微电子学概论课程
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。
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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
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§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。
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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
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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
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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
微电子概论教(学)案
教案2007 ~ 2008学年第一学期院（系、部）机电工程学院教研室物理与电子科学系课程名称微电子概论专业、年级、班级05电科（1）（2）（3）班主讲教师熊志伟职称、职务助教使用教材微电子概论编号： 1课时安排： 2 学时教学课型：理论课√实验课□习题课□其它□授课章节（或主题）：第一章概论教学目的、要求：掌握： 1.集成电路的分类2.集成电路的制造特点熟悉：微电子学的基本概念了解：电子工业的发展历史、特点、未来发展方向教学容（包括基本容、重点＊、难点＃）：§ 1-1 微电子技术的发展历程一、发展历程（了解）二、发展特点（熟悉）1.集成度不断提高；（ Moore 定律）2.小特征尺寸和大圆片技术不断适应发展；（表 1-2 ）3.半导体产品的高性能化和多样化；4.微电子技术发展的多功能化；三、 21 世纪发展趋势（了解）1.缩小器件的特征尺寸2.系统集成芯片（ System On a Chip ）3.微电子技术与其他学科相结合产生的新的技术增长点§ 1-2 集成电路的分类一、按功能分类1.数字集成电路；2.模拟集成电路；3.混合集成电路；二、按电路结构分类1.单片集成电路；2.混合集成电路；a.厚膜工艺b.薄膜工艺c.多芯片组装 IC三、按有源器件分类1.双极型集成电路2.MOS 集成电路3.BiMOS 集成电路四、按电路的规模分类SSI， MSI， LSI， VLSI ，ULSI， GSI§ 1-3 集成电路制造特点一、电路系统设计二、版图设计和优化三、集成电路的加工制造四、集成电路的封装五、集成电路的测试和分析教学方式：讲授教学媒介：教科书、板书教学过程设计：授新课、问题讨论、布置作业板书设计：本章提纲板书一、微电子概论课程简介二、电子工业的发展历程三、集成电路的分类要强调的内容四、集成电路的制造特点重要的公式五、本书学习要点作业：回顾《模拟电路》课程容，参照书本预习第二章容参考书目：1、兴黄如晓彦 . 微电子学概论 . 大学， 20052、常青华敏肖山竹 . 微电子技术概论 . 国防工业， 2006教师：熊志伟职称：助教 07年9月3日编号： 2课时安排： 2 学时教学课型：理论课√实验课□习题课□其它□授课章节（或主题）：第二章集成器件物理基础§ 2-1 ～§ 2-3教学目的、要求：掌握： 1.半导体能带模型、工作原理；2.PN 结和晶体二极管工作特性和参数；了解： PN结应用和常用的半导体二极管；教学容（包括基本容、重点＊、难点＃）：§ 2-1 半导体及其能带模型一、半导体结构常用半导体材料的结构特点和导电机制二、半导体的能带模型（#）三、费米分布函数§ 2-2 半导体的导电性一、本征半导体二、非本征半导体注意其中的区别和联系三、半导体的漂移电流四、半导体的扩散电流五、半导体基本方程§ 2-3 PN 结和晶体二极管一、平衡状态下的PN结二、 PN结及晶体二极管的特性1.单向导电性2.伏安特性3.电容特性4.反向击穿特性三、二极管的等效模型教学方式：讲授教学媒介：教科书、板书教学过程设计：授新课、问题讨论、布置作业板书设计：本章重点纲要板书一、半导体结构要强调的内容二、半导体的能带模型重要的公式三、本征半导体例题的求解过程四、半导体中的电流作业：结合《模拟电路》，复习本课容课本 P911、2、 3参考书目：1、兴黄如晓彦 . 微电子学概论 .大学， 20052、常青华敏肖山竹.微电子技术概论.国防工业，2006教师：熊志伟职称：助教07年9月7日编号： 3课时安排： 2 学时教学课型：理论课√实验课□习题课□其它□授课章节（或主题）：第二章集成器件物理基础§ 2-4 ～§ 2-6教学目的、要求：掌握： 1.双极型晶体管的直流放大原理、输入输出特性、模型参数2.MOS 场效应管工作原理、直流伏安特性、模型参数了解： 1. 结型场效应管的工作特性2.双极型晶体管和 MOS场效应管的应用教学容（包括基本容、重点＊、难点＃）：§2-4 双极型晶体管（三极管）一、结构特点二、工作原理三、工作特性1.电流参数2.输出特性3.频率特性4.开关特性四、影响晶体管直流特性的因素1.基区变宽效应2.大电流效应3.小电流特性五、异质结双极晶体管（ HBT）§2-5 JFET 与 MESFET器件基础一、器件结构与电流控制原理二、 JFET 直流输出特性三、 JFET 直流转移特性四、 JFET 器件类型和电路符号五、 JFET 等效电路和模型参数§2-6 MOS 场效应晶体管一、 MOS场效应管结构二、工作原理（以NMOS增强型场效应管为例）三、 MOS晶体管直流特性及定量描述四、 MOS晶体管模型和参数五、硅栅MOS结构和自对准技术六、高电子迁移率晶体管教学方式：讲授教学媒介：教科书、板书教学过程设计：授新课、问题讨论、布置作业板书设计：本章重点纲要板书一、结构特点二、工作原理三、工作特性要强调的内容四、影响晶体管直流特性的重要的公式因素例题的讲解过程五、异质结双极晶体管（HBT ）作业：课后复习，参照参考书预习下一节课容参考书目：1、兴黄如晓彦.微电子学概论.大学，20052、常青华敏肖山竹.微电子技术概论.国防工业，2006教师：熊志伟职称：助教07年9月14日编号： 4课时安排： 2 学时教学课型：理论课√实验课□习题课□其它□授课章节（或主题）：第三章集成电路制造工艺§3-1 、§3-2教学目的、要求：掌握： 1.硅平面工艺的基本流程，基本工艺2.氧化工艺流程熟悉：流程中的常用名词，基本概念了解：目前新的工艺发展方向教学容（包括基本容、重点＊、难点＃）：§3-1硅平面工艺基本流程一、平面工艺的基本概念二、 PN结隔离双极IC 工艺基本流程三、平面工艺中的基本工艺（* ）§3-2氧化工艺一、 SiO2薄膜在集成电路中的作用二、 SiO2生长方法（ * ）1.热氧化原理2.常用方法（氧气氧化，化学气相淀积，等离子淀积）三、氮化硅薄膜的制备四、膜质量要求和检验方法1.表面检查2.厚度检查（干涉法）3.氧化层针孔密度检查4.可动电荷密度，界面态密度检查五、新的挑战教学方式：讲授教学媒介：教科书、板书教学过程设计：回顾旧知识、授新课、问题讨论、布置作业板书设计：本节纲要板书要强调的内容一、平面工艺的基本概念重要的公式二、平面工艺基本流程作图说明三、氧化工艺例题的求解过程作业：课后复习，参照参考书预习下一节课容参考书目：1、兴黄如晓彦 . 微电子学概论 . 大学， 20052、常青华敏肖山竹 . 微电子技术概论 . 国防工业， 2006教师：熊志伟职称：助教07 年9月 17日编号： 5课时安排： 2 学时教学课型：理论课√实验课□习题课□其它□授课章节（或主题）：第三章集成电路制造工艺§3-3 、§3-4教学目的、要求：掌握： 1．扩散原理及常用的方法2．离子注入技术原理及常用的方法，最新的发展方向熟悉： 1．两种方法的优缺点，应用围教学容（包括基本容、重点＊、难点＃）：§3-3 掺杂方法之一——扩散工艺一、扩散原理扩散流、扩散系数、杂质分布、结深二、常用扩散方法简介（*）1.液态源扩散2.片状源扩散3.固—固扩散4.双温区的分布扩散5、快速气相掺合6、气体浸没激光掺杂三、扩散层质量检测四、扩散工艺与集成电路设计的关系§4-2掺杂方法之二——离子注入技术一、离子注入技术的特点1．概念2．特点（ * ）二、离子注入设备1．离子源2．磁分析器3．加速管4．聚焦5．偏速器6．扫描仪7．靶室8．辅助设备三、离子注入杂质分布§3-5 光刻工艺一、光刻工艺的特征尺度二、光刻工艺过程三、超微细图形曝光技术教学方式：讲授教学媒介：教科书、板书教学过程设计：授新课、问题讨论、布置作业板书设计：本节纲要板书一、扩散原理要强调的内容二、扩散工艺常用方法重要的公式三、扩散层质量检测例题的求解过程四、离子注入技术作业：课后复习，参照参考书预习下一节课容参考书目：1、兴黄如晓彦 . 微电子学概论 . 大学， 20052、常青华敏肖山竹 . 微电子技术概论 . 国防工业， 2006教师：熊志伟职称：助教07 年9月21日编号： 6课时安排： 2 学时教学课型：理论课√实验课□习题课□其它□授课章节（或主题）：第三章集成电路制造工艺§3-6~ §3-9教学目的、要求：掌握： 1.制版工艺，外延工艺，金属化工艺，引线封装工艺的工艺流程熟悉： 1.制版工艺的质量要求2.外延工艺新技术3.金属材料的选用教学容（包括基本容、重点＊、难点＃）：§3-6 制版工艺一、集成电路生产对光刻版的质量要求二、制版工艺过程三、光刻掩版的检查§3-7 外延工艺一、外延生长原理二、外延层质量要求三、外延新技术§3-8 金属化工艺一、金属材料的选用二、金属层淀积工艺三、金属化互连系统结构四、合金化§3-9 引线封装一、键合二、封装教学方式：讲授教学媒介：教科书、板书教学过程设计：授新课、问题讨论、布置作业板书设计：本节纲要板书一、制版工艺二、外延工艺要强调的内容三、金属化工艺重要的公式四、引线封装例题的求解过程作业：课后复习，参照参考书预习下一节课容参考书目：1、兴黄如晓彦 . 微电子学概论 . 大学， 20052、常青华敏肖山竹 . 微电子技术概论 . 国防工业， 2006教师：熊志伟职称：助教07 年9月 28日编号： 7课时安排： 2 学时教学课型：理论课√实验课□习题课□其它□授课章节（或主题）：第三章集成电路制造工艺§3-10~ §3-12教学目的、要求：掌握： 1.常用的PN结隔离技术2.绝缘上硅工艺流程3.CMOS工艺流程了解：隔离技术的新发展， CMOS工艺的新发展教学容（包括基本容、重点＊、难点＃）：§3-10 隔离技术一、双极 IC 中的基本隔离技术二、双极 IC 中的介质—— PN结混合隔离三、双极 IC 中的介质隔离四、 MOS IC的隔离§3-11 绝缘物上硅一、 SIO技术二、注氧隔离技术（ SIMOX）三、硅片粘合技术§3-12 CMOS基础电路工艺流程一、 CMOS工艺二、典型 N CMOS工艺流程教学方式：讲授教学媒介：教科书、板书教学过程设计：授新课、问题讨论、布置作业板书设计：本节纲要板书一、隔离技术要强调的内容二、绝缘上硅重要的公式三、 CMOS 工艺流程例题的求解过程作业：课后复习，参照参考书预习下一节课容参考书目：1、兴黄如晓彦 . 微电子学概论 . 大学， 20052、常青华敏肖山竹 . 微电子技术概论 . 国防工业， 2006教师：熊志伟职称：助教07 年10月 5日编号： 8课时安排： 2 学时教学课型：理论课√实验课□习题课□其它□授课章节（或主题）：第四章集成电路设计§4-1～§4-2教学目的、要求：掌握： 1.集成电路的无源元件的参数2.双极晶体管的参数3.纵向设计材料、基区宽度、掺杂浓度的选择4.横向设计的版图设计规则了解： 1.常用的设计实例教学容（包括基本容、重点＊、难点＃）：§4-1集成电路的无源元件与互连线一、电容器二、电阻器三、集成电路中的电阻模型四、集成电路互连线§4-2双极型集成器件和电路设计一、双极晶体管的寄生参数（* ）二、纵向结构设计（* ）三、横向结构设计（* ）四、按比例缩小原则五、双极 PNP晶体管及设计六、双极集成电路板图设计七、板图设计实例教学方式：讲授教学媒介：教科书、板书教学过程设计：授新课、问题讨论、布置作业板书设计：本节纲要板书一、无源器件的设计和互连二、双极集成器件的电路设计要强调的内容1. 寄生参数重要的公式2. 纵向设计实例3.横向设计作业：课本 P173 1、 2参考书目：1、兴黄如晓彦 . 微电子学概论 .大学， 20052、常青华敏肖山竹 . 微电子技术概论 . 国防工业， 2006教师：熊志伟职称：助教07 年10月 12日编号： 9课时安排： 2 学时教学课型：理论课√实验课□习题课□其它□授课章节（或主题）：第四章集成电路设计§4-3 ～§4-4教学目的、要求：掌握： 1.硅栅CMOS器件的设计方法和原则2.双极和 MOS集成电路的优缺点教学容（包括基本容、重点＊、难点＃）：§4-3 MOS集成器件和电路设计一、硅栅 CMOS器件二、寄生电阻三、寄生电容四、版图设计实例§4-4 双极和 MOS集成电路比较一、制造工艺二、互连三、集成度四、性能比较教学方式：讲授教学媒介：教科书、板书教学过程设计：授新课、问题讨论、布置作业板书设计：本节纲要板书一、 MOS 集成器件和电路要强调的内容设计重要的公式二、双极和 MOS 电路比较实例作业：课本 P173 3、 4参考书目：1、兴黄如晓彦 . 微电子学概论 .大学， 20052、常青华敏肖山竹 . 微电子技术概论 . 国防工业， 2006教师：熊志伟职称：助教 07年 10月15日I 2L编号： 10课时安排： 2 学时教学课型：理论课√实验课□习题课□其它□授课章节（或主题）：第五章微电子系统设计§5-1教学目的、要求：掌握： TTL 电路， ECL电路， I 2L 电路教学容（包括基本容、重点＊、难点＃）：§5-1双极数字电路单元电路设计一、 TTL 电路1.结构与设计特点2.原理和性能分析3.实例分析二、 ECL电路1.结构与设计特点2.原理和性能分析3.实例分析三、I 2L 电路1.结构与设计特点2.原理和性能分析3.实例分析教学方式：讲授教学媒介：教科书、板书教学过程设计：授新课、问题讨论、布置作业板书设计：本节纲要板书要强调的内容一、 TTL 电路作图说明二、 ECL 电路重要的公式三、 I2L电路作业：课本 P1204－参考书目：1、兴黄如晓彦 . 微电子学概论 .大学， 20052、常青华敏肖山竹 . 微电子技术概论 . 国防工业， 2006教师：熊志伟职称：助教07 年10月 19日编号： 11课时安排： 2 学时教学课型：理论课√实验课□习题课□其它□授课章节（或主题）：第五章微电子系统设计§5-2教学目的、要求：掌握： 1. NMOS 电路与 CMOS电路的特点，性能和设计原理教学容（包括基本容、重点＊、难点＃）：§5-2MOS数字电路单元电路设计一、 NMOS电路1.结构与设计特点2.原理和性能分析3.实例分析二、 CMOS逻辑电路1.CMOS反相器2.CMOS传输门3.CMOS与非门、或非门4.复合门，异或门5.锁存器，触发器三、CMOS版图设计1.设计规则2.基本单元版图3.层次化版图设计方法教学方式：讲授教学媒介：教科书、板书教学过程设计：授新课、问题讨论、布置作业板书设计：本节纲要一、 NMOS 电路二、 CMOS 逻辑电路三、 CMOS 版图设计作业：课本P205－2062、 3、 4参考书目：板书要强调的内容作图说明重要的公式实例1、兴黄如晓彦 . 微电子学概论 .大学， 20052、常青华敏肖山竹 . 微电子技术概论 . 国防工业， 2006教师：熊志伟职称：助教07 年10月 26日编号： 12课时安排： 2 学时教学课型：理论课√复习课√习题课□其它□授课章节（或主题）：第五章微电子系统设计§5-3 ，§5-4教学目的、要求：掌握： 1.静态RAM，动态RAM，PROM，EPROM2.专用集成电路设计的常用方法教学容（包括基本容、重点＊、难点＃）：§5-3半导体存储器电路一、随机存储器1.静态 RAM2.动态 RAM二、掩模编程ROM1.PROM2.可擦除 ROM三、半导体存储器的比较§5-4专用集成电路（ASIC）设计方法一、专用集成电路设计目的和分类二、版图符号布图方法三、门阵列设计方法1.母片设计2.设计方法四、可编程逻辑器件设计方法五、标准单元设计方法六、 PLD和 LCA1.PAL 和 GAL2.LCA （ＦＰＧＡ）教学方式：讲授教学媒介：教科书、板书教学过程设计：授新课、问题讨论、复习板书设计：本节纲要板书要强调的内容一、随机存储器作图说明二、掩模编程ROM重要的公式三、半导体存储器的比较期中复习纲要作业：课本 P５、６、７205－ 206参考书目：1、兴黄如晓彦 . 微电子学概论 .大学， 20052、常青华敏肖山竹 . 微电子技术概论 . 国防工业， 2006教师：熊志伟职称：助教07 年10月 29日编号： 13课时安排： 2 学时教学课型：理论课√实验课□习题课□其它□授课章节（或主题）：第六章集成电路计算机辅助设计§5- ４～§ 6- １教学目的、要求：掌握： 1．专用集成电路设计的常用方法2． CAD， DA3． ICCAD系统和常用工具教学容（包括基本容、重点＊、难点＃）：§5-4专用集成电路（ASIC）设计方法一、专用集成电路设计目的和分类二、版图符号布图方法三、门阵列设计方法1.母片设计2.设计方法四、可编程逻辑器件设计方法五、标准单元设计方法六、 PLD和 LCA1.PAL 和 GAL2.LCA （ＦＰＧＡ）§6-1 计算机辅助设计的基本概念一、计算机辅助设计（ CAD）和设计自动化（ DA）二、CAD技术的优点三、集成电路正向 CAD过程1.电路设计2.版图设计3.测试码生成4.器件模型参数的确定5.工艺加工四、 ICCAD系统五、集成电路的逆向设计教学方式：讲授教学媒介：教科书、板书教学过程设计：授新课、问题讨论、布置作业板书设计：本节纲要板书一、专用集成电路设计要强调的内容目的和分类作图说明二、版图符号布图方法重要的公式三、门阵列设计方法1.母片设计作业：参考书目：1、兴黄如晓彦 . 微电子学概论 .大学， 20052、常青华敏肖山竹 . 微电子技术概论 . 国防工业， 2006教师：熊志伟职称：助教07 年11月 2日编号： 14课时安排： 2 学时教学课型：理论课√实验课□习题课□其它□授课章节（或主题）：第六章集成电路计算机辅助设计§6-2~ § 6-3教学目的、要求：掌握： 1． OrCAD软件特点和常用方法2． PSpice 软件特点和常用方法教学容（包括基本容、重点＊、难点＃）：§ 6-2电路和系统设计描述一、电路和系统设计的描述二、 OrCAD/Capture CIS软件三、电路图绘制模块Page Editor四、电路设计的后处理五、元器件符号库和建库模块（Page Editor）六、元器件符号标准§6-3 电路模拟一、电路模拟程序的作用和基本结构二、 PSpice 软件的基本电路特性分析功能三、 PSpice 软件的参数扫描分析功能四、 PSpice 软件的统计模拟功能五、 PSpice 软件的逻辑模拟和数模混合模拟功能六、电路优化设计七、模拟结构的分析处理—— Probe 模块教学方式：讲授教学媒介：教科书、板书教学过程设计：授新课、问题讨论、布置作业板书设计：本节纲要板书一、电路和系统设计的要强调的内容描述作图说明二、 OrCAD/Capture CIS重要的公式软件三、电路图绘制模块作业：参考书目：1、兴黄如晓彦 . 微电子学概论 .大学， 20052、常青华敏肖山竹 . 微电子技术概论 . 国防工业， 2006教师：熊志伟职称：助教07 年11月 9日编号： 15课时安排： 2 学时教学课型：理论课√实验课□习题课□其它□授课章节（或主题）：第六章集成电路计算机辅助设计§6-2~ § 6-3教学目的、要求：掌握： 1． OrCAD软件特点和常用方法2． PSpice 软件特点和常用方法教学容（包括基本容、重点＊、难点＃）：§ 6-2电路和系统设计描述一、电路和系统设计的描述二、 OrCAD/Capture CIS软件三、电路图绘制模块Page Editor四、电路设计的后处理五、元器件符号库和建库模块（Page Editor）六、元器件符号标准§ 6-3电路模拟一、电路模拟程序的作用和基本结构二、 PSpice 软件的基本电路特性分析功能三、 PSpice 软件的参数扫描分析功能四、 PSpice 软件的统计模拟功能五、 PSpice 软件的逻辑模拟和数模混合模拟功能六、电路优化设计七、模拟结构的分析处理——Probe 模块教学方式：讲授教学媒介：教科书、板书教学过程设计：授新课、问题讨论、布置作业板书设计：本节纲要板书一、电路和系统设计的要强调的内容描述作图说明二、 OrCAD/Capture CIS重要的公式软件三、电路图绘制模块作业：参考书目：1、兴黄如晓彦 . 微电子学概论 .大学， 20052、常青华敏肖山竹 . 微电子技术概论 . 国防工业， 2006教师：熊志伟职称：助教07 年11月 13日编号： 16课时安排： 2 学时教学课型：理论课√实验课□习题课□其它□授课章节（或主题）：第六章集成电路计算机辅助设计§6-3~ § 6-4教学目的、要求：掌握： 1. PSpice软件特点和常用方法2.计算机辅助版图设计过程、 L-EDIT 常用方法教学容（包括基本容、重点＊、难点＃）：§6-3 电路模拟一、电路模拟程序的作用和基本结构二、 PSpice 软件的基本电路特性分析功能三、 PSpice 软件的参数扫描分析功能四、 PSpice 软件的统计模拟功能五、 PSpice 软件的逻辑模拟和数模混合模拟功能六、电路优化设计七、模拟结构的分析处理—— Probe 模块§6-4 计算机辅助版图设计一、版图图形生成二、版图验证与分析三、版图数据文件生成四、微机用版图设计软件——L-EDIT五、版图数据中间格式CIF教学方式：讲授教学媒介：教科书、板书教学过程设计：授新课、布置作业板书设计：本节纲要板书一、电路模拟程序的作用和基本结构要强调的内容二、 PSpice 软件的基本作图说明电路特性分析功能重要的公式三、 PSpice 软件的参数扫描分析功能作业：参考书目：1、兴黄如晓彦 . 微电子学概论 .大学， 20052、常青华敏肖山竹 . 微电子技术概论 . 国防工业， 2006教师：熊志伟职称：助教07 年11月16日编号： 17课时安排： 2 学时教学课型：理论课√实验课□习题课□其它□授课章节（或主题）：第六章集成电路计算机辅助设计§6-4~ § 6-5教学目的、要求：掌握： 1.计算机辅助版图设计过程、L-EDIT常用方法2.工艺模拟流程3.器件模拟流程教学容（包括基本容、重点＊、难点＃）：§6-4 计算机辅助版图设计一、版图图形生成二、版图验证与分析三、版图数据文件生成四、微机用版图设计软件——L-EDIT五、版图数据中间格式CIF§6-5 工艺模拟和器件模拟一、工艺模拟1.作用2.容1)氧化模型2)扩散模型3)离子注入模型4)光刻模型5)外延模型6)多晶硅模型二、器件模拟1.作用2.类型3.主要的器件模拟程序教学方式：讲授教学媒介：教科书、板书教学过程设计：授新课、问题讨论、布置作业板书设计：本节纲要板书一、版图图形生成二、版图验证与分析要强调的内容三、版图数据文件生成重要的公式四、微机用版图设计软示例说明件—— L-EDIT作业：参考书目：1、兴黄如晓彦 . 微电子学概论 .大学， 20052、常青华敏肖山竹 . 微电子技术概论 . 国防工业， 2006教师：熊志伟职称：助教07 年11月 23日编号： 18课时安排： 2 学时教学课型：理论课√实验课□习题课□其它□授课章节（或主题）：第六章集成电路计算机辅助设计§6-5~ § 6-6教学目的、要求：掌握： 1.工艺模拟流程2.器件模拟流程3.系统综合和逻辑综合了解：硬件描述语言 HDL教学容（包括基本容、重点＊、难点＃）：§6-5 工艺模拟和器件模拟一、工艺模拟1.作用2.容7)氧化模型8)扩散模型9)离子注入模型10)光刻模型11)外延模型12)多晶硅模型二、器件模拟1.作用2.类型3.主要的器件模拟程序§ 6-6 数字集成电路和系统的CAD一、硬件描述语言HDL二、系统级综合三、逻辑综合四、硅编译器教学方式：讲授教学媒介：教科书、板书教学过程设计：授新课、问题讨论、布置作业板书设计：本节纲要板书一、工艺模拟要强调的内容1. 作用重要的公式2.内容1)氧化模型2)扩散模型3)离子注入模型4)光刻模型5)外延模型作业：参考书目：1、兴黄如晓彦 . 微电子学概论 .大学， 20052、常青华敏肖山竹 . 微电子技术概论 . 国防工业， 2006教师：熊志伟职称：助教07 年11月 27日编号： 19课时安排： 2 学时教学课型：理论课√实验课□习题课□其它□授课章节（或主题）：第六章集成电路计算机辅助设计§6-6~ § 6-7教学目的、要求：掌握： 1. CAD 在电子设计中的基础应用了解： 1.数字集成和模拟集成的特点2.最新的发展方向教学容（包括基本容、重点＊、难点＃）：§ 6-6 数字集成电路和系统的CAD一、硬件描述语言HDL二、系统级综合三、逻辑综合四、硅编译器§ 6-7模拟集成电路的CAD一、模拟集成电路特点二、系统特点三、研究方向1.变革模拟电路设计方法2.设计实用的模拟电路单元并建立相应的数据库3.开发适用的 CAD软件教学方式：讲授教学媒介：教科书、板书教学过程设计：授新课、布置作业板书设计：本节纲要板书一、硬件描述语言HDL二、系统级综合要强调的内容三、逻辑综合重要的公式四、硅编译器示例说明作业：参考书目：1、兴黄如晓彦 . 微电子学概论 .大学， 20052、常青华敏肖山竹 . 微电子技术概论 . 国防工业， 2006教师：熊志伟职称：助教07 年11月 30日。
微电子学概论(第一章)
– 目前，全世界计算机不包括微机在内 有几百万台，微机总量约6亿台，每年 由计算机完成的工作量超过4000亿人 年工作量
1.1 晶体管的发明
1833年英国物理学家法拉第发现氧化银的 电阻率随温度升高而增加。之后一些物理 学家又先后发现了同晶体管有关的半导体 的三个物理效应，即晶体硒在光照射下电 阻变小的光电导效应、晶体硒和金属接触 在光照射下产生电动势的半导体光生伏特 效应和金属与硅单晶接触产生整流作用的 半导体整流效应。
各种浆料通过丝网印刷的方法涂敷到基板 上，形成电阻或互连线图形，图形的形状 、尺寸和精度主要由丝网掩膜决定。每次 完成浆料印刷后要进行干燥和烧结。
薄膜集成电路是指利用薄膜工艺制作电阻 、电容元件和金属互连线。它采用的工艺 主要有真空蒸发、溅射等，各种薄膜的图 形通常采用光刻、腐蚀等工序实现。
1.1 晶体管的发明
小组对N和P型硅以及N型锗的表面设计了 一个类似光生伏特实验的装置，证实了肖 克莱的半导体表面空间电荷假说以及电场 效应的预言。之后，小组人员把一片P型 硅的表面处理成N型，滴上一滴水使之与 表面接触，在水滴中插入一个涂有蜡膜的 金属针，在水与硅之间施加8MHz的电压， 从硅中流到针尖的电流被改变，从而实现 了功率放大。
1.3.2 按集成电路规模分类
划分集成电路规模的标准
类别
SSI MSI LSI VLSI ULSI GSI
数字集成电路
MOS IC 双极IC
＜102
＜100
102～103 100～500
103～105 500～2000
105～107 107～109
＞2000
2019微电子学概论第一课
• 微电子学 • 简明历史 • 研究内容 • 发展规律
提纲
• 微电子学
• 简明历史 • 研究内容 • 发展规律
提纲
什么是微电子？（第一印象）
CPU
显卡 内存
手游
手机 主板 电脑 平板
智能机器人
Windows 8
iOS 网游
谷歌
ETC
医疗设备
IC卡
液晶电视机
安卓
支付宝 USB POS机
微信 华为
当前微电子技术的发展热点
• 生物探测芯片 • 神经网络计算（人工智能）
– 忆阻器(Memoristor)
• 超高频电路
– 石墨烯(Graphene)
• 超低功耗逻辑/存储
– 量子隧穿晶体管 – 自旋电子学晶体管
• 量子计算
– 自旋电子学晶体管
• 智能穿戴
– 柔性电子学(Flexible Electronics)
什么是微电子学？（再定义）
微电子学是一门通过微小型化系统来 传输和处理信息研究内容 • 发展规律
提纲
第一个晶体管
• 1947年12月23日 • NPN型Ge晶体管 • 发明人：
– W. Schokley – J. Bardeen – W. Brattain
010110 0 1 01 1 0
微电子器件
微电子学为代表的第三次技术革 命
• 第一次技术革命：蒸汽机（1774），卡特
– 机械代替了人力
• 第二次技术革命：电磁学（1820），奥斯 特
– 实现了能量形态的自由转换
• 第三次技术革命：代表性技术：微电子学 技术
– 实现了信息状态的自由转换 – 微电子技术是信息技术革命的技术基础
《微电子学概论》chap08省公开课金奖全国赛课一等奖微课获奖课件
先加工电路，后加工结构
电路工艺与结构加工工艺交替进行
先加工机械结构，再加工电路
26/57
几个主要MEMS器件
27/57
MEMS器件
惯性MEMS器件
➢ 加速度计 ➢ 陀螺 ➢ 压力传感器
光学MEMS器件
➢ 微光开关 ➢ 微光学平台
微执行器
➢ 微喷 ➢ 微马达
生物MEMS器件 其它
49/57
微推进器
美国喷气推进试验室(JPL)展示采取MEMS技术电阻电热式微 推进器样机(固体升华方式)。微推进器由推进剂出贮箱、微阀 、微过滤器、微型喷口等组成，微型喷口利用MEMS技术中体 硅工艺制作。其性能目标为: 比冲50～75s，推力0.5mN，功率 <2W/mN，质量为几克，大小为1cm2。
结束语
53/57
MEMS技 术及其产 品增加速 度非常之 高, 而且 当前正处 于加速发 展时期
MEMS技术
54/57
MEMS技术
55/57
电、光、 声、热、 磁力等外 界信号采 集—各种
信
信息输入 息
与模/数 处
传输
理
信息输出 与数/模 转换
执 行 器 、 显
传感器
示
器
等
信息存放
普通意义上系统集成芯片
光通信正在向有光交换功效全光通信网络 方向发展
无线通信则要求增强功效（如联网等）和
减小功耗。包含美国朗讯企业在内一些企
业和大学正在研究全光通信网用微系统及
无线通信用射频微系统
10/57
MEMS技术应用
在生物医学方面, 将光、机、电、液、生 化等部件集成在一起, 组成一个微型芯片 试验室, 用于临床医学检测, 为医生甚至 家庭提供简单、廉价、准确和快捷检测 伎俩
《微电子学概论》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
《微电子学概论》-半导体物理学-半导体及其基本特性
过剩载流子和电中性
平衡时
过剩载流子
电中性：
小注入条件
小注入条件：注入的非平衡载流子浓度 比平衡时的多数载流子浓度小的多
N型材料 P型材料
p n0 , n n0 n p0 , p p0
非平衡载流子寿命
▪ 假定光照产生 n和 ，如p 果光突然关闭， 和n 将随p时间逐渐衰减直至0，衰减的时间常数称为
半导体物理学
一．半导体中的电子状态 二．半导体中杂质和缺陷能级 三．半导体中载流子的统计分布 四．半导体的导电性 五．非平衡载流子 六．pn结 七．金属和半导体的接触 八．半导体表面与MIS结构
半导体的纯度和结构
▪ 纯度
➢ 极高，杂质<1013cm-3
▪ 结构
晶体结构
▪ 单胞
➢ 对于任何给定的晶体，可以用来形成其晶体结构的 最小单元
▪ 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。
ND ห้องสมุดไป่ตู้ A
▪ 半导体中同时存在施主和受主杂质， 且 ND N A 。
N型半导体
N型半导体
N A ND
▪ 半导体中同时存在施主和受主杂质， 且 N A ND 。
E hv
2k 2 E
2m0
半导体中电子的平均速度
▪ 在周期性势场内，电子的平均速度u可表示 为波包的群速度
u dv E hv u 1 dE
dk
dk
E(k) E(0) h 2k 2 2mn*
u
k mn*
自由电子的速度
▪ 微观粒子具有波粒二象性
p m0u
p2 E
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。
微电子学概论课程教学大纲
《微电子学概论》课程教学大纲课程名称：微电子学基础 / Conspectus of Microelectronics课程代码：020727学时：32 学分：2 讲课学时： 32 上机/实验学时：0 考核方式：考查先修课程：模拟电子技术适用专业：电子信息工程等电类专业开课院系：电子电气工程学院电子信息系教材：张兴黄如刘晓彦主编.微电子学概论（第二版）.北京：北京大学出版社,2005年主要参考书：[1] 郝跃主编.微电子学概论.北京：高等教育出版社,2003年[2] 吴德馨主编.现代微电子技术.北京：化学工业出版社,2003年[3] （美）Donald A.Neamen编.半导体器件导论.北京：清华大学出版,2006年一、课程的性质和任务本课程是电子信息工程类专业的一门专业基础课。
该门课程主要介绍了微电子学发展史、半导体器件、制造工艺、集成电路和SOC电路的设计以及计算机辅助设计技术。
该课程为学生进行微电子技术研究和集成电路的开发提供了理论基础。
二、教学内容和基本要求对本课程的学习，要求掌握集成电路的器件、组成、制造工艺及基本设计方法。
教学内容如下：第一章绪论1. 晶体管的发明和集成电路的发展史2. 集成电路的分类3. 微电子学的特点第二章半导体物理和器件物理基础1. 半导体及其基本特性2. 半导体中的载流子3. pn结4. 双极晶体管5. MOS场效应管第三章大规模集成电路基础1. 半导体集成电路概述2. 双极集成电路基础3. MOS集成电路基础第四章集成电路制造工艺1. 双极集成电路工艺流程2. MOS集成电路工艺流程3. 光刻与刻蚀技术4. 氧化5. 扩散与离子注入6. 化学气象淀积7. 接触与互联8. 隔离技术第五章集成电路设计i. 集成电路设计特点与设计信息描述ii. 集成电路的设计流程iii. 集成电路的设计规则和全定制设计方法iv. 专用集成电路的设计方法v. 集中集成电路设计方法的比较vi. 可测性设计技术第六章集成电路设计的EDA系统1. VHDL及模拟2. 综合3. 逻辑模拟4．电路模拟5．时序分析和混合模拟6．版图设计7．器件模拟8．工艺模拟9．计算机辅助测试（CAT）技术第七章系统芯片（SOC）设计1．系统芯片的基本概念和特点2．SOC设计过程第八章光电子器件1．固体中的光吸收和光发射2．半导体发光二极管第九章微机电系统1．基本概念2. 几种重要的MEMS器件3．MEMS加工工艺4．MEMS技术发展的趋势5．纳机电系统第十章纳电子器件1．纳电子器件概述2．碳纳米管和半导体纳米管3．量子电、量子线4．单电子晶体管5．分子结器件6．场效应晶体管7．逻辑器件及其电路第十一章微电子技术发展的规律和趋势1．基本规律2．趋势和展望三、实验（上机、习题课或讨论课）内容和基本要求1. 各章课后均有习题2．关于微电子发展、集成电路设计、光电子、微机电系统及纳电子等方面撰写小论文。
微电子学概论第二章半导体物理和半导体器件的原理和物理基础
n型半导体：电子 n Nd 空穴 p ni2/Nd
p型半导体：空穴 p Na 电子 n ni2/Na
载流子的输运
载流子的漂移运动：载流子在电场作用下的运动
漂移电流 J Deift qnvd qnE 引 入 迁 移 率 的 概 念
VC < VB < VE 且IC= IB
IC>> IB
同样有: IC>> IB
所以说三极管具有电流控制作用,也称之为电流放大作用。
RC IC
IB B C
UCE
RB
E
EB
UBE IE
电流关系：
IE=IB+IC
EC 直流电流放大系数
=
IC
IB
IC=IB
三极管的电流控制作用
共发射极接法放大电路
三极管具有电流控 制作用的外部条件 : （1）发射结正向偏置；
RC IC
IB B
C UCE
EC
（2）集电结反向偏置。 RB
E
对于NPN型三极管应满足: EB
UBE IE
UBE > 0
UBC < 0 即 VC > VB > VE
输入 回路
公 共
输出 回路
端
三极管的电流控制作用
共发射极接法放大电路
三极管具有电流控 制作用的外部条件 : （1）发射结正向偏置； （2）集电结反向偏置。
UBE
IE
EC
0
死区电压
输入 回路
公共端
输出 回路
UCE ≥ 1V UBE
《微电子学概论》--Chap03
深亚微米CMOS晶体管结构
STI(Shallow Trench Isolation)（浅沟道绝缘）
二、MOS数字集成电路
1 . MOS开关(以增强型NMOS为例)
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
Vg
Vo/（Vg-Vt）
Vi
T Cl
Vo 1
Vo=Vg-Vt
1
Vi/（Vg-Vt）
一个MOS管可以作为一个开关使用，电路中Cl是其负载
• 串连的PMOS可构造NOR函数 • 并联的PMOS可构造NAND函数
AB
X A
Y Y = X if A AND B = A + B
X
B Y
Y = X if A OR B = AB
PMOS Transistors pass a “strong” 1 but a “weak” 0
CMOS与非门（NAND）
第三章 大规模集成电路基础
3. 1 半导体集成电路概述
集成电路（Intergrated Circuit，IC）
集成电路领域 中两个常用术 语
芯片（Chip, Die）：没有封装的单个集成电路。 硅片（Wafer）：包含许多芯片的大圆硅片。
集成电路的成品率：
硅片上好的芯片数
Y= 硅片上总的芯片数
100%
栅源短接的E/D反相器
Vdd
Ml Vo
Me Vi
Vss
E/R、E/E、E/D反相器都是有比电路(ratioed gate): 即输出低电平和驱动管的尺寸有关。
（d）CMOS反相器（一对互补的MOSFET组成）
Vdd
Tp Ip
Vi
Vo
Tn In
• Vi为低电平时：Tn截止，Tp导通，
微电子学概论课件
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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课程号
04831510
学分
2
英文名称
Introduction to Microelectronics
先修课程
无。
中文简介
本课程主要讲授微电子科学技术的发展历史、现状和未来，介绍微电子科学技术的基础知识，使同学们知道什么是微电子学和微电子学是研究什么的，对微电子学的历史、现状、未来等有一个整体的、较为全面的了解，对半导体物理、半导体器件物理、集成电路制造工艺、集成电路设计、光电子器件、MEMS技术等有比较明确的概念。
了解：微加速度计、微陀螺、微马达等微机电系统，硅微机械加工工艺，包括体硅工艺、表面牺牲层工艺等，LIGA加工工艺
9、微电子技术发展的规律和趋势（2学时）
掌握：摩尔定律，三种等比例缩小定律
了解：微电子技术的主要发展趋势，系统芯片的概念，SOI技术、微细加工技术、高K介质材料、Cu互连等
课堂讲授为主，并辅以讨论、参观。
7、与光有关的微电子器件（2学时）
掌握：薄膜晶体管的结构和主要用途，薄膜晶体管的特点，跃迁辐射和光吸收的基本原理，光电子器件的种类及其作用。
了解：发光器件、光电探测器、太阳能电池的基本工作原理和结构，CCD器件的主要用途、器件结构和基本工作原理。
8、微机电系统（2学时）
掌握：微机电系统的概念，发展趋势，分类
掌握：集成电路CAD系统的作用，综合的作用和基本过程，逻辑、电路、器件、工艺、模拟的基本概念和主要作用，版图设计的基本概念，版图设计的主要方法。
了解：集成电路设计的CAD，VHDL语言的基本概念及主要作用，逻辑、电路、器件、工艺、模拟的基本原理，版图的自动设计方法，版图的半自动设计方法，版图的人工设计方法，版图检查与验证方法，制版技术，计算机辅助测试技术。
了解：PN结、双极晶体管和MOS晶体管的基本工作原理
3、大规模集成电路基础（2学时）
掌握：双极、MOS集成电路的特点，双极、MOS集成电路的结构（俯视图、截面图）
了解：双极、MOS 集成电路的主要结构形式及其优缺点
4、集成电路制造工艺（8学时）
掌握：双极、MOS集成电路的结构和工艺流程，光刻工艺的基本原理，湿法腐蚀，干法刻蚀，氧化硅的性质及作用，热氧化，扩散与离子注入概念、特点和作用，化学气相淀积工艺及采用这种方法可以淀积的材料，接触和互连在集成电路中的作用，物理气相淀积的方法，隔离的作用，常用的隔离方法，前工序、后工序、辅助工序的概念，前工成电路的概念，微电子技术发展的几个主要里程碑，集成电路的分类方法，MOS集成电路的概念，双极集成电路的概念；
了解：晶体管发明的过程，晶体管发明对人类社会的作用，微电子学的概念，微电子学的特点
2、半导体物理和半导体器件物理基础（4学时）
掌握：半导体的概念，杂质对半导体特性的影，PN结、双极晶体管和MOS晶体管的结构和特性，迁移率、能带、能级、载流子、扩散、漂移、电子、空穴等基本概念
英文简介
This course is mainly concerned with the history, current situation and future development of Microelectronics.
Through the course, students can obtain the basic knowledge about Microelectronics. They can have knowledge about microelectronics road map and clear understanding on semiconductor physics, semiconductor device, semiconductor manufacturing, integrated circuit design, optoelectronic device, MEMS, etc.
了解：几种常见的光刻技术，超细线条光刻技术，干法刻蚀的特点，热氧化的机理，常见的热氧化方法，扩散工艺，离子注入的基本原理，退火的作用，化学气相淀积Si、多晶硅、氧化硅、氮化硅的方法，SALICIDE结构，多层布线技术，LOCOS隔离、槽隔离、二极管隔离等的工艺流程，集成电路封装的基本工艺流程，几种常用的封装方法，超净实验室。
期末考核占60%，小论文占20%，作业占20%。
教学评估
张兴：
5、集成电路设计
掌握：集成电路设计信息描述的几种主要方法，版图结构，集成电路设计规则的作用，简单集成电路设计的基本方法。
了解：集成电路设计的特点，集成电路分层分级设计的流程，全定制、门阵列、标准单元、积木块、可编程逻辑等设计方法的概念，各种设计方法的特点，可测性设计技术
6、集成电路设计的CAD系统（2学时）
开课院系
信息科学技术学院
通选课领域
a
是否属于艺术与美育
否
平台课性质
平台课类型
授课语言
中文
教材
微电子学概论,张兴、黄如、刘晓彦,北京大学出版社,2010年,第三版；
参考书
教学大纲
使学生知道什么是微电子学和微电子学是研究什么的；
使学生对微电子学的历史、现状、未来有一个整体的了解；
使学生对半导体物理、器件物理、集成电路工艺、集成电路设计、MEMS技术等有比较明确的概念。