微电子技术概述.

集成电路的性能指标
1、集成度----是指在一定尺寸的芯片上所容纳的晶体 管的个数。 小规模集成电路----集成度不到100个晶体管。 中规模集成电路----集成度在100—1000之间。 大规模集成电路----集成度在1000----10万之间。 超大规模集成电路----集成度在10万以上。 2、门延迟时间----反映集成电路的运行时间。
故掩模版的制作成本很高。集成电路行业是一个高成本、高 产出、高回报的行业。
直径为15厘 米的硅片 价值几美元
提纯
单晶硅片
加工
集成电路 价值240美元
价值30美元
检测、封装
最终产品 价值可达700美元
当前芯片技术的最高水平
目前，世界上最高水平的单片集成电路芯片上所容纳的 元器件数量已经达到80多亿个。 目前，集成电路的超细微加工国际水平已经达到130～90 纳米，实验室中70纳米的技术已经通过考核；我国05年在北 京建成投产的“中芯国际”，已进入130纳米。我国微电子集 成电路的生产水平同国际上的差距已经缩短到1～2代。 预计2022年，集成电路的线宽将达到10纳米，这是硅集 成电路的“物理极限”。随着纳米加工技术的发展，这一极 限将进一步缩小，但总有一天，硅电子技术会走到尽头。
帕斯卡 巴 贝 奇
ENIAC诞生
1946年2月14日美国宾夕法尼 亚大学制造了第一台电子计 算机ENIAC。这是由美国阿 贝丁试炮场军官戈德斯坦组 织的，发挥主要作用的是莫 尔学院的莫契利和埃克特。
莫契利和埃克特
电子计算机之父
冯· 诺依曼提出了现代电脑的 体系结构。1945年6月， 冯· 诺依曼与戈德斯坦、勃 克斯等人，联名发表了计算 机史上著名的“101页报 告”，被认为是现代电脑科 学发展里程碑式的文献。报 告明确规定出计算机的五大 部件（运算器、控制器、存 储器、输入/输出设备），并 用二进制替代十进制运算。
晶体管
肖克利
1947年贝尔实验室布拉顿（W. Brattain）和巴丁 （J.Bardeen）用一些金箔、一些半导体材料和一 个弯曲的别针展示了他们的新发现，数字化革命诞 生了。在晶体管发明过程中起到最关键作用的肖克 利（W.Shockley）。
晶体管之父----肖克利
20世纪最伟大科学家之一的肖克 利因为发明了晶体管，被誉为“晶体 管之父”，并因此和他的研究小组成 员巴丁和布拉坦分享了1956年的诺贝 尔物理学奖。他的另一个伟大成就在 于在硅谷创办了肖克利半导体实验室， 为硅谷吸引了大量的人才和关注，被 誉为“硅谷的摩西”。然而，由于不 善经营管理和难以与人相处，这个科 学天才的八位杰出弟子最终弃他而去， 成为硅谷历史上著名的“八叛逆”。
计算机的发展史
计算机是由计算器发展而来，算盘是 我国汉代发明明代成熟的，它属于最早是 计算器，人们现在大都把第一台机械计算 机的荣誉归功于法国的帕斯卡，1642年19 岁时，他发明了“加法器”。1674年莱布 尼茨造出一台更完善的机械计算机“乘法 器”。1700年左右，莱布尼茨从一位友人 送给他的中国“易图”（八卦）里受到启 发，提出了二进制的运算法则，为现代计 算机理论打下基础。第一台程序控制的计 算机是英国剑桥大学科学家巴贝奇于1822 年完成的。
第八章 微电子技术与计算机
微电子技术概念
1、微电子技术----是指以集成电路为代表的制造、 使用微小型电子元件、器件和电路，实现电子系统功 能的技术。 微电子技术的核心是集成电路技术。 2、集成电路----是以半导体晶体材料为基片，经 过专门的工艺技术，把电路的器件和连线集成在基片 上的微小型化的电路系统。 集成电路常用硅做成，所以，集成电路也叫做硅芯片 或芯片。
（MOS）
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集成电路标准封装外形图
微电子技术的发展前景
1、量子功能元件 目前，超细微加工的尺寸正向 0.1um（100nm）前进， 这是超大规模集成电路的极限尺寸，小于这个尺寸，即进入纳 米尺寸（1—100nm）。半导体器件的工作原理将发生根本改 变，进入量子功能器件阶段。 2、三维集成电路——向空间发展，形成立体结构。 3、砷化镓微电子技术——以砷化镓取代硅。 4、光电子技术——以光为信息载体，与硅片上的集成电路结 合，形成光电集成。是集成电路追求高速度的产物。 5、超导电子技术 是集成电路追求低功耗、高速度的产物。
（4）制作连线
先将铝在真空中溶化、蒸发，将晶片在铝蒸汽中镀上一
层1um厚的薄膜，再经过光刻和腐蚀把薄膜的大部分去掉， 留下连线部分。 （5）封装 最后再经过检验、切片、封装、焊接芯片的接角，集成
电路就制成了。
集成电路设计的目的就是制备掩模图案。虽然这些工作
目前全部由计算机辅助设计完成，但仍需大量的人力和时间。
（1）使电子设备微型化。 （2）稳定性好、功耗低。
（3）物美价廉、体积小、重量轻。
集成电路的 特点
半导体生产工艺的特殊性
高清洁度 ： 每立方米空气中大于0.5微米的灰尘颗 粒少于3500个。 高精度：光刻线条、投影误差小于0.1微米。 高纯度：整个工艺过程皆采用高纯度（99.999﹪）的 化学药品和水。
半导体材料
1833年，英国巴拉迪最先发现硫化银的 电阻随着温度的上升而降低。这是半导体现 象的首次发现。1839年法国的贝克莱尔发现 半导体和电解质接触形成的结，在光照下会 产生一个电压，这就是后来人们熟知的光生 伏特效应，这是被发现的半导体的第二个特 征。在1874年，德国的布劳恩观察到某些硫 化物的导电有方向性，在它两端加一个正向 电压，它是导通的；如果把电压极性反过来， 它就不导电，这就是半导体的整流效应，也 是半导体所特有的第三种特性。1873年，英 国的史密斯发现硒晶体材料在光照下电导增 加的光电导效应，这是半导体又一个特有的 12英寸直拉硅单晶（1m多长） 性质。总结出半导体的这四个特性一直到 1947年12月才由贝尔实验室完成。
集成电路的生产制作过程
（1）制作晶片:
硅片
ห้องสมุดไป่ตู้高纯度
单晶硅
厚0.5mm
清洗、抛光
晶片
划分
芯片
（2）氧化、离子注入 在硅片表面上通过氧化作用，在1000℃的温度下，形成二氧化硅 层，可作掩模、绝缘层和钝化层。 氧化膜中会有少量的负电荷，注入正离子，以中和这些负电荷。
（3）制作元件
将设计好的电路按工艺先后制成一个个的掩模，经过照相缩小成 与芯片大小的光刻掩模版，再把掩模版上的图形用紫外线照射的方法 复制到芯片上----即光刻。