微电子学概论 ppt课件

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电子行业微电子学概论课件

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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

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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
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。
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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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《微电子学概论》大规模集成电路基础-PPT精品文档

《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


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

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

《微电子学专业介绍》课件

《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》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

第一章微电子学概论

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ch纳电子器件PPT课件

微电子学概论ch纳电子器件PPT课件
第16页/共48页
碳纳米管(Carbon nanotube)
• 含有一层石墨烯片层的称为单壁纳米碳管(Single walled carbon nanotube, SWNT),直径一般为 1-6 nm,最小直径大约为0.4 nm,SWNT的直径 大于6nm以后特别不稳定,会发生SWNT管的塌陷, 长度则可达几百纳米到几个微米。因为SWNT的最小 直径与富勒烯分子类似,故也有人称其为巴基管或富 勒管。
纳米材料的四大效应
• 小尺寸效应 • 量子尺寸效应 • 表面效应 • 宏观量子隧道效应
第25页/共48页
小尺寸效应
当超细微粒的尺寸与光波波长等物理 特征尺寸相当或更小时,晶体周期性的 边界条件将被破坏;非晶态纳米微粒的 颗粒表面层附近原子密度减小,导致声、 光❖、光电吸、收磁显著、增热加、力学等特性呈现新的 效❖应出。现吸收峰的等离子共振频移
❖ 磁有序态变为磁无序态 ❖ 超导相变为正常相
第26页/共48页
量子尺寸效应
当金属粒子尺寸下降到某一值时,金 属费米能级附近的电子能级由准连续变 为离散能级的现象,并且纳米半导体微 粒存在不连续的被占据分子最高轨道和 未被占据的分子最低轨道能级。
能隙变宽现象称为量子尺寸效应。
第27页/共48页
表面效应
• 在硅上,目前已经生产最小线宽为130nm 的电路,再进一步发展到线宽小于100nm 时,将会遇到两大难题:
1. 光刻技术的限制,刻蚀尺寸已远小于所用光束 波长,而且掩膜的平整度、基板的平整度以及 两者之间的平行度已经成为工艺方面的不可逾 越的障碍。
第33页/共48页
解决的思路
• 目前可分为两种类型:
• 充入一个电子的所需要的能量为:
EC=e2/2C

《微电子学》课件

《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

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。
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研究的热点
自1968年开始,硅技术为代表的信息技术领域的学术 论文超过了以钢铁技术为代表的机械领域的学术论文
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11个国家集成电路人才 培养基地
一. 微电子技术与半导体集成电路
微电子学- 信息科学的基础 研究在固体(半导体)材料上构成的微小型化电路、子系统及系统 的电子学分支,研究芯片级微电路系统的科学。研究电子或离子在 固体材料中的运动规律及其应用,并实现信号处理。
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课程内容及学时安排 2学分 32学时
第一章 概论 (多媒体)
3 学时
第二章 集成器件物理基础(部分多媒体)
12学时
第三章 集成电路制造工艺 (多媒体)
7 学时
第四章 集成电路设计(多媒体)
4 学时
第五章 微电子系统设计 (多媒体)
2 学时
第六章 集成电路C A D技术(计算机辅助设计) 4 学时
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除了自身对国民经济的巨大贡献之外
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采用交流传动改造后,电力机车可节电20%-30% 内燃机车可节油12%-14%
全国一半以上中等城市的自来水公司,在管网自动 检测和生产调度中使用计算机控制,可使自来水流 失率降低50%
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人类社会的材料(主要) 宽禁带半导体材料(GaAs)
微电子学概论
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教学目的
了解微电子学发展历史及在科学技术、国民经济、国家安全
的重要战略作用。
对微电子技术发展过程中的一些基本规律、发展前景的展望
和进行预测;对充分反映微电子技术领域的最新成果、体现前 沿性和时代性等进行了解。
在半导体物理基础上,对半导体器件基础、大规模集成电路
基础、集成电路制造工艺、集成电路设计技术及集成电路CAD技 术等做基本的讨论。初步掌握微电子领域研究的基本内容。
曹培栋,亢宝位著 《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。
《半导体制造基础》 Gary S.M., Simon M.S. 施敏著
代永平译 2007年
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《半导体器件物理基础》 曾树荣 著
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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.
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
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考试方式:闭卷; 成绩评定:平时成绩30%,期末考试成绩70%。
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教 材 Text book
《微电子概论》 郝跃、贾新章、吴玉广 编著 普通高等教育“十五”国家级
规划教材 高等教育出版社
2003.12
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部分参考书籍 高等学校工科电子类 规划教材
半导体物理学
刘恩科 朱秉升 罗晋生 国防工业出版社
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。
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电子工业的高速发展依赖于半导体工业的快速提高
1
集成 电路
微电子对国民经济的贡献 经济数据表明:GDP增长100元,需要10元左右电子工业增加值做支撑, 其中就包括2-3元的集成电路产品。
单位质量钢筋对GDP的贡献率为1
汽车为5
计算机为1000
彩电为30
集成电路为2000
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年份
1999 2005 2010
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集成电路块数 销售额(亿、 百分比
(亿块)
人民币)
41
100
0.8%
360
1000
2%
700
2500
4%
国际上把VLSI技术称为“掌握世界的钥匙”,其规模和技术 是衡量一个国家综合实力的标志。 日本经济学家:谁控制了超大规模集成电路技术谁就 控制了世界产业。 英国人:如果哪个国家不掌握半导体技术,哪个国家就会 立刻加入不发达国家行列。
目的:实现电路和系统的集成。(集成电路) (集成系统)
综合性学科:半导体,集成工艺,电路设计等,涉及物理、化学、 材料、电子、信号处理等
发展方向:高集成度、低功耗、高性能、高可靠性
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微电子技术 利用微细加工技术,在半导体材料上实现微小型固体电子 器件和集成电路的技术。
基础:基于固体物理、器件物理和电子学理论和方法。
1873年,英国 施密斯(W. Smith) 晶体硒在光照射下电阻变小
光电导效应
1877年,英国 亚当斯(W.G. Admas) 晶体硒和金属接触在光照
射下产生电动势,半导体光生伏特效应
1906年,美国 皮尔逊(G.W. Pierce) 金属与硅晶体接触产生整
流作用,半导体整流效应
能带理论,晶体生长和掺杂技术,为研究半导体提供了保证。
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21世纪社会发展的三大支柱产业
能源 材料 信息
信息科学-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
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§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。
北京大学出版社 2002年 第一版
朱正涌 著
清华大学出版社 2001
贾新章 著 《电子电路C A D 技术》 西安电子科技大学出版社
2000年第一版
Mi . smith 【美】著 虞惠华 汤庭鳌等译
《专用集成电路设计技术基础》 电子工业出版社
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第一章
概论
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主要内容
微电子技术与集成电路的发展历程 微电子技术与半导体集成电路 集成电路的分类 集成电路的制造特点
核心:半导体集成电路及其相关技术
集成电路:利用半导体工艺 元件(电阻、电容、电感)和器 件(晶体管、传感器)在同一块半导体制造完成,互联在一起, 形成完整的有独立功能的电路或系统。
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微电子学 微型电子电路
原理
微电子技术 微型电子电路
技术
晶体管是在实际需求牵引和理论推动的共同作用下发明的 物理学家发现了同晶体管有关的半导体的三个物理效应
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