集成电路导论
《微电子与集成电路设计导论》第五章 集成电路基础
图5.2.10 与非门电路
图5.2.11-5.2.14 电路图
图5.2.15 与非门输出响应
当A、B取不同组合的 逻辑电平时，与非门 电路的输出响应如图 5.2.15所示。
2. 或非门电路
A=0,B=0
A=0,B=1
A=1,B=0
A=1,B=1
图5.2.16 或非门电路
图5.2.17-5.2.20 A=0，B=0时的电路图
性能指标：除增益和速度外，功耗、电源电压、线性度、噪声和最大 电压摆幅等也是放大器的重要指标。此外，放大器的输入输出阻抗将 决定其应如何与前级和后级电路进行相互配合。在实际中，这些参数 几乎都会相互牵制，一般称为“八边形法则”，茹右下图所示。
➢ 增益：输出量Xout与输入量Xin的比值
➢ 带宽：指放大器的小信号带宽。
特性参数相同，当电压翻转上升时，漏极电流
ID
Kn
W L
Vin
VTN
2
0
I
Imax
即一周期的平均电流
Imean
1 6
Kn
W L
1 VDD
VDD VTN
3
Tclk
综上，短路功耗最终为
Psc VDDImean
CMOS逻辑门电路
1.与非门电路
A=0,B=0
A=0,B=1
A=1,B=0
A=1,B=1
许的临界电平和理想逻辑电平之间的范围为 CMOS电路的直流噪声容限，定义为
VNH VOH VIH
VNL VIL VOL
图5.2.6 极限输出电平定义的噪声容限
（2）极限输出电平定义的噪声容限 根据实际工作确定所允许的最低的输出
高电平VOHmin，它所对应的输入电平定义为 关门电平VOFF；给定允许的最高的输出低电 平VOLmax，它所对应的输入电平定义为开门 电平VON。开门电平和关门电平与CMOS电 路的理想输入逻辑电平之间的范围就是 CMOS电路的噪声容限。如左图所示是反相 器的噪声容限 输入高电平噪声容限：
第1章集成电路设计导论
1、微电子（集成电路）技术概述 2、集成电路设计步骤及方法
1
集成电路设计步骤
➢ “自底向上”（Bottom-up）
“自底向上”的设计路线，即自工艺开始，先进行单元设 计，在精心设计好各单元后逐步向上进行功能块、子系统 设计直至最终完成整个系统设计。在模拟IC和较简单的数 字IC设计中，大多仍采用“自底向上”的设计方法 。
5
半定制方法
半定制的设计方法分为： 门阵列（GA：Gate Array）法； 门海（GS：Sea of Gates）法； 标准单元（SC: Standard Cell）法； 积木块（BB：Building Block Layout）； 可编程逻辑器件（PLD：Programmable Logic Device)设计法。
标准单元法也存在不足：பைடு நூலகம்
(1) 原始投资大：单元库的开发需要投入大量的人力物力；当工艺变化时， 单元的修改工作需要付出相当大的代价，因而如何建立一个在比较长的时 间内能适应技术发展的单元库是一个突出问题。 (2) 成本较高：由于掩膜版需要全部定制，芯片的加工也要经过全过程，因 而成本较高。只有芯片产量达到某一定额(几万至十几万)，其成本才可接受。
不满足 后仿真
满足
VLS流I数片、字封I装C、的测设试 计流图
功能要求
系统建模 （Matlab等）
不满足 电路仿真
满足 手工设计
版图 不满足
后仿真 满足
模流拟片、IC封的装、设测计试 流图
3
集成电路设计方法
➢ 全定制方法（Full-Custom Design Approach） ➢ 半定制方法（Semi-Custom Design Approach）
vlsi_chapter06超大规模集成电路与系统导论
2009-10-10第6章MOSFET 的电气特性1第6 章MOSFET 的电气特性本章目录6.1 MOS 物理学 6.2 nFET 电流-电压方程 6.3 FET 的RC 模型 6.4 pFET 特性6.5 小尺寸MOSFET 模型),(DSn GSn Dn Dn V V I I =NMOS 的电流和电压§6.1 MOS 物理学2009-10-10第6章MOSFET 的电气特性3oxoxox t C ε=F/cm10854.8,9.31400−×==εεεox MOS 的结构§6.1 MOS 物理学S ox G V V φ+=oxox S V C Q −=MOS 的结构中的电压：表面电势：氧化层的电压降；S ox V φ2C/cm ：：表面电荷密度，单位S Q2009-10-10第6章MOSFET 的电气特性5sa Si B N q Q φε2−=MOS 的结构中的耗尽电荷：衬底掺杂浓度；：体电荷密度，单位：a Si B N Q 028.11C/cm εε=§6.1 MOS 物理学MOS 的结构中的电子电荷e B S Q Q Q +=)(Tn G ox e Tn G V V C Q V V −−=>时，：反型层电子密度e Q2009-10-10第6章MOSFET 的电气特性7阈值电压公式阈值电压：衬底表面形成强反型时的栅源电压。
⎟⎟⎠⎞⎜⎜⎝⎛⎟⎟⎠⎞⎜⎜⎝⎛==i a F F F S n N q kT ln ||||||2φφφφ：体费米电势，型时，衬底表面出现强反当表面电势强反型：反型层中的载流子浓度与衬底的多数载流子浓度相等。
oxIFB F F a Si ox Tn C qD V N q C V +++=||2|)|2(21φφεFBF F a Si oxTn V N q C V ++=||2|)|2(21φφε实际MOS 结构的阈值电压调整后的阈值电压公式§6.1 MOS 物理学：平带电压FB V 厘米注入的离子数：注入剂量，即每平方I D ||2|)|2(21F F a Si ox Tn N q C V φφε+=理想MOS 结构的阈值电压理想MOS ：栅和衬底材料一样，氧化层没有电荷2009-10-10第6章MOSFET 的电气特性9§6.2.2 体偏置效应当源和体（衬底）之间存在V SBn >0时)||2||2(0F SBn F n T Tn V V V φφγ−++=V2，单位体偏置系数：ox aSi C N q εγ=体偏置效应使阈值电压增大！0.7930.7720.7410.700V Tn (V)V SBn (V))58.058.0(08.070.0 V 58.02,V 08.0,V 70.0,nFET 3.6210−++====SBn Tn SBn F n T V V V V 的关系为阈值电压与体偏置电压。
超大规模集成电路与系统导论(附光盘)
超大规模集成电路与系统导论（附光盘）
第1章VLSI概论 1.1复杂性与设计 1.1.1设计流程举例1.1.2VLSI芯片的类型 1.2基本概念 1.3本书安排 1.4参考资料第1部分硅片逻辑第2章MOSFET逻辑设计 2.1理想开关与布尔运算 2.2MOSFET开关 2.3基本的CMOS逻辑门 2.3.1非门（NOT门） 2.3.2CMOS或非门（NOR门） 2.3.3CMOS与非门（NAND 门） 2.4CMOS复合逻辑门 2.4.1结构化逻辑设计 2.4.2异或门（XOR）和异或非门（XNOR） 2.4.3一般化的AOI和OAI逻辑门 2.5传输门（TG）电路逻辑设计 2.6时钟控制和数据流控制 2.7参考资料 2.8习题第3章CMOS集成电路的物理结构第4章CMOS集成电路的制造第5章物理设计的基本要素第2部分从逻辑到电子电路第6章MOSFET的电气特性第7章CMOS逻辑门电子学分析第8章高速CMOS逻辑电路设计第9章CMOS逻辑电路的高级技术第3部分VLSI系统设计第10章用Verilog——硬件描述语言描述系统第11章常用的VLSI系统部件第12章CMOS VLSI运算电路第13章存储器与可编程逻辑第14章系统级物理设第15章VLSI时钟和系统设计第16章VLSI电路的可靠性与测。
微电子学概论PPT课件
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
《微电子与集成电路设计导论》第四章 半导体集成电路制造工艺
4.4.2 离子注入
图4.4.6 离子注入系统的原理示意图
图4.4.7 离子注入的高斯分布示意图
4.5 制技术 4.5.1 氧化
1. 二氧化硅的结构、性质和用途
图4.5.1 二氧化硅原子结构示意图
氧化物的主要作用： ➢ 器件介质层 ➢ 电学隔离层 ➢ 器件和栅氧的保护层 ➢ 表面钝化层 ➢ 掺杂阻挡层
F D C x
C为单位体积掺杂浓度，
C x
为x方向上的浓度梯度。
比例常数D为扩散系数，它是描述杂质在半导体中运动快慢的物理量， 它与扩散温度、杂质类型、衬底材料等有关；x为深度。
左下图所示如果硅片表面的杂质浓 度CS在整个扩散过程中始终不变， 这种方式称为恒定表面源扩散。
图4.4.1 扩散的方式
自然界中硅的含量 极为丰富，但不能 直接拿来用。因为 硅在自然界中都是 以化合物的形式存 在的。
图4.1.2 拉晶仪结构示意图
左图为在一个可抽真空的腔室内 置放一个由熔融石英制成的坩埚 ，调节好坩埚的位置，腔室回充 保护性气氛，将坩埚加热至 1500°C左右。化学方法蚀刻的籽 晶置于熔硅上方，然后降下来与 多晶熔料相接触。籽晶必须是严 格定向生长形成硅锭。
涂胶工艺的目的就是在晶圆表面建立薄的、均匀的、并且没有缺陷的光刻胶膜。
图4.2.4 动态旋转喷洒光刻胶示意图
3. 前烘
前烘是将光刻胶中的一部分溶剂蒸发掉。使光刻胶中溶剂缓慢、充分地挥发掉， 保持光刻胶干燥。
4. 对准和曝光
对准和曝光是把掩膜版上的图形转移到光刻胶上的关键步骤。
图4.2.5 光刻技术的示意图
图4.2.7 制版工艺流程
4.3 刻蚀
（1）湿法腐蚀
（2）干法腐蚀 ➢ 等离子体腐蚀 ➢ 溅射刻蚀 ➢ 反应离子刻蚀
集成电路科学与工程导论 第三章 集成电路晶体管器件
发展趋势-摩尔定律
「按比例缩小定律」（英文：Scaling down）“比例缩小”是指，在电场 强度和电流密度保持不变的前提下，如果MOS-FET的面积和电压缩小到 1/2，那么晶体管的延迟时间将缩短为原来的1/2，功耗降低为原来的1/2。 晶体管的面积一般为栅长(L)乘以栅宽(W)，即尺寸缩小为原来的0.7倍：
仅变得越来越小，在器件结构和材料体系上也经过了多次重大变革
集成电路器件发展趋势
国际半导体技术蓝图（International Technology Roadmap for Semiconductors，ITRS）
目录
一．晶体管器件概述 二．金属-氧化物-半导体场效应晶
体管技术 三．绝缘体上晶体管技术 四．三维晶体管技术 五．其他类型晶体管器件
环栅场效应晶体管
「环栅场效应晶体管」（英文：GAAFET） 技术的特点是实现了栅极对沟道的四面包 裹，源极和漏极不再和基底接触，而是利 用线状或者片状（平板状）的多个源极和 漏极垂直于栅极横向放置，实现MOSFET 的基本结构和功能
栅极G
栅极G
硅
硅 (a)
纳米线
硅 (b)
纳米片
平面型 垂直型
互补场效应管
栅极G
n+
e-
n+
p-衬底 (a)
栅极G
n+
e-
n+
氧化物埋层（BOX）
p-衬底 (b)
优势：氧化物埋层降低了源极和漏极之间的寄生电容，大幅降低了会影响器件 性能的漏电流；具有背面偏置能力和极好的晶体管匹配特性，没有闩锁效应， 对外部辐射不敏感，还具有非常高的晶体管本征工作速度等；
挑战：存在一定的负面浮体效应；二氧化硅的热传导率远远低于硅的热传导率 使它成为一个天然“热障” ，引起自加热效应；成本高昂。
《集成电路引言》PPT课件
第九章工艺模拟
– 工艺模拟的作用 – 工艺模拟的求解方法 – 工艺模拟程序中的工艺模型
第十章 计算机辅助版图设计与验证
– 版图的基本概念
– 版图的交互编辑
– 版图的验证
– IC版图设计软件平台—Tanner
编辑ppt
13
第七章 电路模拟
– 电路分析的作用 – SPICE的功能、结构和流程 – 建立电路方程
– 求解方法
• 线性电路的直流分析 • 非线性电路的直流分析 • 交流分析 、瞬态分析 、收敛问题
– OrCAD—Spice 软件
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12
第八章 器件模拟
– 器件模拟的作用 – 一维器件模拟 – 二维器件模拟
上千万
0.5-1 0.1-0.5 < 0.1 (0.8) (0.25) (0.09)
编辑ppt
3
设计方法论
– 手工设计（20世纪50-60年代）
• SSI；直接手工制版图
– 计算机辅助设计CAD （20世纪70-80年代）
• MSI 和LSI；电路图到版图设计
– 电子设计自动化EDA （20世纪90年代--）
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8
本课程内容：
第一章 设计过程概述
– 集成电路（IC）的发展 – IC的分类、制造工艺 – IC设计的要求 – 设计方法及其特点 – 典型的设计流程
• 自顶向下 • 由底向上
– 集成电路设计方法和工具的变革
• 设计系统的结构框架 • EDA设计工具
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9
第二章 各种设计方法
• 全定制设计方法 • 半定制设计方法
– 逻辑模拟的作用
– 逻辑模型
• 逻辑信号值、逻辑求值、基本逻辑元件、信号延迟
集成运算放大电路全篇
Y0 Y1 Y2 Y3 B
注：式中Aod为差模开环放大倍数。
二、 集成运放中的电流源电 路
4.2.1 基本电流源电路
一、镜像电流源
+VCC
IR
B IC0
T0
R 2IB
A
IB0
IB1
IC1 T1
UBE0= UBE1， β0=β1=β， IC0=IC1=IC= βIB ， IC1为输出电流， IR为基准电流。
基准电流表达式：
IR
用
uP
集成运放组成方框图：
输入级
uN
中间级
输出级 uO
偏置电路
1) 输入级 又称前置级，常为双输入高性能差分放大电路（高Ri 、大Ad、 大KCMR、静态电流小）。输入级的好坏直接影响着集成运放的大多数性能 参数。
2) 中间级 主放大器，使集成运放具有较强的放大能力，多采用共射 （或共源）放大电路。放大管经常采用复合管，以恒流源做集电极负载。
R`3
C`1 R`3
2.1k
2.1k
R`5 240k
C`1
R`4 25k
R`5 240k
－ ＋
R7 100k
－∞ A3
(以下电路同上，仅C1、C2 值不同，电路从略）
图5.6 十五段优质均衡器
(2) 当R4的滑动触头移到最左边时，其电路如图8.7（a）所示。
C1
R3
R3
C2 R5
R4 R5
－∞
R6
B点的电流方程为：
IR
IB2
IC
IC2
1 2
IC2
2
2
2 2
2
I
C
2
IC2
(1
《模拟电子技术》课件第6章 集成运算放大电路
IE2
IE1Re1 Re2
VT Re2
ln
IE1 IE2
§6.2 电流源电路
IR R
IC1
T1
IE1 Re1
IB1 IB2
VCC
I C 2=IO
T2
IE2 Re2
当值足够大时
IR IC1 IE 1 IO IC2 IE 2
IO
IR
Re1 Re2
VT Re2
ln
IR IO
IO
IR
Re1 Re2
四、微电流源
R c + vo R c
VCC
Rs
+
vi1
T1 RL T2
Rs
+
vi2
Re
VEE
2、差模信号和共模信号的概念
vid = vi1 vi2 差模信号
vic
=
1 2
(vi1
vi2 )
共模信号
Avd
=
vod vid
差模电压增益
其中vod ——差模信号产生的输出
Avc
=
voc vic
共模电压增益
总输出电压
IE3
IC2
IC1
1
IC2
2
IC 1
2 IC1 β
IO
1
IR 2
2
2
IR
IC1
T1
R IB3
T3
IE3
IB1 IB2
V CC IO= IC2 = IC1
T2
IR R
IC1
IB3
T1 I B1
VCC
IO
T3
IE3 IC2
T2 IB2
三、比例电流源
超大规模集成电路设计导论考试题及答案
1、MOS集成电路的加工包括哪些基本工艺？各有哪些方法和工序？答：（1）热氧化工艺：包括干氧化法和湿氧化法；（2）扩散工艺：包括扩散法和离子注入法；（3）淀积工艺：化学淀积方法：1 外延生长法；2 热CVD法；3 等离子CVD 法；物理淀积方法：1 溅射法；2 真空蒸发法（4）光刻工艺：工序包括：1 涂光刻胶；2 预烘干；3 掩膜对准；4 曝光；5 显影；6 后烘干；7 腐蚀；8 去胶。
2、简述光刻工艺过程及作用。
答：（1）涂光刻胶：为了增加光刻胶和硅片之间的粘附性，防止显影时光刻胶的脱落，以及防止湿法腐蚀产生侧向腐蚀；（2）预烘干：以便除去光刻胶中的溶剂；（3）掩膜对准：以保证掩模板上的图形与硅片上已加工的各层图形套准；（4）曝光：使光刻胶获得与掩模图形相同的感光图片；（5）显影：将曝光后的硅片浸泡在显影液中，使正光刻胶的曝光部分和负光刻胶的未曝光部分被溶解掉；（6）后烘干：使残留在光刻胶中的有机溶剂完全挥发掉，提高光刻胶和硅片的粘接性及光刻胶的耐腐蚀性；（7）腐蚀：以复制在光刻胶上图形作为掩膜，对下层材料进行腐蚀，将图形复制到下层材料中；（8）去胶：除去光刻胶。
3、说明MOS晶体管的工作原理答：MOS晶体管有四种工作状态：（1）截止状态：即源漏之间不加电压时，沟道各电场强度相等，沟道厚度均匀，S、D之间没有电流I ds=0；（2）线性工作状态：漏源之间加电压Vds时，漏端接正，源端接负，沟道厚度不再均匀，在D端电位升为V d，栅漏极电位差为Vgs-Vtn，电场强度变弱，反型层变薄，并在沟道上产生由D到S的电场E ds，使得多数载流子由S端流向D端形成电流I ds，它与V ds变化呈线性关系：I ds=βn[(V gs-V tn)-V ds/2]V ds（3）饱和工作状态：Vs继续增大到V gs-V tn时，D端栅极与衬底不足以形成反型层，出现沟道夹断，电子运动到夹断点V gs-V ds=V tn时，便进入耗尽区，在漂移作用下，电子被漏极高电位吸引过去，便形成饱和电流，沟道夹断后，（V gs-V tn）不变，I ds 也不变，即MOS工作进入饱和状态，I ds=V gs-V tn/R c（4）击穿状态：当Vds增加到一定极限时，由于电压过高，晶体管D端得PN结发生雪崩击穿，电流急剧增加，晶体管不能正常工作。
《微电子与集成电路设计导论》第六章 新型微电子技术
纳电子器件——Memristor忆阻器 ➢ 全称记忆电阻（Memristor），是表示磁通与电荷关系的电路器件。
特点
➢ 电阻取决于多少电荷经过了器件。 ➢ 若电荷以一个方向流过，电阻会增加；
如果让电荷以反向流动，电阻就会减小。 ➢ 具有记忆能力，断电后电阻值保持不变。
纳电子器件——石墨烯
➢ 它是已知材料中最薄的一种，且牢固坚硬； ➢ 优良的导电特性：它在室温下传递电子的速度比已知导体都快。
优势
➢ 碳纳米管FET沟道为一维结构，载流子 迁移率大大提高。
➢ 碳纳米管FET参与碳纳米管导电的是表 面。
➢ 碳纳米管FET通过选择源漏材料，可完 全消除源漏结势垒
图6.4.2 CNT-FET典型结构示意图
纳电子器件——有机分子场效应晶体管
该技术利用了分子之间可自由组合的化学特性，晶体管电极之间的距离仅为1纳米到2 个纳米，是目前世界最小的晶体管。同时具有制造简单，造价低廉的优点。
2006年3月， 佐治亚理工学院 （Georgia Institute of Technology） 的研究 员宣布，成功地制造了石墨烯平面场效应 晶体管并观测到了量子干涉效应。并基于 此研究出根据石墨烯为基础的电路。
6.4.2 纳电子材料
纳米材料一诞生，即以其异乎寻常的特性引起了材料界的广泛关注。这 是因为纳米材料具有与传统材料明显不同的一些特征。
人类社会是在不断征服自然和不断攀登科技顶 峰而前进的，纳米技术也是如此。
现在世纪纳米技术和纳米材料，正向新材料、 微电子、计算机、医学、航天、航空、环境、 能源、生物技术和农业等诸多领域渗透。
纳米打假
纳米技术并非高不可攀，但也决非人人都能“纳”一把， 因此，我们要提前做好纳米技术的打假工作，建立一套十分 严格的评审和考核制度，为纳米技术的发展创造良好的空间， 防止样样都要“纳”一把现象的发生，尽量避免恶意炒作 “伪纳米”，不能等到造成极其严重的恶果后，再去打与堵。
2022年高等职业教育集成电路类专业介绍
5104 集成电路类专业代码510401专业名称集成电路技术基本修业年限三年职业面向面向集成电路版图设计、集成电路辅助设计、集成电路应用、FPGA应用、集成电路制造和封装测试等岗位（群）。
培养目标定位本专业培养德智体美劳全面发展，掌握扎实的科学文化基础和集成电路设计、集成电路制造工艺和封装测试等知识，具备集成电路辅助设计和版图设计、芯片应用开发和FPGA开发、集成电路制造及封测工艺维护等能力，具有工匠精神和信息素养，能够从事芯片版图设计、芯片验证及应用方案开发、芯片制造与封测工艺管理，以及产品检验、产品营销等工作的高素质技术技能人才。
主要专业能力要求1. 具有应用专业信息技术的能力；2. 具有集成电路芯片逻辑提取和辅助设计的能力；3. 具有集成电路版图设计和版图验证的能力；4. 具有集成电路应用开发的能力；5. 具有FPGA开发及应用的能力；6. 具有在集成电路晶圆制造过程中解决实际工艺问题的能力；7. 具有在集成电路封装、测试生产中解决实际问题的能力；8. 具有依照国家法律、行业规范开展绿色生产、安全生产、质量管理等的能力；9. 具有探究学习、终身学习和可持续发展的能力。
主要专业课程与实习实训专业基础课程：电路分析与测试、模拟电子技术、数字电子技术、C语言程序设计、PCB设计、电子装配工艺。
专业核心课程：半导体器件与工艺基础、半导体集成电路、集成电路版图设计、系统应用与芯片验证、FPGA应用与开发、集成电路封装与测试、电子产品设计与制作、Verilog硬件描述语言。
133实习实训：对接真实职业场景或工作情境，在校内外进行电子技术、集成电路版图设计、芯片应用开发、芯片制造和封装测试等实训。
在集成电路设计、集成电路制造和封测等单位进行岗位实习。
职业类证书举例职业技能等级证书：集成电路开发与测试接续专业举例接续高职本科专业举例：集成电路工程技术、电子信息工程技术接续普通本科专业举例：集成电路设计与集成系统、微电子科学与工程专业代码510402专业名称微电子技术基本修业年限三年职业面向面向集成电路制造工艺、集成电路封装与测试、集成电路版图设计、集成电路辅助设计、集成电路应用与产品开发、嵌入式/FPGA应用开发等岗位（群）。
微电子与集成电路设计导论 第一章 概论
图1.5.4 国内集成电路的供求关系
图1.5.5 集成电路的进口量
➢ 我国的微电子技术的发展大致可以分为两个阶段：
第一个阶段：在2000年之前，1956年，北京大学、复旦大学、东北人民 大学、厦门大学、南京大学在北大联合创建半导体专业。1977年在北京 大学诞生了第一块大规模集成电路。而在1980年以后，初步形成了制造 业、设计业、封装业分离的状态。
➢ 膜集成电路：是在玻璃或陶瓷片等绝缘物体上，以膜的形式制作电阻、电 容等无源器件，并加以封装而成。
➢ 混合集成电路：在实际应用中，多半是在无源膜电路上外加半导体集成电 路或分立元件的二极管、三极管等有源器件，使之构成一个整体，这便是 混合集成电路。
图1.4.1 集成电路的分类
1.5 微电子产业的发展现状
ห้องสมุดไป่ตู้
3. 对信息社会的作用
图1.2.3 信息社会各应用产品市场领域的销售额
4. 对传统产业的带动作用
微电子对传统产业的渗透与带动作用。几乎所有的传统产业与微电子技术结 合，用集成电路芯片进行智能改造，都可以使传统产业重新焕发青春。
对风机、水泵采用变频调速等电子技术进行改造，每年即可节电500亿度以上. 和机械学科的结合，导致很多传统的机械产品逐步电子化。 和生物学结合，生物芯片的诞生得以实现对细胞、蛋白质、DNA以及其他生
图1.3.8 摩尔定律示意图
➢ 早期研制和生产的集成电路都是双极型的。 1930年，德国科学家Lilien-filed提出了关于MOS场效应晶体管的概念、工作原理 以及具体的实施方案。 1960年Kang和Atalla研制出第一个利用硅半导体材料制成的MOS晶体管。 1962年以后出现了由金属-氧化物-半导体（MOS）场效应晶体管组成的MOS集成 电路。
《微电子与集成电路设计导论》第三章 半导体器件物理基础
Introduction to microelectronics and integrated circuit design
第三章 半导体器件物理基础
本节内容_ p-n结
热平衡状态下的p-n结 耗尽区 耗尽层势垒电容 电流-电压特性 结击穿
图3.1.1 （a）PN结的简化结构图； （b）理想均匀掺杂PN结的掺杂剖面
右图显示室温下硅和砷化镓p-n结 107
测量的正向特性．在低电流区域，复
合电流占优势， 等于2；在较高的
电流区域，扩散电流占优势， 接 近1．
10
9
0
Si 1 GaAs
1
2 2
0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 1.2 VF /V
图 3.19 300K硅和砷化镓二极管的正向电流－电压特性比较. 虚线表示不同理想系数的 斜率
s
qND
s
(x
xn )
（b）
－N A W
E 0
x
0 x xn 其中E 是存在x＝0处的最大电场 m
－E m
面积＝Vbi
图3.8 (a)在热平衡时，(空a间)热电平荷在衡耗时尽空区的间分电布荷．在(b)电耗场尽分区布．的阴分影布面积为内建电势
Em
qND xn
s
qN A x p
s
(b)电场分布。阴影面积为内建电势
(a) 正向偏压
104 106 108 1010
225C 175 125 75 25
1012 102
100
102
VR /V
(b) 反向偏压
ND－NA
ND－NA
线性缓变结（linearly graded junction）
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《集成电路导论》教学大纲
一、课程信息
课程代码：T0800039
课程名称：集成电路导论
英文名称：Integrated Circuit Introduction
课程类别：专业拓展课
总学时：36 学时
理论学时：36 学时
实践学时：0 学时
学分：2 学分
开设学期：第6学期
适用对象: 电子信息科学与技术专业学生
考核方式：考查
先修课程：模拟电路基础、数字电路基础、EDA技术
大纲拟定人：张岩
大纲审定人：吴顺伟
二、课程简介
主要写明课程性质、类别、主要内容、教学目的等。
《集成电路原理》是电子信息技术专业学生的一门专业拓展课。
课程性质为选修课，课程较全面地介绍了半导体集成电路的基本原理，主要内容包括集成电路中的元器件的结构、特性；集成电路的典型工艺；常用的双极集成电路和MOS集成电路的电路结构、工作原理；集成电路的设计方法和计算机辅助设计。
通过学习，使学生能够了解并掌握半导体集成电路的基本的分析方法和设计方法。
三、教学内容及要求
第一章绪论
教学目标和要求：了解集成电路发展历史及其对人类社会的作用，掌握集成电路的概念，集成电路发展的几个主要阶段，掌握集成电路设计与制造流程。
教学重点和难点：掌握集成电路的设计与制造流程
实践环节：无
建议使用的教学方法与手段：图文结合多媒体讲授
教学学时：理论2学时实践0学时
第一节集成电路的基本概念
一、集成电路的定义
二、集成电路的发展史
三、集成电路的分类
第二节集成电路的设计与制造流程
一集成电路的设计流程
二集成电路制造的基本步骤
三集成电路工艺技术水平衡量指标
第三节集成电路的发展
一国际集成电路的发展
二我国集成电路的发展
第二章集成电路制造
教学目标和要求：了解集成电路制造的基本要素、主要制造工艺、CMOS工艺流程、工艺评估。
了解集成电路制造的基本要求，掌握集成电路制造的材料生长、硅片制备、氧化、离子注入等主要工艺手段，掌握CMOS工艺流程。
教学重点和难点：掌握集成电路主要制造工艺及CMOS工艺流程。
实践环节：无
建议使用的教学方法与手段：图文结合的多媒体讲授
教学学时：理论2学时实践0学时
第一节集成电路制造的基本要素
一集成电路制造的基本要求
二标准生产线的几大要素
第二节主要制造工艺
一集成电路制造的基本流程
二制造集成电路的材料
三硅片制备
四氧化
五淀积
六光刻
七刻蚀
八离子注入
第三节 CMOS工艺流程
一基本工艺流程
二闩锁效应及其预防措施
四工艺评估
一晶圆的电性测量
二层厚的测量
三污染物和缺陷检查
第三章 MOSFET
教学目标和要求：掌握MOSFET的结构与特性、短沟道效应、按比例缩小理论、MOSFET电容、MOSFET 电容效应，掌握MOS器件的SPICE模型。
教学重点和难点：掌握MOSFET的结构与特性和MOS器件的SPICE模型
实践环节：无
建议使用的教学方法与手段：图文结合多媒体讲授
教学学时：理论2学时实践0学时
第一节 MOSFET的结构与特性
一 MOSFET结构
二 MOSFET电流-电压特性
三 MOSFET开关特性
第二节短沟道效应
一载流子速率饱和及其影响
二阈值电压的短沟道效应
三迁移率退化效应
四倍增和氧化物充电
第三节按比例缩小理论
第四节 MOSFET电容
第五节 MOS器件SPICE模型
一 LEVEI-1模型
二 LEVEL 2模型
三 LEVEL 3模型
第四章基本数字集成电路
教学目标和要求：掌握电阻反相器、E/D反相器、CMOS反相器的工作原理，理解静态反相器的设计，掌握MMOS/CMOS逻辑结构，掌握MOS触发器的工作原理，掌握多路开关、加法器和进位链，理解算数逻辑单元，了解寄存器。
掌握集成电阻、集成电容、互连线的概念，理解集成电阻、集成电容、互连线在集成电路中的应用。
教学重点和难点：掌握典型组合逻辑电路和时序逻辑电路的设计
实践环节：无
建议使用的教学方法与手段：图文结合多媒体讲授
教学学时：理论6学时实践0学时
第一节 CMOS反相器
一 CMOS反相器结构与工作原理
二静态特性
三动态特性
四功耗
第二节典型组合逻辑电路
一带耗尽型NMOS负载的MOS逻辑电路
二 CMOS逻辑电路
三 CMOS传输门
第三节典型CMOS时序逻辑电路
一 RS锁存器
二 D锁存器和边沿触发器
三施密特触发器
第四节扇入扇出
第五节互联线电容与延迟
第六节存储器
一存储器的结构与ROM阵列
二静态存储器SRAM
三动态存储器DRAM
第五章模拟集成电路基础
教学目标和要求：掌握模拟集成电路设计基本步骤，掌握典型的模拟单元电路的设计方法和分析方法。
教学重点和难点：掌握典型的模拟单元电路的设计方法和分析方法
实践环节：无
建议使用的教学方法与手段：图文结合多媒体讲授
教学学时：理论6学时实践0学时
第一节模拟集成电路种类及应用
一运算放大器
二 A／D、D／A变换器
三RF集成电路
四功率集成电路
第二节单管放大电路
一共源极放大器
二共射极放大器
三共漏极放大器（源随器）
四共集电极放大器（射随器）
五共栅极放大器
六共基极放大器
第三节多管放大电路
一 BJT组合放大器
二 MOS场效应晶体管串级放大电路
三差分放大器
第四节电流源和电压基准源
一电流源
二电压基准源
第五节典型运算放大器
第六节模拟集成电路设计基本步骤
第六章集成电路设计简介
教学目标和要求：理解集成电路设计特点和需求分析，掌握集成电路设计方法，理解VLSI设计实现的策略。
教学重点和难点：掌握集成电路设计的方法和规则
实践环节：无
建议使用的教学方法与手段：图文结合多媒体讲授
教学学时：理论2学时实践0学时
第七章 VLSI的EDA设计方法
教学目标和要求：理解VLSI集成电路设计的特点，掌握VLSI设计的流程、规则和方法，掌握集成电路CAD中常用的工具和VHDL
教学重点和难点：掌握集成电路中常用的CAD工具和VHDL语言
实践环节：实验3、VLSI的EDA设计方法
建议使用的教学方法与手段：图文结合多媒体讲授
教学学时：理论6学时实践0学时
第八章集成电路版图设计
教学目标和要求：理解版图的概念，掌握版图设计规则，掌握全定制版图设计和自动布线技术教学重点和难点：掌握版图设计规则，掌握全定制版图设计和自动布线技术
实践环节：实验4、集成电路版图设计
建议使用的教学方法与手段：图文结合多媒体讲授，多举例介绍
教学学时：理论6学时实践0学时
第九章测试技术
教学目标和要求：掌握芯片测试的主要方法，理解可测性设计
教学重点和难点：掌握芯片测试过程和主要测试方法
实践环节：无
建议使用的教学方法与手段：图文结合多媒体讲授，多举例介绍
教学学时：理论2学时实践0学时
第十章测试技术
教学目标和要求：了解芯片封装的含义、功能和分类，掌握传统封装技术和新型封装技术
教学重点和难点：掌握几种主要的芯片封装技术
实践环节：无
建议使用的教学方法与手段：图文结合多媒体讲授，多举例介绍
教学学时：理论2学时实践0学时
四、大纲参考资料
教材：罗萍张为编著. 《集成电路设计导论》.清华大学出版社，2010年
主要参考书目：
1、尤耶缪拉著《超大规模集成电路与系统导论》、电子工业出版社、2003年
2、朱正涌编著《半导体集成电路》、清华大学出版社、2001年
3、陈贵灿邵志标程军等编著《CMOS集成电路设计》、西安交通大学出版社、2002年。