集成电路导论的学习课程概述

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第一章：绪论

1、什么是微电子学？以及微电子学的特点

答：微电子学：电子学的一门分支学科，研究电子在半导体和集成电路中的物理现象、物理规律及其应用。微电子学以实现电路和系统的集成为目的，故实用性极强。

微电子学中的空间尺度通常是以微米( m, 1 m＝10－6m)和纳米(nm, 1nm = 10-9m)为单位的。微电子学是信息领域的重要基础学科。

微电子学是一门综合性很强的边缘学科。涉及了固体物理学、量子力学、热力学与统计物理学、材料科学、电子线路、信号处理、计算机辅助设计、测试与加工、图论、化学等多个学科。

微电子学是一门发展极为迅速的学科，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。

2、集成电路

答：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。

（1）集成电路的分类

1、按器件结构类型分类：A、双极集成电路：主要由双极晶体管构成。（优点是速度高、驱动能力强，缺点是功耗较大、集成度较低）

B、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。（功耗低、集成度高，随着特征尺寸的缩小，速度也可以很高）

C、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。

2、按集成电路规模分类

A、小规模集成电路(Small Scale IC，SSI)

B、中规模集成电路(Medium Scale IC，MSI)

C、大规模集成电路(Large Scale IC，LSI)

D、超大规模集成电路(Very Large Scale IC，VLSI)

E、特大规模集成电路(Ultra Large Scale IC，ULSI)

F、巨大规模集成电路(Gigantic Scale IC，GSI）

3、按结构形式的分类

A、单片集成电路

B、混合集成电路

4、按电路功能分类

A、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、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

C、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

3、微电子和集成电路发展历史

答：1906，福斯特(L.D.Forest)真空电子管(vacuum tube ：triode)

1947，贝尔实验室的巴丁(John Bardeen)，布拉顿(W.H.Brattain)和肖克利(W.shockley)发明了第一支晶体管，于1956年获诺贝尔物理学奖

典故：晶体管之父肖克利和他的“八叛逆”

1959，德州仪器(TI)科比第一个集成电路；同年，仙童诺伊斯(Noyce)第一个商用的集成电路 1960，仙童(Firechild)平面工艺:在硅片表面氧化生长氧化层掩蔽杂质扩散

1963，美国万雷斯(Wanlass)和萨支唐(Sah)CMOS=PMOS+NMOS ，目前IC95%以上由CMOS 构成

1967，美国丹纳(Dennard)动态随机存储器(DRAM)，78年，2um 工艺10万集成度64KDRAM 1971，美国intel 霍夫(Hoff)第一个微处理器。

第二章、半导体基本特性与晶体管工作原理

见书书上的目录。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。

第三章、集成电路中的器件与隔离技术

1、电阻的结构

电阻使用较少

MOS 电路中，可用MOS 管作为电阻使用

双极电路中的电阻制作可与晶体管的制作同时进行，利用晶体管中的某一层来形成电阻利用基区扩散层作电阻

淀积多晶硅薄膜作为电阻。

2、二极管

结构：

集成电路中，要求引线端都在芯片上方引出

N

P N P A C

P 型衬底

SiO2 N+

N 外延 P+ A C

3、二极管的电流电压特性

ID = Is （eqVD/Kt - 1）

典型的硅二极管单位面积的饱和电流即电流密度Js 约为10-17A/µm2

实际二极管中P 区掺杂两比N 区掺杂量大，因而在热平衡条件下P 区中的多子比N 区中的多子多很多，而P 区中的少子比N 区中的少子少很多。

4、双极晶体管

结构：由两个相距很近的PN 结组成。图见书上33页

两种形式：NPN C

B

E

PNP

5、MOS 场效应晶体管的结构

场氧化层的作用寄生MOS 管

厚场氧的存在可以提高寄生MOS 的阈值电压

图见书上40页

第四章、集成电路芯片制造技术

4.2底衬制备技术

1、埋层的作用

答：1.减小串联电阻（集成电路中的各个电极均从上表面引出，外延层电较大。

2.减小寄生pnp 晶体管的影响

2、外延层电极的引出

答：外延层掺杂浓度较低，与金属相接处易形成整流接触（金属—半导体势垒NPNNP c b B B e

c b

e PNP