微电子学概论完整ppt课件
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电子行业微电子学概论课件
电子行业微电子学概论课件1. 引言微电子学是研究和制造微小尺寸电子元器件的学科。
微电子学的发展和应用已经深入到各个领域，包括通信、计算机、医疗、能源等等。
本课程将介绍微电子学的基本概念、原理及其在电子行业中的应用。
2. 微电子学的基本概念2.1 微电子学的定义微电子学是研究和制造微小尺寸电子器件的学科，它将电子器件的尺寸缩小到微米级甚至纳米级。
2.2 微电子学的发展历程•1947年，第一只晶体管的发明，标志着微电子学的诞生。
•1959年，第一只集成电路问世，开创了微电子学领域的新时代。
•1971年，Intel推出了世界上第一款商用微处理器，开启了个人计算机时代。
2.3 微电子学的基本原理微电子学的基本原理包括： - 半导体材料的电子结构和载流子的行为 - PN结和二极管特性 - MOSFET的原理及其工作模式 - CMOS电路的基本结构和工作原理3. 微电子学主要器件3.1 晶体管晶体管是一种最基本的微电子学元件，它能够控制电流流动。
晶体管有三种基本类型：NPN型、PNP型和MOS型。
3.2 集成电路集成电路是将多个晶体管、电容、电阻等元件集成在一块半导体芯片上的芯片。
集成电路的种类包括模拟集成电路、数字集成电路和混合集成电路等。
3.3 传感器传感器是一种能够将各种物理量转换成电信号的器件，用于测量和控制。
常见的传感器包括温度传感器、压力传感器、光敏传感器等。
4. 微电子学在电子行业中的应用4.1 通信领域微电子学在通信领域的应用非常广泛，如手机、无线通信、卫星通信等。
基于微电子学的芯片和传感器使得通信设备越来越小、智能化。
4.2 计算机领域微电子学的发展推动了计算机的快速发展。
微型计算机、个人计算机、服务器等计算机设备的核心是由微电子学器件构成的芯片。
4.3 医疗领域微电子学在医疗设备中的应用越来越重要。
例如，医疗传感器可以用于监测血压、心率等生理参数；医疗成像设备如X光机、核磁共振等也依赖于微电子学技术。
微电子学概论课件
集成电路的作用
§小型化 §价格急剧下降 §功耗降低 §故障率降低
微电子学概论课件
§其次，统计数据表明，发达国家在发 展过程中都有一条规律
Ø 集成电路（IC）产值的增长率（RIC）高于电子 工业产值的增长率（REI）
Ø 电子工业产值的增长率又高于GDP的增长率 （RGDP）
Ø 一般有一个近似的关系
▪ 杂质处于两种状态：中性态和离化态。 当处于离化态时，施主杂质向导带提供 电子成为正电中心；受主杂质向价带提 供空穴成为负电中心。
微电子学概论课件
按结构形式的分类
§单片集成电路：
Ø它是指电路中所有的元器件都制作 在同一块半导体基片上的集成电路
Ø在半导体集成电路中最常用的半导 体材料是硅，除此之外还有GaAs等
§混合集成电路：
Ø厚膜集成电路 Ø薄膜集成电路
微电子学概论课件
按电路功能分类
§数字集成电路(Digital IC)：它是指处理数字 信号的集成电路，即采用二进制方式进行数 字计算和逻辑函数运算的一类集成电路
（ b）单胞无需是基本的
晶体结构
§ 三维立方单胞
Ø 简立方、
体心立方、
面立方
固体材料的能带图
固体材料分成：超导体、导体、半导体、绝缘体
半导体的能带
▪ 本征激发
有效质量的意义
▪ 自由电子只受外力作用；半导体中的电子 不仅受到外力的作用，同时还受半导体内 部势场的作用
▪ 意义：有效质量概括了半导体内部势场的 作用，使得研究半导体中电子的运动规律 时更为简便（有效质量可由试验测定）
W. Schokley J. Bardeen W. Brattain
获得1956年 Nobel物理 奖
微电子学概论课件
《微电子学概论》大规模集成电路基础-PPT精品文档
与非门：Y=A1A2
河南工业大学 电气工程学院
3.3 影响集成电路性能的因素和发展趋势
• • • • • 有源器件 无源器件 隔离区 互连线 钝化保护层
• 寄生效应：电容、有源器件、 电阻、电感
河南工业大学 电气工程学院
3.4 影响集成电路性能的因素和发展趋势
器件的门延迟： 迁移率 沟道长度 电路的互连延迟： 线电阻（线尺寸、电阻率） 线电容（介电常数、面积） 途径： 提高迁移率，如GeSi材料 减小沟道长度 互连的类别： 芯片内互连、芯片间互连 长线互连(Global)
漏极
n+
n+
P型硅基板
半 导
河南工业大学 电气工程学院
基
体
MOSFET的工作原理
源极(S) 栅极(G)
MOS晶体管的基本结构
漏极(D) 源极
栅极（金属）
绝缘层（SiO2）
漏极
n+
n+
P型硅基板
半
导 体 基
MOS晶体管的动作
板 MOS晶体管实质上是一种使
河南工业大学 电气工程学院 电流时而流过，时而切断的 开关
中等线互连
短线互连(Local)
河南工业大学 电气工程学院
减小互连的途径：
增加互连层数
增大互连线截面
Cu互连、Low K介质 多芯片模块（MCM） 系统芯片（System on a chip）
减小特征尺寸、提高集成度、Cu互连、系统优化设计、SOC
河南工业大学 电气工程学院
源极(S) 栅极(G)
源极
栅极
漏极
漏极(D)
源极 漏极
VG=0 VS=0 VD=0
栅极电压为零时，存储在 源漏极中的电子互相隔离
微电子学概论PPT课件
的分类 微电子学
的特点
集成电路的分类
导论
晶体管的 发明
集成电路 发展历史
集成电路 的分类
微电子学 的特点
集成电路的分类
器件结构类型 集成电路规模 使用的基片材料 电路形式 应用领域
器件结构类型分类
导论
晶体管的 发明
集成电路 发展历史
集成电路 的分类
微电子学 的特点
集成电路（IC）产值的增长率（RIC）高于电子 工业产值的增长率（REI）
电子工业产值的增长率又高于GDP的增长率 （RGDP）
一般有一个近似的关系
RIC≈1.5~2REI REI≈3RGDP
微电子学发展情况
导论
晶体管的 发明
集成电路 发展历史
集成电路 的分类
微电子学 的特点
世界GDP和一些主要产业的发展情况
晶体管的 发明
集成电路 发展历史
集成电路 的分类
微电子学 的特点
1947年12月13日 晶体管发明 1958年 的一块集成电路 1962年 CMOS技术 1967年 非挥发存储器 1968年 单晶体管DRAM 1971年 Intel公司微处理器
摩尔定律
导论 晶体管的
发明 集成电路
发展历史 集成电路
高集成度、低功耗、高性能、高可靠性是微电 子学发展的方向
微电子学的渗透性极强
它可以是与其他学科结合而诞生出一系列新的 交叉学科，例如微机电系统(MEMS)、生物芯 片等
作业
微电子学？
导论 晶体管的
微电子学核心？
发明 微电子学主要研究领域？
集成电路 发展历史
微电子学特点？
集成电路 集成电路？
的分类
例如数模(D/A)转换器和模数(A/D)转换器等
的特点
集成电路的分类
导论
晶体管的 发明
集成电路 发展历史
集成电路 的分类
微电子学 的特点
集成电路的分类
器件结构类型 集成电路规模 使用的基片材料 电路形式 应用领域
器件结构类型分类
导论
晶体管的 发明
集成电路 发展历史
集成电路 的分类
微电子学 的特点
集成电路（IC）产值的增长率（RIC）高于电子 工业产值的增长率（REI）
电子工业产值的增长率又高于GDP的增长率 （RGDP）
一般有一个近似的关系
RIC≈1.5~2REI REI≈3RGDP
微电子学发展情况
导论
晶体管的 发明
集成电路 发展历史
集成电路 的分类
微电子学 的特点
世界GDP和一些主要产业的发展情况
晶体管的 发明
集成电路 发展历史
集成电路 的分类
微电子学 的特点
1947年12月13日 晶体管发明 1958年 的一块集成电路 1962年 CMOS技术 1967年 非挥发存储器 1968年 单晶体管DRAM 1971年 Intel公司微处理器
摩尔定律
导论 晶体管的
发明 集成电路
发展历史 集成电路
高集成度、低功耗、高性能、高可靠性是微电 子学发展的方向
微电子学的渗透性极强
它可以是与其他学科结合而诞生出一系列新的 交叉学科，例如微机电系统(MEMS)、生物芯 片等
作业
微电子学？
导论 晶体管的
微电子学核心？
发明 微电子学主要研究领域？
集成电路 发展历史
微电子学特点？
集成电路 集成电路？
的分类
例如数模(D/A)转换器和模数(A/D)转换器等
《微电子学专业介绍》课件
加州大学伯克利分校
美国顶尖的公立研究型大学，微电 子学专业享有盛誉。
学习微电子学的建议
1 勤于实践
2将理论知识应 用到实际电路设计中。
紧跟微电子学领域的最新研 究进展和技术应用。
与同学们合作开展电路设计 和项目实践，提高团队合作 能力。
可再生能源
微电子学在太阳能电池和风力发电等可再生能源技 术中起着关键作用。
微电子学专业课程设置
1
模拟电子学
学习模拟电路的基本原理和设计技巧。
2
数字电子学
了解数字电路的逻辑设计和计算机组成。
3
半导体器件
学习半导体材料的物理和器件的特性以及制造工艺。
4
集成电路设计
研究集成电路的设计方法和CAD工具的应用。
微电子学历史
微电子学的历史可以追溯到20世纪50年代。随着集成电路的问世，微电子学得到了快速发展。今天，微电子学的应 用已经渗透到几乎所有的现代科技领域。
微电子学应用领域
计算机科学
微电子学在计算机硬件和芯片设计方面发挥着重要 作用。
医疗设备
微电子学的应用使得医疗设备更加精确和便携。
通信技术
微电子学带来了更小、更高效的通信设备和电子器 件。
微电子学专业就业前景
微电子学专业毕业生在计算机、通信、芯片设计和半导体制造等领域有很好的就业前景。他们可以在国内外的高科 技企业、研究机构和大学从事研究和开发工作。
微电子学专业院校介绍
清华大学
中国一流的综合性大学，拥有领先 的微电子学研究团队。
麻省理工学院
世界知名的大学，微电子学领域的 创新科研成果屡获殊荣。
《微电子学专业介绍》 PPT课件
微电子学是研究微型电子元件原理、制造和应用的学科。本PPT课件将深入介 绍微电子学的概述，历史，应用领域，专业课程，就业前景，院校介绍以及 学习建议。
《微电子学概论》课件
《微电子学概论》PPT课 件
欢迎来到《微电子学概论》PPT课件，本课程将深入探讨微电子学的定义、作 用以及在生活中的应用。我们将通过丰富的教学方法和资源，一同探索微电 子学的发展趋势，了解其研究和实验。课程结束后，我们还将回答一些常见 问题。
微电子学的定义和作用
微电子学是研究和制造微小尺寸电子元件的科学和技术。它在现代科技中发挥着重要作用，驱动着无数创新产 品和解决方案的发展。
可穿戴健康追踪器
了解可穿戴设备中使用的微电子 学传感器，用于监测身体活动和 健康数据。
电动汽车
学习电动汽车技术中的微电子学 应用，如电池管理系统和充电控 制。
微电子学教学方法和资源
实验室课程
通过实际操作和测量，深入了解微电子学原理， 并加深对电子器件的理解。
模拟设计软件
使用专业的模拟设计软件，进行电路设计和性 能验证。
3
更智能
人工智能和机器学习技术将与微电子学相结合，创造更智能的设备和系统。
Hale Waihona Puke 微电子学的研究和实验研究项目
参与微电子学研究项目，探索 新颖的电子器件和技术。
实验室实践
在实验室中进行微电子学实验， 学习电子器件的制造和测试。
仿真模拟
使用电路仿真软件，模拟电子 器件和电路的性能。
常见问题和答疑
1 为什么微电子学如此重要？
微电子学的基本原理
1 半导体物理
探索半导体材料的电子结 构和导电特性，理解电子 在材料中的行为。
2 电子器件
了解常见的电子器件，如 晶体管和集成电路，并学 习它们的操作原理。
3 电路设计
学习设计和分析微电子电 路，包括放大器、滤波器 和数字逻辑电路。
微电子学在生活中的应用
欢迎来到《微电子学概论》PPT课件，本课程将深入探讨微电子学的定义、作 用以及在生活中的应用。我们将通过丰富的教学方法和资源，一同探索微电 子学的发展趋势，了解其研究和实验。课程结束后，我们还将回答一些常见 问题。
微电子学的定义和作用
微电子学是研究和制造微小尺寸电子元件的科学和技术。它在现代科技中发挥着重要作用，驱动着无数创新产 品和解决方案的发展。
可穿戴健康追踪器
了解可穿戴设备中使用的微电子 学传感器，用于监测身体活动和 健康数据。
电动汽车
学习电动汽车技术中的微电子学 应用，如电池管理系统和充电控 制。
微电子学教学方法和资源
实验室课程
通过实际操作和测量，深入了解微电子学原理， 并加深对电子器件的理解。
模拟设计软件
使用专业的模拟设计软件，进行电路设计和性 能验证。
3
更智能
人工智能和机器学习技术将与微电子学相结合，创造更智能的设备和系统。
Hale Waihona Puke 微电子学的研究和实验研究项目
参与微电子学研究项目，探索 新颖的电子器件和技术。
实验室实践
在实验室中进行微电子学实验， 学习电子器件的制造和测试。
仿真模拟
使用电路仿真软件，模拟电子 器件和电路的性能。
常见问题和答疑
1 为什么微电子学如此重要？
微电子学的基本原理
1 半导体物理
探索半导体材料的电子结 构和导电特性，理解电子 在材料中的行为。
2 电子器件
了解常见的电子器件，如 晶体管和集成电路，并学 习它们的操作原理。
3 电路设计
学习设计和分析微电子电 路，包括放大器、滤波器 和数字逻辑电路。
微电子学在生活中的应用
第一章微电子学概论
《微电子技术基础》 电子工业出版社 2001年第一版
双极、场效应用晶体管原理 高等学校电子信息类规划教 材、全国电子信息类专业 “九五”部级重点教材。
第一章
《半导体制造基础》 Gary S.M., Simon M.S. 施敏著 代永平译 2007年
《半导体器件物理基础》
曾树荣 著 北京大学出版社 2002年 第一版
第一章
部分参考书籍
张兴，黄如，刘晓彦
《微电子学概论》 北京大学出版社 2000年第一版 涵盖了半导体物理和器件 物理基础知识，集成电路 基础知识、设计、制造、 最新技术以及发展趋势， 内容系统全面.
曹培栋，亢宝位著
谢君堂，曲秀杰等著 《微电子技术应用基础》 北京理工大学出版社 2006年 第一版
集成电路的分类
集成电路的制造特点
第一章
21世纪社会发展的三大支柱产业学-信息的存储和传输依赖微电子技术和集成电路
各种信息产品的基础就是微电子 微电子技术和集成电路带动了一些列的高科技产业发展
第一章
§1.1
微电子技术与集成电路的发展历程
微电子科学是最典型的高新技术，虽然 只有短短50多年的发展历史，但是它已 经发展成为整个信息科学技术和产业的 基础和核心，同时它又是发展极其迅速 的一门技术。 计算机的发展历程就是最生动的例证！！！ 微电子技术和集成电路改变了社会生产方式和生活方式。 甚至影响了世界经济和政治格局。
1956年 获诺贝尔物理奖
第一章
约翰· 巴丁 John Bardeen
1928年，威斯康新大学麦迪逊分校电机工程系获学士学位， 1929年，获硕士学位，毕业后留校担任电机工程研究助理。 1930年，在匹兹堡海湾实验研究所从事地球磁场等研究。 1933年，在普林斯顿大学的魏德曼指导下研究固体物理学。 1935年，任哈佛大学研究员； 1936年，获普林斯顿大学博士学位。 1941年，在华盛顿海军军械实验室工作； 1945年，贝尔电话公司实验研究所研究半导体及金属导电 机制、半导体表面性能等问题。 1947年，和布拉顿发明点接触半导体三极管； 1956年，获诺贝尔物理学奖。 1957年，和库珀、施里弗共同创立了BCS理论，对超导电性 做出合理的解释。 1972年，再次获得诺贝尔物理学奖。第一位也是目前为止 唯一两次获诺贝尔物理学奖的人。
《微电子学》课件
硅基工艺
学习硅基工艺的原理和方法，包括晶片制备、薄膜沉积和光刻等关键步骤。
集成电路设计
掌握集成电路设计的基础知识和技术，包括逻辑设计、物理设计和验证等方面。
微电子器件制造
1
工艺流程
了解微电子器件的制造流程，从掩膜制备到成品封装，每一步都至关重要。
2
质量控制
学习如何进行严格的质量控制，确保微电子器件的性能和稳定性。
3
封装技术
掌握微电子器件的封装技术，保护芯片并便于安装和连接。
应用和发展方向
了解微电子学在各个领域的应用，包括通信、医疗、能源和环境等，并展望 微电子学的未来发展。
适用对象
本课程适合对微电子学感兴趣的学生、工程师和 从业者，没有任何背景要求。
课程安排
本课程共包含多个模块，每个模块都将深入探讨 微电子学的不同领域和应用。
微电子学基础
了解微电子学的基本概念和理论，包括电子器件、电路和信号处理等方面的 知识。
半导体物理学
深入研究半导体材料的物理性质和行为，以及在微电子学中的应用。
《微电子学》PPT课件
欢迎来到《微电子学》PPT课件！本课程将带你深入了解微电子学的基础理论、 器件制造和集成电路设计等重要内容，让你成为微电子电子学的核心概念和 基本原理，掌握从设计到制造的完整流程。
重要性
微电子学是现代科技的基石，无论是手机、电脑 还是人工智能等领域，都离不开微电子学的支持。
微电子学概论课件
▪ 1977年在北京大学诞生第一块大规模集 成电路
我国微电子学的历史
▪ 1982年，成立电子计算机和大规模集 成电路领导小组
➢主任：万里
▪ 80年代：初步形成三业分离的状态
➢制造业 ➢设计业 ➢封装业
Part 3
集成电路分类
▪ 集成电路的分类
➢器件结构类型 ➢集成电路规模 ➢使用的基片材料 ➢电路形式 ➢应用领域
微电子发展史上的几个里程碑
▪ 1962年Wanlass、C. T. Sah——CMOS技术 现在集成电路产业中占95%以上
▪ 1967年Kahng、S. Sze ——非挥发存储器
▪ 1968年Dennard——单晶体管DRAM
▪ 1971年Intel公司微处理器——计算机的心脏
➢ 目前全世界微机总量约6亿台，在美国每年由计算机完成 的工作量超过4000亿人年工作量。美国欧特泰克公司认 为：微处理器、宽频道连接和智能软件将是21世纪改变 人类社会和经济的三大技术创新
▪ 集成电路：
▪ Integrated Circuit，缩写IC
➢通过一系列特定的加工工艺，将晶体管 、二极管等有源器件和电阻、电容等无 源器件，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，封装在一个外壳内，执行特定电路 或系统功能
▪ 集成电路设计与ຫໍສະໝຸດ 造的主要流程框架系统需求微电子学概论课件
2020/8/1
▪ 微电子学：Microelectronics
➢微电子学——微型电子学
➢核心——集成电路
物理电子学:在以前主要是学习电子在真空中的运动规律及其器件， 现在内容扩展了，还包括微波方面的内容。 微电子学:主要是学习半导体器件和集成电路的设计、制造、应用。 固体电子学:主要是学习电子材料方面的研制、应用。
我国微电子学的历史
▪ 1982年，成立电子计算机和大规模集 成电路领导小组
➢主任：万里
▪ 80年代：初步形成三业分离的状态
➢制造业 ➢设计业 ➢封装业
Part 3
集成电路分类
▪ 集成电路的分类
➢器件结构类型 ➢集成电路规模 ➢使用的基片材料 ➢电路形式 ➢应用领域
微电子发展史上的几个里程碑
▪ 1962年Wanlass、C. T. Sah——CMOS技术 现在集成电路产业中占95%以上
▪ 1967年Kahng、S. Sze ——非挥发存储器
▪ 1968年Dennard——单晶体管DRAM
▪ 1971年Intel公司微处理器——计算机的心脏
➢ 目前全世界微机总量约6亿台，在美国每年由计算机完成 的工作量超过4000亿人年工作量。美国欧特泰克公司认 为：微处理器、宽频道连接和智能软件将是21世纪改变 人类社会和经济的三大技术创新
▪ 集成电路：
▪ Integrated Circuit，缩写IC
➢通过一系列特定的加工工艺，将晶体管 、二极管等有源器件和电阻、电容等无 源器件，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，封装在一个外壳内，执行特定电路 或系统功能
▪ 集成电路设计与ຫໍສະໝຸດ 造的主要流程框架系统需求微电子学概论课件
2020/8/1
▪ 微电子学：Microelectronics
➢微电子学——微型电子学
➢核心——集成电路
物理电子学:在以前主要是学习电子在真空中的运动规律及其器件， 现在内容扩展了，还包括微波方面的内容。 微电子学:主要是学习半导体器件和集成电路的设计、制造、应用。 固体电子学:主要是学习电子材料方面的研制、应用。
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- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
▪ 1952年5月，英国科学家G. W. A. Dummer第一次提出了集成电路的 设想
▪ 1958年以德克萨斯仪器公司的科学 家基尔比(Clair Kilby)为首的研究 小组研制出了世界上第一块集成电 路，并于1959年公布了该结果
获得2000年Nobel物理奖
1958年第一块集成电路：TI公司的Kilby，12个器件，Ge晶片
光电导效应求牵引：二战期间雷达等武器的需求
1947年12月23 日
第一个晶体管
NPN Ge晶体管
W. Schokley J. Bardeen W. Brattain
获得1956年 Nobel物理 奖
晶体管的三位发明人：巴丁、肖克莱、布拉顿
集成电路的发明
▪ 1977年在北京大学诞生第一块大规模集 成电路
我国微电子学的历史
▪ 1982年，成立电子计算机和大规模集 成电路领导小组
➢主任：万里
▪ 80年代：初步形成三业分离的状态
➢制造业 ➢设计业 ➢封装业
Part 3
集成电路分类
▪ 集成电路的分类
➢器件结构类型 ➢集成电路规模 ➢使用的基片材料 ➢电路形式 ➢应用领域
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
Part 2
.
17
我国微电子学的历史
▪ 1955年5所学校在北大联合创建半导体 专业
➢北京大学、南京大学、复旦大学、吉林大 学、厦门大学
➢教师：黄昆、谢稀德、高鼎三、林兰英 ➢学生：王阳元、许居衍、陈星弼
功耗低、集成度高，随着特征 尺寸的缩小，速度也可以很高
▪ 双极-MOS(BiMOS)集成电路：同时包括双极和 MOS晶体管的集成电路为BiMOS集成电路，综 合了双极和MOS器件两者的优点，但制作工艺 复杂
集成电路按集成电路规模分类
▪ 集成度：每块集成电路芯片中包含的元器件数目
▪ 小规模集成电路(Small Scale IC，SSI) ▪ 中规模集成电路(Medium Scale IC，MSI) ▪ 大规模集成电路(Large Scale IC，LSI) ▪ 超大规模集成电路(Very Large Scale IC，VLSI) ▪ 特大规模集成电路(Ultra Large Scale IC，ULSI) ▪ 巨大规模集成电路(Gigantic Scale IC，GSI）
设计
掩膜版
芯片制造 过程
芯片检测 封装 测试
单晶、外 延材料
微电子科学技 术的战略地位
.
5
▪ 实现社会信息化的网络及其关键部 件不管是各种计算机和/或通讯机，
它们的基础都是微电子
➢1946年第一台计算机：ENIAC
第一台通用电 子计算机：
ENIAC
Electronic Numerical Integrator and Calculator
Part 1
.
1
▪ 微电子学：Microelectronics
➢微电子学——微型电子学
➢核心——集成电路
物理电子学:在以前主要是学习电子在真空中的运动规律及其器件， 现在内容扩展了，还包括微波方面的内容。 微电子学:主要是学习半导体器件和集成电路的设计、制造、应用。 固体电子学:主要是学习电子材料方面的研制、应用。
集成电路按器件结构类型分类
▪ 双极集成电路：主要由双极晶体管构成
➢ NPN型双极集成电路 ➢ PNP型双极集成电路
优点是速度高、驱动能力强， 缺点是功耗较大、集成度较低
▪ 金属-氧化物-半导体(MOS)集成电路：主要由 MOS晶体管(单极晶体管)构成
➢ NMOS ➢ PMOS
➢CMOS(互补MOS)
1946年2月14日
Moore School，
Univ. of Pennsylvania
18,000个电子 管组成
大小：长24m，宽6m，高2.5m 速度：5000次/sec；重量：30吨； 功率：140KW；平均无故障运行时间：7min
集成电路的作用
▪ 小型化 ▪ 价格急剧下降 ▪ 功耗降低 ▪ 故障率降低
按结构形式的分类
▪ 单片集成电路：
➢它是指电路中所有的元器件都制作 在同一块半导体基片上的集成电路
➢在半导体集成电路中最常用的半导 体材料是硅，除此之外还有GaAs等
▪ 混合集成电路：
➢厚膜集成电路 ➢薄膜集成电路
按电路功能分类
▪ 数字集成电路(Digital IC)：它是指处理数字 信号的集成电路，即采用二进制方式进行数 字计算和逻辑函数运算的一类集成电路
▪ 集成电路：
▪ Integrated Circuit，缩写IC
➢通过一系列特定的加工工艺，将晶体管、 二极管等有源器件和电阻、电容等无源 器件，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，封装在一个外壳内，执行特定电路 或系统功能
▪ 集成电路设计与制造的主要流程框架
求系 统 需
微电子发展史上的几个里程碑
▪ 1962年Wanlass、C. T. Sah——CMOS技术 现在集成电路产业中占95%以上
▪ 1967年Kahng、S. Sze ——非挥发存储器
▪ 1968年Dennard——单晶体管DRAM
▪ 1971年Intel公司微处理器——计算机的心脏
➢ 目前全世界微机总量约6亿台，在美国每年由计算机完成 的工作量超过4000亿人年工作量。美国欧特泰克公司认 为：微处理器、宽频道连接和智能软件将是21世纪改变 人类社会和经济的三大技术创新
▪ 其次，统计数据表明，发达国家在发 展过程中都有一条规律
➢ 集成电路（IC）产值的增长率（RIC）高于电子 工业产值的增长率（REI）
➢ 电子工业产值的增长率又高于GDP的增长率 （RGDP）
➢ 一般有一个近似的关系
RIC≈1.5~2REI REI≈3RGDP
晶体管的发明
▪ 理论推动
➢19世纪末20世纪初发现半导体的三个重要 物理效应
▪ 模拟集成电路(Analog IC)：它是指处理模拟 信号(连续变化的信号)的集成电路
➢ 线性集成电路：又叫做放大集成电路，如运算 放大器、电压比较器、跟随器等
➢ 非线性集成电路：如振荡器、定时器等电路
▪ 数模混合集成电路(Digital - Analog IC) ：例 如数模(D/A)转换器和模数(A/D)转换器等
▪ 1958年以德克萨斯仪器公司的科学 家基尔比(Clair Kilby)为首的研究 小组研制出了世界上第一块集成电 路，并于1959年公布了该结果
获得2000年Nobel物理奖
1958年第一块集成电路：TI公司的Kilby，12个器件，Ge晶片
光电导效应求牵引：二战期间雷达等武器的需求
1947年12月23 日
第一个晶体管
NPN Ge晶体管
W. Schokley J. Bardeen W. Brattain
获得1956年 Nobel物理 奖
晶体管的三位发明人：巴丁、肖克莱、布拉顿
集成电路的发明
▪ 1977年在北京大学诞生第一块大规模集 成电路
我国微电子学的历史
▪ 1982年，成立电子计算机和大规模集 成电路领导小组
➢主任：万里
▪ 80年代：初步形成三业分离的状态
➢制造业 ➢设计业 ➢封装业
Part 3
集成电路分类
▪ 集成电路的分类
➢器件结构类型 ➢集成电路规模 ➢使用的基片材料 ➢电路形式 ➢应用领域
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
Part 2
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17
我国微电子学的历史
▪ 1955年5所学校在北大联合创建半导体 专业
➢北京大学、南京大学、复旦大学、吉林大 学、厦门大学
➢教师：黄昆、谢稀德、高鼎三、林兰英 ➢学生：王阳元、许居衍、陈星弼
功耗低、集成度高，随着特征 尺寸的缩小，速度也可以很高
▪ 双极-MOS(BiMOS)集成电路：同时包括双极和 MOS晶体管的集成电路为BiMOS集成电路，综 合了双极和MOS器件两者的优点，但制作工艺 复杂
集成电路按集成电路规模分类
▪ 集成度：每块集成电路芯片中包含的元器件数目
▪ 小规模集成电路(Small Scale IC，SSI) ▪ 中规模集成电路(Medium Scale IC，MSI) ▪ 大规模集成电路(Large Scale IC，LSI) ▪ 超大规模集成电路(Very Large Scale IC，VLSI) ▪ 特大规模集成电路(Ultra Large Scale IC，ULSI) ▪ 巨大规模集成电路(Gigantic Scale IC，GSI）
设计
掩膜版
芯片制造 过程
芯片检测 封装 测试
单晶、外 延材料
微电子科学技 术的战略地位
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5
▪ 实现社会信息化的网络及其关键部 件不管是各种计算机和/或通讯机，
它们的基础都是微电子
➢1946年第一台计算机：ENIAC
第一台通用电 子计算机：
ENIAC
Electronic Numerical Integrator and Calculator
Part 1
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1
▪ 微电子学：Microelectronics
➢微电子学——微型电子学
➢核心——集成电路
物理电子学:在以前主要是学习电子在真空中的运动规律及其器件， 现在内容扩展了，还包括微波方面的内容。 微电子学:主要是学习半导体器件和集成电路的设计、制造、应用。 固体电子学:主要是学习电子材料方面的研制、应用。
集成电路按器件结构类型分类
▪ 双极集成电路：主要由双极晶体管构成
➢ NPN型双极集成电路 ➢ PNP型双极集成电路
优点是速度高、驱动能力强， 缺点是功耗较大、集成度较低
▪ 金属-氧化物-半导体(MOS)集成电路：主要由 MOS晶体管(单极晶体管)构成
➢ NMOS ➢ PMOS
➢CMOS(互补MOS)
1946年2月14日
Moore School，
Univ. of Pennsylvania
18,000个电子 管组成
大小：长24m，宽6m，高2.5m 速度：5000次/sec；重量：30吨； 功率：140KW；平均无故障运行时间：7min
集成电路的作用
▪ 小型化 ▪ 价格急剧下降 ▪ 功耗降低 ▪ 故障率降低
按结构形式的分类
▪ 单片集成电路：
➢它是指电路中所有的元器件都制作 在同一块半导体基片上的集成电路
➢在半导体集成电路中最常用的半导 体材料是硅，除此之外还有GaAs等
▪ 混合集成电路：
➢厚膜集成电路 ➢薄膜集成电路
按电路功能分类
▪ 数字集成电路(Digital IC)：它是指处理数字 信号的集成电路，即采用二进制方式进行数 字计算和逻辑函数运算的一类集成电路
▪ 集成电路：
▪ Integrated Circuit，缩写IC
➢通过一系列特定的加工工艺，将晶体管、 二极管等有源器件和电阻、电容等无源 器件，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，封装在一个外壳内，执行特定电路 或系统功能
▪ 集成电路设计与制造的主要流程框架
求系 统 需
微电子发展史上的几个里程碑
▪ 1962年Wanlass、C. T. Sah——CMOS技术 现在集成电路产业中占95%以上
▪ 1967年Kahng、S. Sze ——非挥发存储器
▪ 1968年Dennard——单晶体管DRAM
▪ 1971年Intel公司微处理器——计算机的心脏
➢ 目前全世界微机总量约6亿台，在美国每年由计算机完成 的工作量超过4000亿人年工作量。美国欧特泰克公司认 为：微处理器、宽频道连接和智能软件将是21世纪改变 人类社会和经济的三大技术创新
▪ 其次，统计数据表明，发达国家在发 展过程中都有一条规律
➢ 集成电路（IC）产值的增长率（RIC）高于电子 工业产值的增长率（REI）
➢ 电子工业产值的增长率又高于GDP的增长率 （RGDP）
➢ 一般有一个近似的关系
RIC≈1.5~2REI REI≈3RGDP
晶体管的发明
▪ 理论推动
➢19世纪末20世纪初发现半导体的三个重要 物理效应
▪ 模拟集成电路(Analog IC)：它是指处理模拟 信号(连续变化的信号)的集成电路
➢ 线性集成电路：又叫做放大集成电路，如运算 放大器、电压比较器、跟随器等
➢ 非线性集成电路：如振荡器、定时器等电路
▪ 数模混合集成电路(Digital - Analog IC) ：例 如数模(D/A)转换器和模数(A/D)转换器等