微电子技术基础-集成电路设计
微电子技术中的集成电路设计原则
微电子技术中的集成电路设计原则在微电子技术中，集成电路设计是一个关键的环节。
集成电路作为现代电子设备中的核心组成部分，其设计原则决定了其性能和可靠性。
下面将介绍几个重要的集成电路设计原则。
首先，集成电路设计应遵循电路设计的基本原则。
电路设计中的基本原则包括电路功能规范、电源设计、信号处理和传输、信号完整性、电磁兼容性等。
集成电路设计在遵循这些基本原则的基础上，根据具体应用的需求进行进一步优化。
其次，集成电路设计应考虑功耗和散热问题。
随着集成电路规模的不断缩小，功耗和散热问题变得越来越突出。
在设计中应尽量采用低功耗电路结构，合理优化电路拓扑，减少功耗。
同时，设计中应考虑散热措施，以确保电路的稳定工作。
另外，集成电路设计中的布局规划也非常重要。
合理的布局设计可以减少电路中的互模干扰和串扰问题。
布局设计时应尽量避免长连线和交叉连线，以减少电路中的电磁干扰。
此外，还需考虑电源线和地线的布局，以确保稳定的供电和良好的接地。
此外，集成电路设计中的时钟和时序设计也是重要的考虑因素。
时钟是集成电路中最核心的信号，时序设计是指对时钟和其他信号进行精确控制和同步。
在设计中，应综合考虑时钟频率、时钟稳定性、时钟分频和同步等因素，以确保电路的正确工作。
此外，集成电路设计还需考虑抗噪声和灵敏度问题。
抗噪声设计是指对电路中的噪声进行有效抑制和滤波，以提高电路的信噪比。
灵敏度设计是指对电路的输入信号进行合理放大或衰减，以达到最佳的信号处理效果。
最后，集成电路设计中的测试和验证也是不可忽视的。
在设计完成后，需要对电路进行全面的测试和验证，以确保电路满足设计要求。
测试和验证工作应充分考虑电路的功能性、性能指标、可靠性和稳定性，以及与其他电路的兼容性。
综上所述，微电子技术中的集成电路设计原则包括了电路设计的基本原则、功耗和散热问题、布局规划、时钟和时序设计、抗噪声和灵敏度问题，以及测试和验证等。
在实际设计过程中，需要综合考虑这些原则，根据具体的应用需求进行合理的优化和调整。
对半导体技术、微电子技术、集成电路技术三者的浅略认识
对半导体技术、微电子技术、集成电路技术三者的浅略认识一、半导体技术、微电子技术、集成电路技术三者的联系与区别我们首先从三者的概念或定义上来分别了解一下这三种技术。
半导体技术就是以半导体为材料，制作成组件及集成电路的技术。
在电子信息方面，绝大多数的电子组件都是以硅为基材做成的，因此电子产业又称为半导体产业。
半导体技术最大的应用便是集成电路，它们被用来发挥各式各样的控制功能，犹如人体中的大脑与神经。
微电子技术是随着集成电路，尤其是超大型规模集成电路而发展起来的一门新的技术，是建立在以集成电路为核心的各种半导体器件基础上的高新电子技术，为微电子学中的各项工艺技术的总和。
集成电路技术，在电子学中是一种把电路小型化的技术。
采用一定的工艺，把一个电路中所需的各种电子元件及布线互连一起，制作在一小块或几小块半导体晶片或介质基片上，然后封装在一个管壳内，成为具有所需电路功能的微型结构。
（以上三者概念均来源于网络）这般看来，三者概念上互相交叉，却也略有区别。
依我这个初次接触这三个名词、对电子信息几乎一窍不通的大一新生来看，半导体技术是其他二者技术的基础，因为半导体是承载整个电子信息的基石，不管是微电子还是集成电路，便是以半导体为材料才可以建造、发展。
而微电子技术，个人感觉比较广泛，甚至集成电路技术可以包含在微电子技术里。
除此之外，诸如小型元件，如纳米级电子元件制造技术，都可以归为微电子技术。
而集成电路技术概念上比较狭窄，单单只把电路小型化、集成化技术，上面列举的小型元件制造，便不能归为集成电路技术，但可以归为微电子技术。
以上便是鄙人对三者概念上、应用上联系与区别的区区之见，如有错误之处还望谅解。
二、对集成电路技术的详细介绍首先我们了解一下什么是集成电路。
集成电路是一种微型电子器件或部件。
人们采用一定的工艺，把一个电路中所需的各种元件及布线互连一起，制作在一小块或几小块半导体晶片或介质基片上，然后封装在一个管壳内，成为具有所需电路功能的微型结构。
《微电子与集成电路设计导论》第五章 集成电路基础
图5.2.10 与非门电路
图5.2.11-5.2.14 电路图
图5.2.15 与非门输出响应
当A、B取不同组合的 逻辑电平时，与非门 电路的输出响应如图 5.2.15所示。
2. 或非门电路
A=0,B=0
A=0,B=1
A=1,B=0
A=1,B=1
图5.2.16 或非门电路
图5.2.17-5.2.20 A=0，B=0时的电路图
性能指标：除增益和速度外，功耗、电源电压、线性度、噪声和最大 电压摆幅等也是放大器的重要指标。此外，放大器的输入输出阻抗将 决定其应如何与前级和后级电路进行相互配合。在实际中，这些参数 几乎都会相互牵制，一般称为“八边形法则”，茹右下图所示。
➢ 增益：输出量Xout与输入量Xin的比值
➢ 带宽：指放大器的小信号带宽。
特性参数相同，当电压翻转上升时，漏极电流
ID
Kn
W L
Vin
VTN
2
0
I
Imax
即一周期的平均电流
Imean
1 6
Kn
W L
1 VDD
VDD VTN
3
Tclk
综上，短路功耗最终为
Psc VDDImean
CMOS逻辑门电路
1.与非门电路
A=0,B=0
A=0,B=1
A=1,B=0
A=1,B=1
许的临界电平和理想逻辑电平之间的范围为 CMOS电路的直流噪声容限，定义为
VNH VOH VIH
VNL VIL VOL
图5.2.6 极限输出电平定义的噪声容限
（2）极限输出电平定义的噪声容限 根据实际工作确定所允许的最低的输出
高电平VOHmin，它所对应的输入电平定义为 关门电平VOFF；给定允许的最高的输出低电 平VOLmax，它所对应的输入电平定义为开门 电平VON。开门电平和关门电平与CMOS电 路的理想输入逻辑电平之间的范围就是 CMOS电路的噪声容限。如左图所示是反相 器的噪声容限 输入高电平噪声容限：
集成电路分析与设计PPT课件
Intel公司微处理 器—Pentium® 4
25
2 集成电路发展
Intel公司微处理 器—Pentium® 6
26
2 集成电路发展 Intel Pentium 4微处理器
27
2 集成电路发展 Intel XeonTM微处理器
28
2 集成电路发展 Intel Itanium微处理器
29
2 集成电路发展
集成电路发展里程碑
30
2 集成电路发展
集成电路发展里程碑
31
2 集成电路发展
晶体管数目
2003年一年内制造出的晶 体管数目达到1018个，相 当于地球上所有蚂蚁数量 的100倍
32
2 集成电路发展
芯片制造水平
2003年制造的芯片尺寸控制 精度已经达到头发丝直径的1 万分之一，相当于驾驶一辆 汽车直行400英里，偏离误差 不到1英寸！
33
2 集成电路发展
晶体管的工作速度
1个晶体管每秒钟的开关 速度已超过1.5万亿次。 如果你要用手开关电灯 达到这样多的次数，需 要2万5千年的时间！
34
2 集成电路发展
半导体业的发展速度
1978年巴黎飞到纽约的 机票价格为900美元，需 要飞7个小时。如果航空 业的发展速度和半导体业
1960年，Kang和Atalla研制出第一个利用硅半导体材料制成的MOSFET
1962年出现了由金属-氧化物-半导体（MOS）场效应晶体管组成的MOS 集成电路
早期MOS技术中，铝栅P沟MOS管是最主要的技术，60年代后期，多晶 硅取代铝成为MOS晶体管的栅材料
1970’s解决了MOS器件稳定性及工艺复杂性之后，MOS数字集成电路 开始成功应用
一个有关集成电路发展趋势的著名 预言，该预言直至今日依然准确。
微电子技术与集成电路设计
微电子技术与集成电路设计电子与电气工程是现代科技发展中不可或缺的重要学科，而微电子技术与集成电路设计则是电子与电气工程领域中的一个重要分支。
随着科技的不断进步和社会的快速发展，微电子技术与集成电路设计在各个领域都起到了至关重要的作用。
微电子技术是电子与电气工程中研究微型电子器件和电路的一门学科，它主要研究微型电子器件的制备、工艺和性能等方面。
微电子技术的发展使得电子器件的体积不断缩小，性能不断提高，功耗不断降低，从而实现了电子设备的迅猛发展和智能化的提升。
微电子技术的应用非常广泛，涵盖了通信、计算机、医疗、汽车、航天等众多领域。
在微电子技术的基础上，集成电路设计则是将多个电子器件集成在一个芯片上，形成一个完整的功能电路系统。
集成电路设计的核心是设计和优化电路的结构和功能，以满足特定的应用需求。
集成电路设计需要综合考虑电路的性能、功耗、可靠性、成本等因素，并通过模拟、数字和混合信号设计技术实现。
集成电路设计的发展使得电子设备的功能更加强大，体积更加小巧，功耗更加低，从而推动了信息技术的快速发展和社会的智能化进程。
在微电子技术与集成电路设计领域，有许多重要的技术和方法。
例如，半导体工艺技术是微电子器件制备的基础，通过不同的工艺步骤，可以实现不同类型的电子器件。
而电路设计方法包括了模拟电路设计、数字电路设计和混合信号电路设计等，通过不同的设计方法，可以实现不同功能和性能的电路。
此外，集成电路设计还需要考虑电磁兼容性、故障诊断和可靠性等方面的问题，以确保电路系统的稳定运行和长期可靠性。
微电子技术与集成电路设计在现代科技和工业生产中起到了重要的推动作用。
它们不仅改变了人们的生活方式，也推动了社会的发展和进步。
例如，智能手机、计算机、无线通信设备等现代电子产品的快速发展，离不开微电子技术与集成电路设计的支持。
此外，微电子技术与集成电路设计在医疗设备、汽车电子、航空航天等领域也发挥着重要的作用，为人类提供了更加便捷、高效和安全的生活方式。
微电子技术和芯片设计
微电子技术和芯片设计在当今信息时代，微电子技术和芯片设计已成为重要的科技领域。
随着微型化、高性能、低功耗等需要的增加，这一领域的发展进入了一个新的时代。
本文将从微电子技术和芯片设计的发展历程、技术应用、未来趋势等方面进行探析。
一、微电子技术和芯片设计的发展历程微电子技术是集电子、物理、化学、材料、光学等学科于一体的新兴学科。
其核心是对微小的电子器件进行设计、制备和应用，目的是为了实现高速、高集成度、低功耗的电子器件。
微电子技术的发展历程可以分为4个阶段。
第一阶段：1950年代到1960年代，微电子技术刚刚诞生，主要是以硅为基础的微电子器件的研究和开发。
这个阶段的主要发明是晶体管，其应用推动了半导体工业的崛起。
第二阶段：1970年代到1980年代，微电子技术进入了高集成度时代。
大规模集成电路（LSI）和超大规模集成电路（VLSI）得到了广泛应用。
同时，加工工艺和自动化技术的不断进步也为集成度的提高提供了支持。
第三阶段：1990年代到21世纪初，微电子技术进入了系统级集成时代。
系统级集成是指将多种芯片模块集成到一个芯片上，形成一个完整的系统。
此时，计算机、通信等领域的重要应用得到了极大的发展。
第四阶段：21世纪至今，微电子技术正在向纳米级别迈进。
纳米技术可以实现器件功能的单一化和可重构性，大大提高芯片的性能和功能。
随着芯片尺寸的缩小和集成度的提高，微电子技术在人类生活、商业发展和国家安全等领域中的作用也越来越大。
二、微电子技术和芯片设计的技术应用微电子技术和芯片设计在许多领域都有广泛的应用。
比如：1. 通信领域：通过微电子技术和芯片设计，可以开发出更高速、更稳定、更低功耗的通信设备。
手机、无线通信技术、卫星通信技术等都是微电子技术的应用。
2. 汽车产业：汽车电子化越来越普及，汽车电子控制单元（ECU）也越来越重要。
通过微电子技术和芯片设计，可以降低汽车的油耗、减少排放、提高安全性等。
3. 医疗行业：微电子技术和芯片设计在医疗行业的应用非常广泛。
微电子技术微型电子器件与电路的研究与应用
微电子技术微型电子器件与电路的研究与应用微电子技术是近年来快速发展的一门前沿技术，它涉及微型电子器件和电路的设计、制造、测试和应用等多个领域。
本文将介绍微电子技术在微型电子器件与电路研究和应用方面的一些重要进展和应用案例。
一、微电子器件的研究与应用1. MOSFETMOSFET是微电子器件中的一种关键器件，它是现代集成电路的基础。
通过研究不同工艺参数对MOSFET性能的影响，可以实现器件的优化设计。
同时，MOSFET在数字电路、模拟电路和功率电子等领域都有广泛应用。
2. MEMSMEMS（Micro-Electro-Mechanical Systems）是一种将微机械系统与微电子技术相结合的新颖技术。
通过微纳加工工艺，制造出微小的机械结构，并借助电子技术对其进行控制和感知。
MEMS在加速度计、陀螺仪、微型传感器等领域有广泛应用。
3. NEMSNEMS（Nano-Electro-Mechanical Systems）是MEMS技术的延伸，主要研究纳米尺度的微型机械系统。
NEMS的特点是尺寸更小、力学性能更好，具有更高的灵敏度和更低的功耗。
NEMS在生物传感、纳米机器人等领域有重要应用前景。
二、微型电子电路的研究与应用1. 集成电路集成电路是将数百万甚至上亿个微型电子器件集成在一个芯片上的产物。
通过研究不同的集成电路设计与制造工艺，可以实现电路的小型化、高速化和低功耗化。
集成电路在计算机、通信、消费电子等领域的应用十分广泛。
2. 射频电路射频电路是指在无线通信系统中起中频、射频信号放大与处理的电路。
通过研究射频电路的设计和优化，可以实现无线通信设备的高性能和高可靠性。
射频电路在无线电通信、雷达、卫星通信等领域发挥重要作用。
3. 数模混合电路数模混合电路是指将数字电路和模拟电路相结合的电路。
它能够在数字信号处理的同时实现高精度的模拟信号处理，具有广泛的应用前景。
数模混合电路在音频处理、图像处理、模拟信号采集等领域有重要作用。
《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
微电子技术简介
1906年 美国工程师 德· 福雷斯特(Lee De Forest） 真空三极管
1.2.1 微电子技术与集成电路
电子线路使用的基础元件的演变：
肖克利
William Bradford Shockley
巴丁
John Bardeen
布拉顿
Walter Brattain
1956年诺贝尔奖
1.2.1 微电子技术与集成电路
通常并不严格区分 VLSI 和 ULSI ，而是统称为 VLSI 。
小规模集成电路
超大规模集成电路
集成电路的分类
集成电路的集成对象
中、小规模集成电路：简单的门电路、单级放大器
大规模集成电路：功能部件、子系统
超大规模和极大规模集成电路：
微处理器、芯片组、图形加速芯片
集成电路的分类
按晶体管结构、电路和工艺分
集成电路20世纪50年代出现
小规模集成电路
集成电路使用的半导体材料
通常是硅 (Si) ，也可以是化合物半导体 如砷化镓(GaAs)等。
超大规模集成电路
什么是集成电路？
集成电路的特点：
体积小、重量轻、可靠性高 （ 因集成度大，焊点少， 故障率低）、功耗低、速度快
集成电路的规模（集成度）
集成电路的规模由单个芯片中包含的基本电子元器件 （晶体管、电阻、电容等）的个数确定。
1.2.2 集成电路的制造
共有400多道工序 硅平面工艺，它包括氧化，光刻，掺 晶棒 杂和互连等多项工序。把这些工序反 复交叉使用，最终在硅片上制成包含 硅平面工艺 剔除分类 封装 成品测试 多层电路及电子元件的集成电路，每 硅衬底 晶圆 芯片 集成电路 成品 一硅抛光片上可制作出成百上千个独 立的集成电路(晶粒)，硅片称为晶圆 将单晶硅锭（晶棒）经 对晶圆上的每个晶粒（每 切割、研磨和抛光严 一个独立的集成电路）进 行检测，将不合格的晶粒 格清洗后制成的像镜 将单个的芯片固定在塑胶或陶瓷制的芯片 用磁浆点上记号。然后将 基座上，并把芯片上蚀刻出的一些的引线 面一样光滑的圆形薄 与基座底部伸出的插脚进行连接 晶圆分割成一颗颗单独的 ，以作为 片，称为硅抛光片 与外界电路板连接之用，最后盖上塑胶盖 晶粒（集成电）把废品剔
微电子技术中的集成电路设计与制造
微电子技术中的集成电路设计与制造第一节：引言微电子技术是当代信息科学与技术的重要支撑，而集成电路作为微电子技术的核心和基础，在现代社会中起到了无可替代的作用。
本文将重点介绍微电子技术中的集成电路设计与制造的专业知识和应用。
第二节：集成电路设计技术集成电路设计是指将各种电子器件集成到一块芯片上，并连接成功能完整的电路。
首先，在集成电路设计过程中，需要进行电路原理图的绘制和逻辑设计。
然后，通过计算机辅助设计软件进行功能仿真和验证。
最后，选用合适的工艺流程对电路进行布图设计。
集成电路设计的目标是在满足功能需求和性能指标的前提下，尽量降低功耗、面积和成本。
第三节：集成电路制造工艺集成电路制造是指将设计好的集成电路通过一系列工艺步骤转化为实际的芯片产品。
首先，需要制备晶圆，即在硅片上通过化学和物理的方法形成精细的结构和材料。
然后，通过光刻、蚀刻、沉积等工艺步骤逐层构建电路结构。
最后，进行封装和测试，将芯片封装到适当的封装器件中，然后对芯片进行电气和可靠性测试。
集成电路制造的关键是控制工艺的精度和稳定性，以确保芯片的可靠性和性能。
第四节：集成电路设计与制造的应用集成电路设计与制造在现代社会中应用广泛，涵盖了通信、计算机、消费电子、医疗器械等各个领域。
在通信领域，集成电路的设计与制造使得移动通信设备小型化、高效化，方便了人们的日常沟通。
在计算机领域，集成电路的设计与制造推动了计算机的高速、高性能发展，为人工智能、大数据等应用提供了强有力的支持。
在消费电子领域，集成电路的设计与制造使得智能手机、平板电脑等产品功能更加强大、体积更小。
在医疗器械领域，集成电路的设计与制造推动了医疗设备的智能化、精确化，提高了医疗水平和患者的生活质量。
第五节：集成电路设计与制造面临的挑战与未来发展随着科技的不断发展，集成电路设计与制造也面临着一些挑战。
首先，功耗和散热问题是当前的热点，如何在保证性能的同时降低功耗，解决散热问题是亟待解决的技术难题。
《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。
电子科技大学微电子专业开设课程-V1
电子科技大学微电子专业开设课程-V1
电子科技大学微电子专业开设课程
随着微电子产业的不断发展，微电子专业的教育也日渐重要。
为了满
足产业发展的需求，电子科技大学微电子专业开设了多门课程，以培
养更多优秀的微电子技术人才。
一、基础课程
1.微电子学：介绍微电子学的概念、研究范围、历史和发展现状，以
及微电子器件的原理和制造工艺。
2.集成电路设计基础：介绍集成电路设计的基本原理、方法和流程，
以及常用的EDA工具，并通过实验练习加深学生对集成电路设计的理解。
3.模拟电路设计基础：介绍模拟电路设计的基本原理、方法和流程，
以及常用的电路元件和EDA工具，通过实验练习提高学生的设计能力。
二、专业课程
1.微纳电子学：介绍微纳电子学的基本概念和最新发展动态，以及微
纳技术在集成电路、传感器、MEMS和生物芯片等领域的应用。
2.数字电路设计：介绍数字电路设计的原理和方法，包括数字电路的
分析和设计、I/O 接口的设计和测试、数字信号处理、ASIC设计和FPGA设计等内容。
3.模拟集成电路设计：介绍模拟集成电路设计的原理和方法，包括运放电路、数据转换电路、功率放大器、PLL和时钟等元件的设计。
4.射频集成电路设计：介绍射频集成电路设计的原理和方法，包括射频电路理论、射频芯片、高频传输线、滤波器和功率放大器等元件的设计。
以上课程涵盖了微电子专业的基础知识和专业技术，学生在学期间不仅可以加深对微电子学科的理解，还可以提高实践能力。
通过这些课程的学习，毕业生将具备较强的微电子技术应用能力和解决问题的能力，为微电子产业的发展做出重要贡献。
《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。
集成电路设计与集成系统开设课程
集成电路设计与集成系统开设课程集成电路设计与集成系统是一门涉及多个学科领域的综合性学科，其开设的课程也十分广泛。
为了更好地了解该学科的课程设置，本文将从以下几个方面进行详细介绍：一、基础课程1.电路分析：这是集成电路设计与集成系统专业的基础课程之一，主要介绍了电路的基本原理、电路元件、电路等效变换等内容。
通过这门课程的学习，学生可以掌握电路的基本分析方法和技能，为后续的专业课程打下基础。
2.数字电路与逻辑设计：该课程主要介绍了数字电路的基本原理、逻辑代数、门电路、组合逻辑电路、时序逻辑电路等内容。
通过这门课程的学习，学生可以掌握数字电路的设计和分析方法，为集成电路设计打下基础。
3.模拟电子技术：该课程主要介绍了模拟电子技术的基本原理、放大器、滤波器、振荡器等内容。
通过这门课程的学习，学生可以掌握模拟电路的基本分析方法和技能，为集成电路设计提供支持。
二、专业课程1.集成电路设计基础：该课程主要介绍了集成电路设计的基本原理、集成电路制造工艺、集成电路版图设计等内容。
通过这门课程的学习，学生可以了解集成电路设计的基本流程和技能，为后续的专业课程打下基础。
2.集成电路工艺与制造：该课程主要介绍了集成电路制造工艺的基本原理、集成电路制造设备、集成电路制造流程等内容。
通过这门课程的学习，学生可以了解集成电路制造的全过程，为后续的集成电路设计提供支持。
3.集成电路设计实践：该课程是集成电路设计与集成系统专业的实践课程之一，主要通过实际操作让学生掌握集成电路设计的技能和方法。
学生可以通过实践操作，加深对理论知识的理解，提高实际操作能力。
4.集成电路系统设计：该课程主要介绍了集成电路系统的基本原理、系统架构、系统设计方法等内容。
通过这门课程的学习，学生可以了解集成电路系统的设计和实现方法，为后续的集成电路设计提供支持。
三、选修课程1.微电子器件：该课程主要介绍了微电子器件的基本原理、制造工艺、性能参数等内容。
通过这门课程的学习，学生可以了解微电子器件的制造和性能特点，为集成电路设计提供支持。
微电子与集成电路设计导论 第一章 概论
图1.5.4 国内集成电路的供求关系
图1.5.5 集成电路的进口量
➢ 我国的微电子技术的发展大致可以分为两个阶段：
第一个阶段：在2000年之前，1956年，北京大学、复旦大学、东北人民 大学、厦门大学、南京大学在北大联合创建半导体专业。1977年在北京 大学诞生了第一块大规模集成电路。而在1980年以后，初步形成了制造 业、设计业、封装业分离的状态。
➢ 膜集成电路：是在玻璃或陶瓷片等绝缘物体上，以膜的形式制作电阻、电 容等无源器件，并加以封装而成。
➢ 混合集成电路：在实际应用中，多半是在无源膜电路上外加半导体集成电 路或分立元件的二极管、三极管等有源器件，使之构成一个整体，这便是 混合集成电路。
图1.4.1 集成电路的分类
1.5 微电子产业的发展现状
ห้องสมุดไป่ตู้
3. 对信息社会的作用
图1.2.3 信息社会各应用产品市场领域的销售额
4. 对传统产业的带动作用
微电子对传统产业的渗透与带动作用。几乎所有的传统产业与微电子技术结 合，用集成电路芯片进行智能改造，都可以使传统产业重新焕发青春。
对风机、水泵采用变频调速等电子技术进行改造，每年即可节电500亿度以上. 和机械学科的结合，导致很多传统的机械产品逐步电子化。 和生物学结合，生物芯片的诞生得以实现对细胞、蛋白质、DNA以及其他生
图1.3.8 摩尔定律示意图
➢ 早期研制和生产的集成电路都是双极型的。 1930年，德国科学家Lilien-filed提出了关于MOS场效应晶体管的概念、工作原理 以及具体的实施方案。 1960年Kang和Atalla研制出第一个利用硅半导体材料制成的MOS晶体管。 1962年以后出现了由金属-氧化物-半导体（MOS）场效应晶体管组成的MOS集成 电路。
对半导体技术、微电子技术、集成电路技术三者的浅略认识
对半导体技术、微电子技术、集成电路技术三者的浅略认识一、半导体技术、微电子技术、集成电路技术三者的联系与区别我们首先从三者的概念或定义上来分别了解一下这三种技术.半导体技术就是以半导体为材料，制作成组件及集成电路的技术。
在电子信息方面,绝大多数的电子组件都是以硅为基材做成的,因此电子产业又称为半导体产业。
半导体技术最大的应用便是集成电路，它们被用来发挥各式各样的控制功能,犹如人体中的大脑与神经。
微电子技术是随着集成电路，尤其是超大型规模集成电路而发展起来的一门新的技术,是建立在以集成电路为核心的各种半导体器件基础上的高新电子技术，为微电子学中的各项工艺技术的总和.集成电路技术，在电子学中是一种把电路小型化的技术。
采用一定的工艺，把一个电路中所需的各种电子元件及布线互连一起，制作在一小块或几小块半导体晶片或介质基片上,然后封装在一个管壳内,成为具有所需电路功能的微型结构。
（以上三者概念均来源于网络）这般看来，三者概念上互相交叉，却也略有区别。
依我这个初次接触这三个名词、对电子信息几乎一窍不通的大一新生来看，半导体技术是其他二者技术的基础,因为半导体是承载整个电子信息的基石，不管是微电子还是集成电路,便是以半导体为材料才可以建造、发展。
而微电子技术，个人感觉比较广泛,甚至集成电路技术可以包含在微电子技术里。
除此之外，诸如小型元件，如纳米级电子元件制造技术，都可以归为微电子技术。
而集成电路技术概念上比较狭窄，单单只把电路小型化、集成化技术，上面列举的小型元件制造,便不能归为集成电路技术，但可以归为微电子技术。
以上便是鄙人对三者概念上、应用上联系与区别的区区之见，如有错误之处还望谅解。
二、对集成电路技术的详细介绍首先我们了解一下什么是集成电路。
集成电路是一种微型电子器件或部件.人们采用一定的工艺，把一个电路中所需的各种元件及布线互连一起，制作在一小块或几小块半导体晶片或介质基片上，然后封装在一个管壳内，成为具有所需电路功能的微型结构。
微电子技术在集成电路设计中的应用
微电子技术在集成电路设计中的应用随着科技的不断进步和信息时代的来临，集成电路作为现代电子设备的核心部件，扮演着越来越重要的角色。
而微电子技术作为集成电路设计与制造中的关键技术之一，更是推动了集成电路行业的不断发展。
本文将探讨微电子技术在集成电路设计中的应用，并分析其对电子产品的创新和提升的积极影响。
一、微电子技术的定义和特点微电子技术是研究和应用电子材料、元器件和集成电路等微观尺度下的电子学知识和技术的学科。
它以微细加工技术为基础，通过微缩电路、集成器件和系统，以及微纳加工工艺等手段，实现对电子元器件结构、性能和功能的高度精确控制。
微电子技术的主要特点包括以下几个方面：一是尺寸小，具有高度集成性；二是功耗低，性能优越；三是工艺复杂，制造成本高；四是制作过程要求精确且涉及多学科交叉。
二、在集成电路设计中，微电子技术发挥着重要作用。
首先，微电子技术使得集成电路的尺寸越来越小，实现了电子元器件的高度集成和功能的不断增强。
比如，通过微细加工技术，可以在芯片上实现大量的晶体管、电容和电感等元器件，从而实现了高度集成的数字、模拟和混合信号电路。
其次，微电子技术使得集成电路的功耗得到有效控制，从而提高了电子产品的性能和续航能力。
通过减小晶体管尺寸、优化电路布局和工艺参数等方式，可以降低集成电路的静态功耗和动态功耗，提高电路的工作效率和能源利用率。
此外，微电子技术还促进了集成电路的工艺进步和制造工艺的精确控制。
通过微纳加工技术，可以实现对电子器件和电路结构的高精度控制，提高集成电路的制造质量和可靠性。
同时，微电子技术与光刻、薄膜沉积、离子注入和金属蒸镀等工艺相结合，推动了集成电路制造工艺的发展和创新。
三、微电子技术对电子产品创新和提升的影响微电子技术的广泛应用对电子产品的创新和提升产生了积极影响。
首先，微电子技术使得电子产品体积更小、性能更强大，为消费电子产品的持续更新迭代提供了可能。
比如，由于微电子技术的发展，手机、平板电脑等设备变得越来越轻薄便携，同时性能也越来越强大。
《微电子与集成电路设计导论》第三章 半导体器件物理基础
Introduction to microelectronics and integrated circuit design
第三章 半导体器件物理基础
本节内容_ p-n结
热平衡状态下的p-n结 耗尽区 耗尽层势垒电容 电流-电压特性 结击穿
图3.1.1 （a）PN结的简化结构图； （b）理想均匀掺杂PN结的掺杂剖面
右图显示室温下硅和砷化镓p-n结 107
测量的正向特性．在低电流区域，复
合电流占优势， 等于2；在较高的
电流区域，扩散电流占优势， 接 近1．
10
9
0
Si 1 GaAs
1
2 2
0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 1.2 VF /V
图 3.19 300K硅和砷化镓二极管的正向电流－电压特性比较. 虚线表示不同理想系数的 斜率
s
qND
s
(x
xn )
（b）
－N A W
E 0
x
0 x xn 其中E 是存在x＝0处的最大电场 m
－E m
面积＝Vbi
图3.8 (a)在热平衡时，(空a间)热电平荷在衡耗时尽空区的间分电布荷．在(b)电耗场尽分区布．的阴分影布面积为内建电势
Em
qND xn
s
qN A x p
s
(b)电场分布。阴影面积为内建电势
(a) 正向偏压
104 106 108 1010
225C 175 125 75 25
1012 102
100
102
VR /V
(b) 反向偏压
ND－NA
ND－NA
线性缓变结（linearly graded junction）
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1
17
设计方法举例
反相器的标准单元
反相器的 掩膜版图 单元库中的每个单元 都具有3种描述方式 ： ①单元的逻辑符号（ 以字母L为特征符）
②单元的拓扑版图（ 以字母O为特征符） ③单元的掩膜版 图（ 以字母A为特征符） 反相器 的拓扑 图
1
反相器的 逻辑符号
设计方法举例
标ห้องสมุดไป่ตู้单元设计的版图布置
单元库一般包括 有下列元件：
32
作业
1. 试述门阵列和标准单元设计方法的概 念和它们之间的异同点。 2. 标准单元库中的单元的主要描述形式 有哪些？分别在 IC 设计的什么阶段应 用？
31
集成电路设计EDA系统
Mentor Graphics的特色
从市场占有来看，Cadence的强项产品为IC版图 设计和服务，Synopsys的强项产品为逻辑综合, Mentor Graphics的强项产品为PCB设计和深亚 微米IC设计验证和测试等。
Mentor的网站：
1 20
设计方法举例
FPGA的版图布置
由布线分隔的可编程逻辑 （或宏单元）（CLB： Configurable Logic Block)、 可编程输入\输出块（IOB： Input/output Block) 和布线通道中可编程内部 连线（PI:Programmable Inteconnect)三部分组成。
集成电路设计
基本过程
设计的基本过程 （举例）
功能设计 逻辑和电路设计 版图设计
集成电路设计的最终输出是掩膜版图，通 过制版和工艺流片可以得到所需的集成电 路。 设计与制备之间的接口：版图
集成电路设计
主要内容
IC设计特点及设计信息描述 典型设计流程 典型的布图设计方法及可测性设计技术
集成电路设计
集成电路设计与制造的主要流程框架
系 统 需 求 设计 掩膜版
芯片制造 过程
单晶、外 延材料
芯片检测
封装
测试
集成电路设计与制造所包含的主要内容
半导体器件物理基础：包括PN结的物理机制、双极管、 MOS管的工作原理等 电路的制备工艺：光刻、刻蚀、氧化、离子注入、扩散、 化学气相淀积、金属蒸发或溅射、封装等工序 集成电路设计：最能反映人的能动性，结合具体的电路， 具体的系统，设计出各种各样的电路 掌握正确的设计方法，可以以不变应万变。随着电 路规模的增大，计算机辅助设计手段在集成电路设 计中起着越来越重要的作用
小规模逻辑电路 中规模逻辑电路 各种宏单元模块 IP核 为了便于布局和布 线，SSI和MSI标准 单元的版图都被设 计成矩形状，版图 的高度相近或相等， 但宽度可以不同。
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宏
单元 宏单元
能 模 块
功
设计方法分类
可编程逻辑电路设计
可编程逻辑电路设计是指用户通过生产商提供的 通用器件自行进行现场编程和制造，得到所需的 专用集成电路。
人工设计，设计周期长，高性能，高集成度
微处理器，模拟电路，IP核…
标准单元 (Standard Cell)
预先设计好的标准单元，设计周期短，性能较好 专用电路 (ASIC)
可编程逻辑器件 (FPGA/PLD)
预先生产的芯片，设计周期最短，低研发成本 原形验证(Prototyping)，可重构计算
设计方法分类
全定制设计
指在电路设计中进行电路结构、电路参数的人工 优化，完成电路设计后，人工设计版图中的各个 器件和连线，以获得最佳性能和最小芯片尺寸。 。 这种设计技术周期很长，设计成本很高，一般适 用于对性能要求很高或批量很大的产品。如存储 器、微处理器等通用集成电路，一个设计版本有 几百万块集成电路的批量。 由于模拟集成电路、数模混合集成电路的设计软 件尚不很成熟，通常也采用全定制设计方法。
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设计方法举例
全定制的集成电路设计
运算放大器版图设计
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设计方法举例
全定制的集成电路设计
运算放大器的设计
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设计方法举例
电路设计抽象级别
ENABLE ENABLE
使能电路 上电复位电路 DIN 发送控制电路 输出驱动电路 OUT1 OUT2
基准源
共模反馈电路
偏置电路
系统级
结构级
晶体管级 器件物理级
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集成电路设计EDA系统
Zeni EDA软件
九天（Zeni）系统是熊猫（Panda）系统的改进版， 由我国在80年代后期自主开发，面向全定制和半定制大
规模集成电路设计的EDA工具软件。
覆盖了集成电路设计的主要过程，包括： 基于语言的和基于图形的设计输入，各个级别的设计 正确性的模拟验证（ZeniVDE）； 交互式的物理版图设计（ZeniPDT）；
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设计方法分类
标准单元设计
标准单元法设计是一种常用的集成电路设计方法。 所谓标准单元，是指预先设计完毕并存放在单元 库中的元件，这些元件在逻辑功能层次和版图层 次都经过优化和标准化设计，标准单元的逻辑符 号及电学特性存入逻辑库中，版图则存入版图库。 标准单元设计，就是在设计中用图形或硬件描述 语言调用库元件，在布局布线阶段，这些库元件 的版图也被 EDA 工具所调用，进行自动布局和布 线。
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设计方法分类
设计方法选取的主要依据:
设计周期 设计成本 芯片成本 芯片尺寸 设计灵活性、保密性和可靠性等. 最主要的：设计成本在芯片成本中所占比例
芯片成本CT：
CD CP CT V yn
小批量的产品：减小设计费用； 大批量的产品：提高工艺水平，减小芯片尺寸， 增大圆片面积
CMOS、双极(Bipolar)、Bi-CMOS
物理规则验证 (DRC: Design Rule Check)
与电路图一致性验证 (LVS: Layout vs. Schematic) 寄生参数提取 (PE: Parasitical Extraction) 后仿真
按照规格要求，选用已用于工 业的成熟模块，略微修改、组 合成满足规格要求的电路。
设计特点和设计信息描述
设计特点(与分立电路相比)
对设计正确性提出更为严格的要求 测试问题 版图设计：布局布线 分层分级设计(Hierarchical design)和模块化设计
高度复杂电路系统的要求 什么是分层分级设计？ 将一个复杂的集成电路系统的设计问题分解为复杂性较低 的设计级别，这个级别可以再分解到复杂性更低的设计级别； 这样的分解一直继续到使最终的设计级别的复杂性足够低，也 就是说，能相当容易地由这一级设计出的单元逐级组织起复杂 的系统。一般来说，级别越高，抽象程度越高；级别越低，细 节越具体
GDSII文件
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集成电路设计EDA系统
集成电路设计EDA工具介绍
EDA—Electronic Design Automation --电子设计自动化。
集成度提高，设计的复杂度越来越高。
提高设计效率，减少设计周期。
工作平台
•公司、高校：工作站，Unix、Linux操作系统； •高校、个人学习：PC机，Linux操作系统； •极少使用Windows操作系统。 Unix, Linux操作系统： 开放、安全、稳定、可靠、免费使用。
集成电路设计
定义
什么是集成电路？(相对分立器件组成的电 路而言) 把组成电路的元件、器件以及相互间 的连线放在单个芯片上，整个电路就在这个 芯片上，把这个芯片放到管壳中进行封装， 电路与外部的连接靠引脚完成。
集成电路设计
定义
什么是集成电路设计？ 根据电路功能和性能的要求，在正确选 择系统配置、电路形式、器件结构、工艺方 案和设计规则的情况下，尽量减小芯片面积， 降低设计成本，缩短设计周期，以保证全局 优化，设计出满足要求的集成电路。
版图正确性验以及CAD数据库 （ZeniVERI）。
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集成电路设计EDA系统
Silvaco EDA软件
工艺计算机辅助设计(TCAD);
基于PDK(制造验证工艺设计工具 )的定制IC CAD设计
工艺仿真和器件仿真； SPICE 模型的生成和开发； 互连寄生参数的极其精确的描述； 基于物理的可靠性建模以及传统的CAD。
设计特点和设计信息描述
从层次和域表示分层分级设计思想
域： 行为域：集成电路的功能
结构域：集成电路的逻辑和电路组成 物理域：集成电路掩膜版的几何特性和物 理特性的具体实现
层次：系统级、算法级、寄存器传输级(也称
RTL级)、 逻辑级与电路级
设计方法分类
设计方法分类
全定制 (Custom Design)
设计人员采用熔断丝、电写入等方法对已制备好 的通用器件实现编程，得到所需的逻辑功能，这 种方式不需要制作掩膜版和进行微电子工艺流片， 因此设计周期短、成本低。
包 括 PLD(Programmable Logic Device) 和 FPGA(Field Programmable Gate Array)等
自动测试向量生成 TetraMAX ATPG 。。。。。。。。。
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集成电路设计EDA系统
Mentor graphics EDA软件
具有EDA全线产品，包括： 仿真工具Eldo、 ModelSim等 ; 验证工具Calibre 系列； IC设计工具icstudio； FPGA设计系统; IC测试软件FastScan 、DFT、DFM等 ; PCB设计系统