【课件】基础讲座-半导体、微电子、集成电路技术基础介绍精编版
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1.正向特性 图1-10所示曲线①部分为正向特性。在二极管两端加正向
电压较低时，由于外电场较弱，还不足以克服PN结内电场 对多数载流了扩散运动的阻力，所以正向电流很小，几乎为 零。此时二极管呈现出很大的电阻。
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1.2 半导体二极管
2.反向特性 图1-10所示曲线②部分为反向特性。二极管两端加上反向
电压时，由于少数载流子漂移而形成的反向电流很小，且在 一定的电压范围内基本上不随反向电压而变化，处于饱和状 态，所以这一段电流称为反向饱和电流IR。硅管的反向饱和 电流约在1μA至几十微安，锗管的反向饱和电流可达几百微 安，如图1-10的OC(OC’)段所示。 3.反向击穿特性 如图1-10中曲线③部分所示，当反向电压增加到一定数值 时，反向电流急剧增大，这种现象称为一极管的反向击穿。 此时对应的反向击穿电压用UBR表示。
1.4.2 晶体三极管的工作原理
三极管有两个按一定关系配置的PN结。由于两个PN结之间 的互相影响，使三极管表现出和单பைடு நூலகம்PN结不同的特性。三 极管最主要的特性是具有电流放大作用。下面以NPN型二极 管为例来分析。
1.电流放大作用的条件 三极管的电流放大作用，首先取决于其内部结构特点，即发
射区掺杂浓度高、集电结面积大，这样的结构有利于载流子 的发射和接收。而基区薄且掺杂浓度低，以保证来自发射区 的载流子顺利地流向集电区。其次要有合适的偏置。三极管 的发射结类似于二极管，应正向偏置，使发射结导通，以控 制发射区载流子的发射。而集电结则应反向偏置，以使集电 极具有吸收由发射区注入到基区的载流子的能力，从而形成 集电极电流。
1.1 半导体基础知识
1.1.1本征半导体
不含杂质且具有完整品体结构的半导体称为本征半导体。最 常用的本征半导体是锗和硅品体，它们都是四价元素，在其 原子结构模型的最外层轨道上各有四个价电子。在单品结构 中，由于原子排列的有序性，价电子为相邻的原子所共有， 形成了如图1-1所示的共价键结构，图中的+4表示四价元素 原子核和内层电子所具有的净电荷。本征半导体在温度 T=0K(热力学温度)目没有其他外部能量作用时，其共价键 中的价电子被束缚得很紧，不能成为自由电子，这时的半导 体不导电，在导电性能上相当于绝缘体。但是，当半导体的 温度升高或给半导体施加能量(如光照)时，就会使共价键中 的某些价电子获得足够的能量而挣脱共价键的束缚，成为自 由电子，同时在共价键中留下一个空位，这个现象称为本征 激发，如图1-2所示，自由电子是本征半导体中可以参与导 电的一种带电粒子，叫做载流子。
电压较低时，由于外电场较弱，还不足以克服PN结内电场 对多数载流了扩散运动的阻力，所以正向电流很小，几乎为 零。此时二极管呈现出很大的电阻。
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1.2 半导体二极管
2.反向特性 图1-10所示曲线②部分为反向特性。二极管两端加上反向
电压时，由于少数载流子漂移而形成的反向电流很小，且在 一定的电压范围内基本上不随反向电压而变化，处于饱和状 态，所以这一段电流称为反向饱和电流IR。硅管的反向饱和 电流约在1μA至几十微安，锗管的反向饱和电流可达几百微 安，如图1-10的OC(OC’)段所示。 3.反向击穿特性 如图1-10中曲线③部分所示，当反向电压增加到一定数值 时，反向电流急剧增大，这种现象称为一极管的反向击穿。 此时对应的反向击穿电压用UBR表示。
1.4.2 晶体三极管的工作原理
三极管有两个按一定关系配置的PN结。由于两个PN结之间 的互相影响，使三极管表现出和单பைடு நூலகம்PN结不同的特性。三 极管最主要的特性是具有电流放大作用。下面以NPN型二极 管为例来分析。
1.电流放大作用的条件 三极管的电流放大作用，首先取决于其内部结构特点，即发
射区掺杂浓度高、集电结面积大，这样的结构有利于载流子 的发射和接收。而基区薄且掺杂浓度低，以保证来自发射区 的载流子顺利地流向集电区。其次要有合适的偏置。三极管 的发射结类似于二极管，应正向偏置，使发射结导通，以控 制发射区载流子的发射。而集电结则应反向偏置，以使集电 极具有吸收由发射区注入到基区的载流子的能力，从而形成 集电极电流。
1.1 半导体基础知识
1.1.1本征半导体
不含杂质且具有完整品体结构的半导体称为本征半导体。最 常用的本征半导体是锗和硅品体，它们都是四价元素，在其 原子结构模型的最外层轨道上各有四个价电子。在单品结构 中，由于原子排列的有序性，价电子为相邻的原子所共有， 形成了如图1-1所示的共价键结构，图中的+4表示四价元素 原子核和内层电子所具有的净电荷。本征半导体在温度 T=0K(热力学温度)目没有其他外部能量作用时，其共价键 中的价电子被束缚得很紧，不能成为自由电子，这时的半导 体不导电，在导电性能上相当于绝缘体。但是，当半导体的 温度升高或给半导体施加能量(如光照)时，就会使共价键中 的某些价电子获得足够的能量而挣脱共价键的束缚，成为自 由电子，同时在共价键中留下一个空位，这个现象称为本征 激发，如图1-2所示，自由电子是本征半导体中可以参与导 电的一种带电粒子，叫做载流子。
半导体基础知识PPT培训课件
半导体基础知识ppt培 训课件
目录
• 半导体简介 • 半导体材料 • 半导体器件 • 半导体制造工艺 • 半导体技术发展趋势 • 案例分析
半导体简介
01
半导体的定义
总结词
半导体的定义
详细描述
半导体是指在常温下导电性能介于导体与绝缘体之间的材料，常见的半导体材 料有硅、锗等。
半导体的特性
总结词
化合物半导体具有宽的禁带宽度和高 的电子迁移率等特点，使得化合物半 导体在光电子器件和高速电子器件等 领域具有广泛的应用。
掺杂半导体
掺杂半导体是在纯净的半导体中掺入其他元素，改变其导电 性能的半导体。
掺杂半导体的导电性能可以通过掺入不同类型和浓度的杂质 来调控，从而实现电子和空穴的平衡，是制造晶体管、集成 电路等电子器件的重要材料。
掺杂的目的是形成PN结、调控载流 子浓度等，从而影响器件的电学性能。
掺杂和退火的均匀性和控制精度对器 件性能至关重要，直接影响最终产品 的质量和可靠性。
半导体技术发展趋势
05
新型半导体材料
硅基半导体材料
宽禁带半导体材料
作为传统的半导体材料，硅基半导体 在集成电路、微电子等领域应用广泛。 随着技术的不断发展，硅基半导体的 性能也在不断提升。
半导体制造工艺
04
晶圆制备
晶圆制备是半导体制造的第一步，其目的是获得具有特定晶体结构和纯度的单晶硅 片。
制备过程包括多晶硅的提纯、熔炼、长晶、切磨、抛光等步骤，最终得到可用于后 续工艺的晶圆。
晶圆的质量和表面光洁度对后续工艺的成败至关重要，因此制备过程中需严格控制 工艺参数和材料质量。
薄膜沉积
输入 标题
详细描述
集成电路的制作过程涉及微电子技术，通过一系列的 工艺步骤，将晶体管、电阻、电容等电子元件集成在 一块硅片上，形成复杂的电路。
目录
• 半导体简介 • 半导体材料 • 半导体器件 • 半导体制造工艺 • 半导体技术发展趋势 • 案例分析
半导体简介
01
半导体的定义
总结词
半导体的定义
详细描述
半导体是指在常温下导电性能介于导体与绝缘体之间的材料，常见的半导体材 料有硅、锗等。
半导体的特性
总结词
化合物半导体具有宽的禁带宽度和高 的电子迁移率等特点，使得化合物半 导体在光电子器件和高速电子器件等 领域具有广泛的应用。
掺杂半导体
掺杂半导体是在纯净的半导体中掺入其他元素，改变其导电 性能的半导体。
掺杂半导体的导电性能可以通过掺入不同类型和浓度的杂质 来调控，从而实现电子和空穴的平衡，是制造晶体管、集成 电路等电子器件的重要材料。
掺杂的目的是形成PN结、调控载流 子浓度等，从而影响器件的电学性能。
掺杂和退火的均匀性和控制精度对器 件性能至关重要，直接影响最终产品 的质量和可靠性。
半导体技术发展趋势
05
新型半导体材料
硅基半导体材料
宽禁带半导体材料
作为传统的半导体材料，硅基半导体 在集成电路、微电子等领域应用广泛。 随着技术的不断发展，硅基半导体的 性能也在不断提升。
半导体制造工艺
04
晶圆制备
晶圆制备是半导体制造的第一步，其目的是获得具有特定晶体结构和纯度的单晶硅 片。
制备过程包括多晶硅的提纯、熔炼、长晶、切磨、抛光等步骤，最终得到可用于后 续工艺的晶圆。
晶圆的质量和表面光洁度对后续工艺的成败至关重要，因此制备过程中需严格控制 工艺参数和材料质量。
薄膜沉积
输入 标题
详细描述
集成电路的制作过程涉及微电子技术，通过一系列的 工艺步骤，将晶体管、电阻、电容等电子元件集成在 一块硅片上，形成复杂的电路。
集成电路基础知识培训课件(PPT 33页)
集成电路制造流程
1、掩膜版加工 2、晶圆加工
前工序
3、中测（切割、减薄、挑粒）
4、封装或绑定
后工序
5、成测
集成电路制造流程
掩膜版加工
在半导体制造的整个流程中，其中一部分就是从版图到wafer制造中 间的一个过程，即光掩膜或称光罩(mask)制造。这一部分是流程衔接的关 键部分，是流程中造价最高的一部分，也是限制最小线宽的瓶颈之一。
引脚数≥00mil时，俗称宽体。
3、前、后工序:IC制造过程中, 晶圆光刻的工艺(即所谓流 片),被称为前工序,这是IC制造的最要害技术;晶圆流片后, 其切割、封装等工序被称为后工序。
中测（硅片的测试）
中测（Wafer test）是半导体后道封装测试的第一站。 中测有很多个名称，比如针测、晶圆测试、CP（Circuit Probing）、 Wafer Sort、Wafer Probing等等。 中测的目的是将硅片中不良的芯片挑选出来，然后打上红点或者是黑点。
随着IC高度集成化、芯片和封装面积的增大、封装层的薄壳 化以及要求价格的进一步降低，对于模塑料提出了更高且综合性 的要求。
2、集成电路封装形式的简介
集成电路的封装形式有很多，按封装形式可分 三大类，即双列直插型、贴片型和功率型。
在选择器件封装形式应首先考虑其胶体尺寸和 脚间距这两点。胶体尺寸是指器件封装材料部分的 宽度（H），一般用英制mil来标注；脚间距是指器 件引脚间的距离（L），一般用公制mm来标注。
集成电路的英文是：Integrated Circuit 简称为IC
2、集成电路的分类
• 通用集成电路General IC 例如单片机、存储器等，通用都可以理解为一般常用的。
• 专用集成电路Application Specific Integrated Circuit 简称为ASIC ASIC是专门为了某一种或几种特定功能而设计的，它也 是相对于通用集成电路而言的，除通用的一些集成电路外， 都可称为专用集成电路。
半导体基础知识ppt课件
多。这样所产生的电容就是扩散
电容CD。
(1-31)
CB在正向和反向偏置时均不能忽略。而反向偏置 时，由于载流子数目很少，扩散电容可忽略。
PN结高频小信号时的等效电路： rd
势垒电容和扩散电 容的综合效应
(1-32)
二极管：死区电压=0 .5V，正向压降0.7V(硅二极管) 理想二极管：死区电压=0 ，正向压降=0
受主原子。
硼原子
P 型半导体中空穴是多子，电子是少子。
(1-16)
三、杂质半导体的示意表示法
－－－－ － － －－－－ － － －－－－ － － －－－－ － －
+ +++++ + +++++ + +++++ + +++++
P 型半导体
N 型半导体
杂质型半导体多子和少子的移动都能形成电流。
但由于数量的关系，起导电作用的主要是多子。 近似认为多子与杂质浓度相等。
稳压二极管的应用举例
i
iL
稳压管的技术参数:
UzW 10V, Izmax 20mA, ui
R
DZ
iZRL uo
Izmin 5mA
负载电阻 RL 10k。要求当输入电压由正常值发
生20%波动时，负载电压基本不变。
求：电阻R和输入电压 ui 的正常值。
解：令输入电压达到上限时，流过稳压管的电
(1-9)
空穴
+4
+4
+4
+4
自由电子 束缚电子
(1-10)
集成电路技术讲座(PPT 79页)
加速测试(1)
•加速试验的目的是在于让确实存在的缺 陷提前暴露出来，而不是为了诱导产生 新的缺陷或让存在的缺陷逃脱 •加速力选择要与器件可靠性要求紧密关 联，否则可能对改进设计、材料选择、 工艺参数确定等方面产生误导作用。
加速因子
加速因子： 常规条件下的失效时间 加速试验条件下的失效时间
加速因子不但与加速试验条件有关， 还与失效机理、失效位置等因素有关
Qbd＝tdbJ(t)dt
TDDB测试
TDDB
TDDB
电迁移现象
MTF=AJ-n exp[-EA/kT]
MTF=20 年 Jmax=105A/cm2
电迁移测试
%
积 累
90 70
失
效 50
30
10
Pure Al
Al-4%Cu
J=4E6A/cm2 T=175℃
6 10 100 7
400 1000 MTF (hr)
热电子效应
Vs N+
Ig Vgs
Vd N+
Isub Vb
热电子效应测试
• NMOS 0.5um 5V design • 测试方法
Vds=6.7V，7.0V, 7.3V Vss and Vbs=0V Vgs set to max Ibs
失效判据： Gm 偏移10% 时所需时间 T0.1 (->time to 0.1 failure) • 作Ibs/Ids－T0.1图 • 根据Berkeley model预测寿命 ttfIds=Cx-m (ttf 是失效0.1%的时间, C是 Ibs/Ids－T0.1图截距，m是斜率）
• 条件： 121oC/100%RH，205kPa（2atm），
集成电路技术讲座
半导体基础知识PPT幻灯片课件
流为Izmax 。
i
I zmax
U ZW RL
25mA
1.2ui iR U zW 25R 10
——方程1
(1-37)
令输入电压降到下限 时，流过稳压管的电 流为Izmin 。
i
iL
R
ui
DZ
iZRL uo
i
I
zm in
U ZW RL
10mA
0.8ui iR U zW 10R 10
在常温下，由于热激发，使一些价电子获 得足够的能量而脱离共价键的束缚，成为自由电 子，同时共价键上留下一个空位，称为空穴。
(1-9)
空穴
+4
+4
+4
+4
自由电子 束缚电子
(1-10)
2.本征半导体的导电机理
本征半导体中存在数量相等的两种载流子，即 自由电子和空穴。
+4
+4
+4
+4
在其它力的作用下， 空穴吸引附近的电子 来填补，这样的结果 相当于空穴的迁移， 而空穴的迁移相当于 正电荷的移动，因此 可以认为空穴是载流 子。
(1-43)
1.4.2 电流放大原理
基区空穴
向发射区
的扩散可
忽略。
B
进 少部入分P区与R的B基电区子的
空穴复合，形成
电流IBEE，B 多数
扩散到集电结。
C
N
P
IBE
N
E IE
发射结正 偏，发射 区电子不 断向基区 扩散，形 成发射极
电流EICE。
(1-44)
集电结反偏， 有少子形成的
《半导体基础》课件
在温度升高或电场加强时，电 子和空穴的输运能力增强。
掺杂可以改变半导体的导电性 能，增加载流子的数量。
半导体中的热传导
01 热传导是热量在半导体中传递的过程。
02 热传导主要通过晶格振动和自由载流子传 递。
03
半导体的热传导系数受到温度、掺杂浓度 和材料类型的影响。
04
在高温或高掺杂浓度下，热传导系数会增 加。
模拟电路和数字电路中均有广泛应用。
场效应晶体管
总结词
场效应晶体管是一种电压控制型器件，利用电场效应来控制导电沟道的通断。
详细描述
场效应晶体管可分为N沟道和P沟道两种类型，通过调整栅极电压来控制源极和漏极之 间的电流。场效应晶体管具有低噪声、高输入阻抗和低功耗等优点，广泛应用于放大器
和逻辑电路中。
集成电路基础
掺杂半导体
N型半导体
通过掺入施主杂质，增加自由电子数量，提高导电能力。
P型半导体
通过掺入受主杂质，增加自由空穴数量，提高导电能力。
宽禁带半导体
碳化硅（SiC）
具有宽禁带、高临界击穿场强等特点， 适用于制造高温、高频、大功率的电子 器件。
VS
氮化镓（GaN）
具有宽禁带、高电子迁移率等特点，适用 于制造蓝光、紫外线的光电器件。
详细描述
二极管由一个PN结和两个电极组成，其单 向导电性是由于PN结的正向导通和反向截 止特性。根据结构不同，二极管可分为点接 触型、肖特基型和隧道二极管等。
双极晶体管
总结词
双极晶体管是一种电流控制型器件，具有放 大信号的功能。
详细描述
双极晶体管由三个电极和两个PN结组成， 通过调整基极电流来控制集电极和发射极之 间的电流，实现信号的放大。双极晶体管在
《集成电路基础知识培训》讲义
标准包装规格
对于SMD 产品，标准包装质量如下表所述。请根据包装数量进行订购。 1. 盒装 柱面式产品用乙烯袋包装，每批包含250到1000件。 然后，将1到20袋装入内盒以组成一批。 最后，将内盒放入纸箱以便装运。（质量随型号的变化而变化。）
2. 管装
DIP产品放置抗静电集成电路管内并装到盒子里以便进行运送。
1)双列直插封装-DIP (Dual In-line Package) 特点：常见封装方法，可以插入插座中(易于测试) ，也可永久焊接到 印刷电路板的小孔上 ，成本较低，适用范围广 。
胶体尺寸分为：300mil、600mil、750mil三种，常用的是300mil、600mil两种。 脚间距一般均为 2.54mm,一般情况下: 引脚数≥24时其胶体尺寸为300mil时，俗称窄体； 引脚数≥24时其胶体尺寸为600mil时，俗称宽体。 适用产品：电源管理类产品、音频、语音IC、LED驱动、电源保护等。 [其他] SDIP (Shrink DIP) 紧缩式双列直插封装，比常规DIP针脚密度高 PDIP (Plastics DIP) 塑料双列直插封装,两管脚间距比常规小，俗称廋型DIP
IC Base Training
集成电路 基础知识
主讲：罗慧丽
一、集成电路的基本概念及分类
第一节 集成电路的基本概念知识
1、什么是集成电路？
我们通常所说的“芯片”指集成电路, 那什么是集成电路呢？
所谓集成电路就是把一个单元电路或一些功能电路，甚至某一整机的功能电路集中 制作在一个晶片上，再封装在一个便于安装、焊接的外壳中的电路上。集成电路有膜 （薄膜、厚膜）、半导体集成电路及混合集成电路。半导体集成电路是利用半导体工艺 将一些晶体管、电阻器、电容器以及连线等制作在很小的半导体材料或绝缘基片上，形 成一个完整电路，封装在特制的外壳中，从壳内向壳外接出引线，半导体集成电路常用 IC表示。
《集成电路基础知识培训》讲义
照等。
手机芯片设计与制造需要考虑到 功耗、性能、面积和成本等多个 因素，同时还需要满足日益增长
的计算和通信需求。
高集成度、低功耗和高效能是手 机芯片设计与制造的重要发展趋
势。
案例二：汽车电子控制系统中的集成电路
汽车电子控制系统是集成电路 应用的另一个重要领域，涉及 到汽车的安全、舒适和节能等 方面。
包含5000-10万个逻辑门或5万-100万个晶 体管。
包含超过10万个逻辑门或超过100万个晶体 管。
按结构分类
单片集成电路
多芯片组件（MCM）
整个电路集成在一块芯片上，如微处 理器、存储器等。
将多个独立的芯片通过导电胶粘接或 其它互连技术集成在一起，形成一个 整体。
混合集成电路
由多个独立的半导体器件和被动元件， 通过一定的电路互连集成在一块衬底 上。
根据规格说明书，进行逻辑设计，包括算法 设计、逻辑电路设计等。
规格制定
根据需求分析结果，制定芯片规格说明书， 明确芯片功能、性能参数等。
物理设计
将逻辑设计转化为物理版图，进行布局、布 线、电磁兼容性等设计。
集成电路制造流程
薄膜制备
在晶圆表面制备所需薄膜，如 氧化层、绝缘层等。
掺杂与退火
通过掺杂工艺将杂质引入晶圆 中，实现不同导电类型的区域， 并进行退火处理。
材料准备
准备晶圆、光刻胶等制造所需 材料。
光刻与刻蚀
通过光刻技术将设计好的电路 图形转移到晶圆表面，然后进 行刻蚀，形成电路结构。
测试与封装
对制造完成的芯片进行测试， 确保性能达标，然后进行封装， 便于应用。
集成电路测试与验证
功能测试
测试芯片的功能是否符合设计要求， 验证逻辑和性能参数是否达标。
手机芯片设计与制造需要考虑到 功耗、性能、面积和成本等多个 因素，同时还需要满足日益增长
的计算和通信需求。
高集成度、低功耗和高效能是手 机芯片设计与制造的重要发展趋
势。
案例二：汽车电子控制系统中的集成电路
汽车电子控制系统是集成电路 应用的另一个重要领域，涉及 到汽车的安全、舒适和节能等 方面。
包含5000-10万个逻辑门或5万-100万个晶 体管。
包含超过10万个逻辑门或超过100万个晶体 管。
按结构分类
单片集成电路
多芯片组件（MCM）
整个电路集成在一块芯片上，如微处 理器、存储器等。
将多个独立的芯片通过导电胶粘接或 其它互连技术集成在一起，形成一个 整体。
混合集成电路
由多个独立的半导体器件和被动元件， 通过一定的电路互连集成在一块衬底 上。
根据规格说明书，进行逻辑设计，包括算法 设计、逻辑电路设计等。
规格制定
根据需求分析结果，制定芯片规格说明书， 明确芯片功能、性能参数等。
物理设计
将逻辑设计转化为物理版图，进行布局、布 线、电磁兼容性等设计。
集成电路制造流程
薄膜制备
在晶圆表面制备所需薄膜，如 氧化层、绝缘层等。
掺杂与退火
通过掺杂工艺将杂质引入晶圆 中，实现不同导电类型的区域， 并进行退火处理。
材料准备
准备晶圆、光刻胶等制造所需 材料。
光刻与刻蚀
通过光刻技术将设计好的电路 图形转移到晶圆表面，然后进 行刻蚀，形成电路结构。
测试与封装
对制造完成的芯片进行测试， 确保性能达标，然后进行封装， 便于应用。
集成电路测试与验证
功能测试
测试芯片的功能是否符合设计要求， 验证逻辑和性能参数是否达标。
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集成电路的分类
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）
微电子技术
微电子学 微电子学（Microelec tronics）是研究在半导体
材料上构成的微小化电路及系统的电子学分支。 微电子技术
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。微电子技术包 括系统电路设计、器件物理、工艺技术、材料制备、 自动测试以及封装等一系列专门的技术，微电子技术 是微电子学中的各项工艺技术的总和。
内含2.91亿晶体管 特征尺寸45nm
集成电路的设计
集成电路的设计
1.传统的设计方法
– 设计和绘制电子线路图 – 集成电路的线路图转绘成芯片布局图 – 数字化成“掩膜（Mask）”图纸 – 在半导体材料（例如硅晶片）上进行注入、退火、光
刻、镀膜…… – 芯片切割、测试
2.目前，集成电路的设计过程：
左起依次为： 巴丁（J. Bardeen） 肖克莱（Shockley） 布兰坦（Brattain）
59年 基尔比& 诺伊斯发明集成电路
59年诺依斯发明平面MOS工艺，集成电路量产
1970 – 第一个商用DRAM存储器 1Kbits 1971 – 第一个微处理器 1000 晶体管 1972 - Intel 8008 3,500 晶体管, 200kHz 时钟
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
• 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：又叫做集成放大电路，如运算 放大器、电压比较器、跟随器等
微电子：到底有多微……
15mm
放大2000倍
放大20000倍
放大40000倍
0.15um
100 m 头发丝粗细
30m
50m 30~50m (皮肤细胞的大小)
1m 1m (晶体管的大小)
90年代生产的集成电路中晶体管大小与人 类头发丝粗细、皮肤细胞大小的比较
晶体管：基于半导体晶体的电子器件：二极管、三极管、 场效应管（MOS管），具有开关、整流、放大等功能。
+4
+4
+4
+4
• 微电子技术核心——集成电路
• Integrated Circuit，缩写IC
通过一系列特定的加工工艺，将晶体管器 件，按照一定的电路互连，“集成”在一 块半导体单晶片上，封装在一个外壳内， 执行特定电路或系统功能
集成电路的工艺制造
集成电路芯片制造过程 —制造业—
用掩膜版 重复
20-30次
硅片
由氧化、淀积、离子注入或蒸 发形成新的薄膜或膜层
曝光 刻蚀
测试和封装
SiO2
场效应管
金属
源极s 栅极-g 漏极d
-
-
N+
N+
P衬 底
-
衬底b
Intel Core 2 芯片尺寸为143平方毫米，
定义电路的功能、指标、性能
原理电路设计
电路模拟(SPICE)
不符合
布局(Layout) 原型电路制备
不符合
测试、评测
工艺问题
产品
使用硬件设计语言
– 硬件描述语言Hardware Discription Language， HDL
– 是一种用于电路设计的高级语言。超高速集成电 路硬件描述语言，主要是应用在数字电路的设计
– 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
集成电路的制造过程
• 电路设计 • 工艺制造 • 测试封装
集成电路产业的发展趋势：
独立的设计公司（Design House） ARM、qualcomm、nVIDIA、联发科
~2010 1 x 1010 transistors
1947 1 transistor
0.1nm nm
0.1m
原子
DNA
病毒
10m 1mm
头发 灰尘
100mm 10 m
人
微电子
微电子技术发展历史
47年 贝尔实验室制成第一只半导体晶体管
标志着电子时代的到来
肖克莱，布兰坦，巴丁
1948年1月，肖克莱提出了结型晶体管的理论。 1949年，贝尔实验室做出了第一个锗PNP型晶体管。
S S IM S I L S I V L S I U L S I G S I 元 件 数 < 1 0 21 0 2 ~ 1 0 3 1 0 3 ~ 1 0 5 1 0 5 ~ 1 0 7 1 0 7 ~ 1 0 9 > 1 0 9 门 数 < 1 0 1 0 ~ 1 0 21 0 2 ~ 1 0 41 0 4 ~ 1 0 61 0 6 ~ 1 0 8> 1 0 8
– HDL有两种用途：系统仿真和硬件实现 – HDL和传统的原理图输入方法的关系就好比是高
级语言和汇编语言的关系
• 美国国防部的VHDL（VHSIC HDL）
• Verilog HDL • 可以描述硬件电路的功能，信号连接关系及定时关系，
半导体材料、微电子器件的基本概念
电子技术： 电子元器件（电阻、电容、电感、二极管、三极管、 场效应管……）构成的电路
电子管时代
第一台通用电 子计算机：
ENIAC
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； 平均无故障运行时间：7min
独立的制造厂家（标准的Foundary） 台积电（50%）、台联电（25%）、sumsang、 中芯国际（4%）
独立的封装厂 日月光、通富微电
集成电路产业的分工
IC设计
晶圆制造
IC制造
封装
测试
投资金额
10 - 100 万
附加价值
50 - 60%
1 - 20 亿 20 - 30%
500-1500万 10 - 20%