术利用了分子之间可自由组合的化学特性,晶体管电极之间的距离仅为1纳米到2 个纳米,是目前世界最小的晶体管。同时具有制造简单,造价低廉的优点。
2006年3月, 佐治亚理工学院 (Georgia Institute of Technology) 的研究 员宣布,成功地制造了石墨烯平面场效应 晶体管并观测到了量子干涉效应。并基于 此研究出根据石墨烯为基础的电路。
6.4.2 纳电子材料
纳米材料一诞生,即以其异乎寻常的特性引起了材料界的广泛关注。这 是因为纳米材料具有与传统材料明显不同的一些特征。
人类社会是在不断征服自然和不断攀登科技顶 峰而前进的,纳米技术也是如此。
现在世纪纳米技术和纳米材料,正向新材料、 微电子、计算机、医学、航天、航空、环境、 能源、生物技术和农业等诸多领域渗透。
纳米打假
纳米技术并非高不可攀,但也决非人人都能“纳”一把, 因此,我们要提前做好纳米技术的打假工作,建立一套十分 严格的评审和考核制度,为纳米技术的发展创造良好的空间, 防止样样都要“纳”一把现象的发生,尽量避免恶意炒作 “伪纳米”,不能等到造成极其严重的恶果后,再去打与堵。
微电子电路英文版(Adel S.Sedra) 第3章
Figure 3.6 Circuits for Example 3.2.
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Figure 3.5 Diode logic gates: (a) OR gate; (b) AND gate (in a positive-logic system).
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Figure 3.2 The two modes of operation of ideal diodes and the use of an external circuit to limit the forward current (a) and the reverse voltage (b).
本书翻译自Sedra和Smith的《Microelectronic Circuits(5th Edition)》...
本书翻译自S edra和Smith的《Microelectronic Circuits(5th Edition)》,该书是电子和计算机工程专业的一本权威的经典教材。
全书分为上下两册:上册主要内容包括:运算放大器,二极管,场效应晶体管,双极型晶体管,单极集成放大器,差分和多级放大器,反馈放大器,运算放大器和数据变换电路;下册主要内容包括:数字CMOS逻辑电路,寄存器和高级数字电路,滤波和调谐放大器,信号发生器和波形整形电路,输出级和功率放大器。
本书有450道以上的练习。
每道练习的下面都给出了答案,学生可以检查他们是否理解了所阅读的内容。
求解这些练习题应该可以使读者估计出他们对所学内容的掌握和理解程度。
此外,还给出了1370道以上的章后习题,大约三分之一是本版新增习题。
这些习题是针对各自章节的关键问题的,它们的难易程度用下面的方法来表示:难的习题用星号(*)标注,较难的习题用两个星号标注(**);非常难(和/或耗时)的习题用三个星号标注(***)。
和前面四个版本一样,本版中包含了许多例题。
这些例题以及大多数的习题和练习都基于实际电路和实际电路设计中碰到的应用。
第五版继续在许多例子的图形中使用数字来标注解答步骤,期望能增加课堂教学的互动性。
上册目录前言1 电子学简介1.1 信号1.2 信号频谱1.3 模拟信号与数字信号1.4 放大器1.5 放大器电路模型1.6 放大器频率响应1.7 数字逻辑反相器小结习题2 运算放大器2.1理想运算放大器2.2 反相组态2.3 同相组态2.4 差分放大器2.5 有限开环增益与带宽对电路性能的影响2.6 运算放大器的大信号工作性能2.7直流不完整性2.8 积分器与微分器2.9 运算放大器的SPICE模型与仿真实例小结习题3 二极管3.1 理想二极管3.2 结二极管端口特性3.3 二极管正向特性建模3.4 工作在反向击穿区域的二极管——齐纳二极管3.5 整流电路3.6 限幅电路与钳位电路3.7 二极管的物理特性3.8 特种二极管3.9 二极管的SPICE模型和仿真实例小结习题4 MOS场效应晶体管4.1 器件结构和物理特性4.2 电流-电压特性4.3 MOSFET直流电路4.4 作为放大器和开关的MOSFET4.5 MOS放大器电路的偏置4.6小信号工作与小信号模型4.7 单级MOS放大器4.8 MOSFET内部电容及高频模型4.9 CS放大器的频率响应4.10 CMOS数字逻辑反相器4.11 耗尽型MOSFET4.12 MOSFET的SPICE模型和仿真实例小结习题5 双极型晶体管5.1 器件结构与物理特性5.2 电流-电压特性5.3 作为放大器和开关的BJT5.4 BJT直流电路5.5 BJT放大器电路的偏置5.6 小信号工作与小信号模型5.7 单级BJT放大器5.8 BJT内部电容和高频模型5.9 共发射极放大器的频率响应5.10 基本BJT数字逻辑反相器5.11 BJT的SPICE模型和仿真实例小结习题6 单级集成电路放大器6.1 集成电路设计原则6.2 MOSFET与BJT的比较6.3 集成电路中的偏置——电流源、镜像电流源及电流导向电路6.4 高频响应——通论6.5 有源负载共源和共发射极放大器6.6 CS与CE放大器的高频响应6.7 有源负载共栅和共基放大器6.8 cascode放大器6.9 源极(射极)接负反馈的CS和CE放大器6.10 源极跟随器与射极跟随器6.11 一些实用的晶体管对放大器6.12 改进型镜像电流源电路6.13 SPICE仿真实例小结习题7 差分放大器与多级放大器7.1 MOS差分对7.2 MOS差分对的小信号工作特性7.3 BJT差分对7.4 差分放大器的其他非理想特性7.5 有源负载差分放大器7.6 差分放大器的频率响应7.7 多级放大器7.8 SPICE仿真实例小结习题8 反馈8.1 反馈放大器的基本结构8.2 负反馈的一些性质8.3 四种基本的反馈拓扑结构8.4 串连-并联反馈放大器8.5 串连-串联反馈放大器8.6 并联-并联和并连-并联反馈放大器8.7 环路增益的确定8.8 稳定性问题8.9 反馈对放大器极点的影响8.10 基于波特图的稳定性分析8.11 频率补偿小结习题9 运算放大器与数据转换电路9.1 两级CMOS运算放大器9.2 折叠cascode CMOS运算放大器9.3 741运算放大器电路9.4 741运算放大器的直流分析9.5 741电路的小信号分析9.6 741运算放大器的增益、频率响应和摆率9.7 数据转换器——导论9.8 D/A转换器电路9.9 A/D转换器电路9.10 SPICE仿真实例小结习题部分习题答案下册目录10 数字CMOS逻辑电路10.1 数字电路设计——概述10.2 CMOS反相器设计与性能分析10.3 CMOS逻辑门电路110.4 伪NMOS逻辑电路10.5 传输晶体管逻辑电路10.6 动态逻辑电路10.7 SPICE仿真实例小结习题11 存储器与高级数字电路11.1 锁存器与触发器11.2 多谐振荡器电路11.3 半导体存储器的类型与结构随机存储器单元11.4 随机存储器单元11.5 读放大器与地址译码器11.6 只读存储器11.7 射频耦合逻辑11.8 BiCMOS数字电路11.9 SPICE仿真实例小结习题12 滤波器与调谐放大器12.1 滤波器传输、分类和规范12.2 滤波器传输函数12.3 巴特沃斯和切比雪夫滤波器12.4 一阶和二阶滤波器函数12.5 二阶LCR谐振器12.6 基于电感替代的二阶有源滤波器12.7 基于双积分环结构的二阶有源滤波器12.8 带单级放大的双二次有源滤波器12.9 灵敏度12.10 开关电容滤波器12.11 调谐放大器12.12 SPICE仿真实例小结习题13 信号发生器与波形整形电路13.1 正弦波振荡器的基本原理13.2 运算放大器RC振荡器电路13.3 LC振荡器和晶体振荡器13.4 双稳态多谐振荡器13.5 基于非稳态多谐振荡器的方波和三角波发生器13.6 标准脉冲发生器——单稳态多谐振荡器13.7 集成电路计时器13.8 非线性波形整形电路13.9 精密整流电路13.10 SPICE仿真实例小结习题14 输出级与功率放大器14.1 输出级的分类14.2 A类输出级14.3 B类输出级14.4 AB类输出级14.5 AB类电路的偏置14.6 BJT功率管14.7 各种不同结构的AB类电路14.8 集成功率放大器14.9 MOS功率晶体管14.10 SPICE仿真实例小结习题部分习题答案附录A VLSI制造技术附录B 二端口网络附录C 一些有用的网络定理附录D 单时间常数电路附录E s域分析——极点、零点和波特图附录F 参考文献10 数字CMOS逻辑电路10.1 数字电路设计——概述10.2 CMOS反相器设计与性能分析10.3 CMOS逻辑门电路110.4 伪NMOS逻辑电路10.5 传输晶体管逻辑电路10.6 动态逻辑电路10.7 SPICE仿真实例小结习题11 存储器与高级数字电路11.1 锁存器与触发器11.2 多谐振荡器电路11.3 半导体存储器的类型与结构随机存储器单元11.4 随机存储器单元11.5 读放大器与地址译码器11.6 只读存储器11.7 射频耦合逻辑11.8 BiCMOS数字电路11.9 SPICE仿真实例小结习题12 滤波器与调谐放大器12.1 滤波器传输、分类和规范12.2 滤波器传输函数12.3 巴特沃斯和切比雪夫滤波器12.4 一阶和二阶滤波器函数12.5 二阶LCR谐振器12.6 基于电感替代的二阶有源滤波器12.7 基于双积分环结构的二阶有源滤波器12.8 带单级放大的双二次有源滤波器12.9 灵敏度12.10 开关电容滤波器12.11 调谐放大器12.12 SPICE仿真实例小结习题13 信号发生器与波形整形电路13.1 正弦波振荡器的基本原理13.2 运算放大器RC振荡器电路13.3 LC振荡器和晶体振荡器13.4 双稳态多谐振荡器13.5 基于非稳态多谐振荡器的方波和三角波发生器13.6 标准脉冲发生器——单稳态多谐振荡器13.7 集成电路计时器13.8 非线性波形整形电路13.9 精密整流电路13.10 SPICE仿真实例小结习题14 输出级与功率放大器14.1 输出级的分类14.2 A类输出级14.3 B类输出级14.4 AB类输出级14.5 AB类电路的偏置14.6 BJT功率管14.7 各种不同结构的AB类电路14.8 集成功率放大器14.9 MOS功率晶体管14.10 SPICE仿真实例小结习题部分习题答案附录A VLSI制造技术附录B 二端口网络附录C 一些有用的网络定理附录D 单时间常数电路附录E s域分析——极点、零点和波特图附录F 参考文献。
微电子电路 microelectronic circuit 标准课件 sedra著作
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17
Figure 13.17 A positive-feedback loop capable of bistable operation.
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Figure 13.11 A practical implementation of the active-filter-tuned oscillator.
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Figure 13.5 A Wien-bridge oscillator with a limiter used for amplitude control.
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Figure 13.20 (a) A bistable circuit derived from the positive-feedback loop of Fig. 13.17 by applying vI through R1. (b) The transfer characteristic of the circuit in (a) is noninverting. (Compare it to the inverting characteristic in Fig. 13.19d.)
微电子
(本页内容需理解)
扩散(掌握)
• 扩散是在较高的温度下,杂质原子能够克服阻力进
入半导体,并在其中缓慢运动。扩散总是使杂质从 浓度高的地方向浓度低的地方运动。
• 替位式扩散:杂质离子占据硅原子的位置:
Ⅲ、Ⅴ族元素
• 间隙式扩散:杂质离子位于晶格间隙(应避免) :
Na、K、Fe、Cu、Au 等元素
当施主数量大于受主时,半导体是n型的;反之,半 导体是p型的。
(本页内容需掌握)
(知道)
电导率(conductivity)电阻率(resistivity)
半导体的电导率(电阻率)与载流子浓度 (concentration )(掺杂浓度)和迁移率(mobility )有 关。
迁移率是指载流子(电子和空穴)在单位电场
BiMOS技术便是把双极器件和CMOS 器件同时 集成在同一芯片上,取长补短,集中了双极晶体管
和CMOS器件的优点。在BiMOS技术中,利用CMOS 器件制作高集成度、低功耗的部分,而利用双极器件 制作输入和输出部分或者高速部分。
第四章
集成电路工艺
• 前工序 (掌握)集成电路中三大工艺技术:
图形转换:光刻与刻蚀 掺杂:扩散与离子注入、退火 制膜:氧化、CVD、PVD
场效应管 FET (field-effect-transistor)(掌握) 电压控制器件 “单极”晶体管:导电过程涉及一种载流子
绝缘栅型场效应晶体管 (Insulated Gate FET,IGFET) 又称:金属一绝缘体一半导体场效应晶体管 (Metal Insulator Semiconductor FET,MISFET) 又称:金属一氧化物一半导体场效应晶体管 (Metal Oxide Semiconductor FET,MOSFET)
微电子学概论Chap01
当前,微电子产业的发展规模和科学技术水平已成 为衡量一个国家综合实力的重要标志。
52
微电子对传统产业的渗透与带动作用
电子装备更新换代都基于微电子技术的 进步,其灵巧(Smart)的程度都依赖于 集成电路芯片的“智慧”程度和使用程度
集成电路:Integrated Circuit (IC)
将晶体管、二极管等有源器件和电阻、电容等无 源元件,按照一定的电路互连,“集成”在一块半 导体单晶片(如硅或砷化镓)上
通过一系列特定的加工工艺来集成 封装在一个外壳内 执行特定电路功能
集成电路
微电子学
研究在固体(主要是半导体)材料 上构成的微小型化器件、电路及系 统的电子学分支学科
58
获得2000年Nobel物理奖
1958年第一块集成电路:TI公司的Kilby,Ge晶片
59
Robert N. Noyce
1959年7月第一块平面单片集成电路:Fairchild公司的Noyce 在Si 衬底制备了平面集成电路:氧化物隔离,Al互联
微电子发展史上的几个里程碑
1962年Wanlass——CMOS技术现在集成电 路产业中占95%以上
61
62
第一个CPU:4004
微电子发展的规律
不断提高产品的性能价格比 是微电子技术发展的动力
集成电路芯片的集成度每三 年提高4倍,而加工特征尺
寸缩小 2 倍,这就是摩尔 定律
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微电子技术发展的ROADMAP
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Figure 14.37 The iD–vGS characteristic curve of a power MOS transistor (IRF 630, Siliconix) at case temperatures of –55°C, +25°C, and +125°C. (Courtesy Siliconix Inc.)
Figure 14.15 A class AB output stage utilizing a VBE multiplier for biasing.
Figure 14.16 A discrete-circuit class AB output stage with a potentiometer used in the VBE multiplier. The potentiometer is adjusted to yield the desired value of quiescent current in QN and QP.
Figure 14.6 Transfer characteristic for the class B output stage in Fig. 14.5.
Figure 14.7 Illustrating how the dead band in the class B transfer characteristic results in crossover distortion.
Figure 14.2 An emitter follower (Q1) biased with a constant current I supplied by transistor Q2.
Figure 14.3 Transfer characteristic of the emitter follower in Fig. 14.2. This linear characteristic is obtained by neglecting the change in vBE1 with iL. The maximum positive output is determined by the saturation of Q1. In the negative direction, the limit of the linear region is determined either by Q1 turning off or by Q2 saturating, depending on the values of I and RL.
Figure 14.14 A class AB output stage utilizing diodes for biasing. If the junction area of the output devices, QN and QP, is n times that of the biasing devices D1 and D2, and a quiescent current IQ = nIBIAS flows in the output devices.
Figure 14.29 Thermal-shutdown circuit.
Figure 14.30 The simplified internal circuit of the LM380 IC power amplifier. (Courtesy National Semiconductor Corporation.)
Figure 14.20 Electrical analog of the thermal conduction process when a heat sink is utilized.
Figure 14.21 Maximum allowable power dissipation versus transistor-case temperature.
Figure 14.19 The popular TO3 package for power transistors. The case is metal with a diameter of about 2.2 cm; the outside dimension of the “seating plane” is about 4 cm. The seating plane has two holes for screws to bolt it to a heat sink. The collector is electrically connected to the case. Therefore an electrically insulating but thermally conducting spacer is used between the transistor case and the “heat sink.”
Figure 14.34 The bridge amplifier configuration.
Figure 14.35 Double-diffused vertical MOS trure 14.36 Typical iD–vGS characteristic for a power MOSFET.
Figure 14.8 Power dissipation of the class B output stage versus amplitude of the output sinusoid.
Figure 14.9 Class B circuit with an op amp connected in a negative-feedback loop to reduce crossover distortion.
Figure 14.38 A class AB amplifier with MOS output transistors and BJT drivers. Resistor R3 is adjusted to provide temperature compensation while R1 is adjusted to yield the desired value of quiescent current in the output transistors. Resistors RG are used to suppress parasitic oscillations at high frequencies. Typically, RG = 100 W.
Figure 14.10 Class B output stage operated with a single power supply.
Figure 14.11 Class AB output stage. A bias voltage VBB is applied between the bases of QN and QP, giving rise to a bias current IQ given by Eq. (14.23). Thus, for small vI, both transistors conduct and crossover distortion is almost completely eliminated.
Figure 14.28 A class AB output stage with short-circuit protection. The protection circuit shown operates in the event of an output short circuit while vO is positive.
Figure 14.33 Structure of a power op amp. The circuit consists of an op amp followed by a class AB buffer similar to that discussed in Section 14.7.1. The output current capability of the buffer, consisting of Q1, Q2, Q3, and Q4, is further boosted by Q5 and Q6.
Figure 14.22 Thermal equivalent circuit for Example 14.5.
Figure 14.23 Safe operating area (SOA) of a BJT.
Figure 14.24 A class AB output stage with an input buffer. In addition to providing a high input resistance, the buffer transistors Q1 and Q2 bias the output transistors Q3 and Q4.
Figure 14.31 Small-signal analysis of the circuit in Fig. 14.30. The circled numbers indicate the order of the analysis steps.
Figure 14.32 Power dissipation (PD) versus output power (PL) for the LM380 with RL = 8 W. (Courtesy National Semiconductor Corporation.)
Figure 14.25 The Darlington configuration.
Figure 14.26 The compound-pnp configuration.
Figure 14.27 A class AB output stage utilizing a Darlington npn and a compound pnp. Biasing is obtained using a VBE multiplier.