微电子技术综述.pptx
1.2 微电子技术简介
1.2.1 微电子技术与集成电路
电子线路使用的基础元件的演变： 电子线路使用的基础元件的演变：
1.2.1 微电子技术与集成电路
集成电路
第一个集成电路
集成电路的分类
按集成度（芯片中包含的元器件数目）分
规模集成电路(SSI) 小规模集成电路(SSI) 规模集成电路(MSI) 中规模集成电路(MSI) 大规模集成电路(LSI) 规模集成电路(LSI)
什么是集成电路？ 什么是集成电路？
集成电路 (Integrated Circuit，简称 IC ） ，
它以半导体单晶片作为材料， 它以半导体单晶片作为材料 ， 经平面 工艺加工制造， 将大量晶体管、 工艺加工制造 ， 将大量晶体管 、 电阻 等元器件及互连线构成的电子线路集 成在基片上， 成在基片上 ， 构成一个微型化的电路 或系统。 或系统。
按集成电路的功能来分， 按集成电路的功能来分，可分为
如逻辑电路、存储器、微处理器、 如逻辑电路、存储器、微处理器、 数字集成电路 微控制器、 微控制器、数字信号处理器等
模拟集成电路
又称为线性电路， 如信号放大器、 又称为线性电路 ， 如信号放大器 、 功率放大器等
布拉顿
Walter Brattain
1956年诺贝尔奖 1956年诺贝尔奖
1.2.1 微电子技术与集成电路
电子线路使用的基础元件的演变
基尔比 Jack S.Kilby “第一块集成电路的发明家”
微电子技术综述[1]
![微电子技术综述[1]](https://img.taocdn.com/s3/m/423a41bbbed5b9f3f90f1cde.png)
• 未来信息战的核心和关键是集成电路芯片
• 不发展微电子技术难圆强国之梦
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微电子技术综述[1]
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微电子技术综述[1]
微电子——经济发展的基石
n 电子装备更新换代都基于微电子技术的
进步，其灵巧（Smart）的程度都依赖于
集成电路芯片的“智慧”程度和使用程
度 普通机床
数字化技术改造
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微电子技术综述[1]
微电子产业的战略重要性
2020年世界最大的30个市场领域：其中与
微电子相关的22个市场：5万亿美元（Nikkei BusinesБайду номын сангаас 1999）
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微电子技术综述[1]
微电子产业和科学技术的发展水平
n 大约十年为一周期，自1996年以来的半导体衰 退期到1998年底已经基本过去，今后十年将是 一个新的增长期
IC的速度很高、功耗很小，但由于 PCB板中的连线延时、噪声、可靠 性以及重量等因素的限制，已无法 满足性能日益提高的整机系统的要求
在需求牵引和技术 推动的双重作用下
分
集成
立
电路
元
件 系统芯片(SOICC)与集成
电路(IC)的设计思想是 IICC设规计模不与越制来同造越的技大，术，水已它平可是的以微提在高一电，个子技 芯片上集术成1领08~域10的9个一晶体场管革命。
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微电子技术综述[1]
微电子产业和科学技术的发展水平
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微电子技术综述[1]
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微电子技术综述[1]
我国微电子发展展望
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微电子技术综述[1]
微电子技术综述(Summary of microelectronics technology)
微电子技术综述（Summary of microelectronics technology）This article is contributed by moonlightxymPpt documents may experience poor browsing on the WAP side. It is recommended that you first select TXT, or download the source file to the local view.Summary of microelectronics technologyNational ASIC Systems Engineering Technology Research Centerprimary coverageIT technology overview microelectronics technology introduction SOC design technology concluding remarksOverview of IT TechnologyThe status of IT in modern societyagricultural societyindustrial societyPost industrial societyThe post industrial society is an information societyIT technology will change our... Work lifeEven... Even to the extent thatStudyWarfareThe basic framework of IT TechnologyApplication based on information sharing and flowINTERNET as the core of information sharing, processing, storage, exchange platformComputerCommunicationConsumerMicroelectronic technologySoftware technologyThe development trend of information technologyStatus rise, industry integration areas deepen, Web, Wireless, Wideband, Consumer, Optical, MultimediaWWW*COMMicro electronics industry is the cornerstone of information technologyBrief introduction of microelectronics technologyThe strategic position of microelectronic science and technology, the development level of microelectronic industry and science and technology, the development of microelectronics industry in China, and the development trend of microelectronic technologyThe strategic position of microelectronic science and technologyThe scale and scientific and technological level of microelectronic industry have become an important symbol to measure the comprehensive strength of a countryThe contemporary "food chain" relationship of national economyIntegrated circuit 1 yuanElectronic products 10 yuan, 10 yuanThe output value of national economy is 100 to 300 yuan, 300 yuanThe criterion of entering the information society: the output value of semiconductor accounts for 0.5% of the total output value of industry and agricultureNational security protectionThe core and the key to the future of information warfare is the integrated circuit chip does not do the dream of power development of microelectronic technologyMicro electronics: the cornerstone of economic developmentThe upgrading of electronic equipment is based on the progress of microelectronic technology, and the degree of its Smart depends on the level of intelligence and the degree of use of integrated circuit chipsNumerical control machineThe price difference is 10 times, the price difference timesHigh added value of whole machine systemIntegrated circuitIn the growth period, enter the market, market, and enhance market competitivenessMicro electronics: the cornerstone of economic developmentComparison of profits between Chinese IT enterprises and Chinese enterprises and Intel companies -- comparison of profits between enterprises and companiesIntel company's sales of 294 billions of dollars profit of 73 RMB $5 billion billion profit rate is 24.8%One of our country's Zhongguancun is famous for its IT industry, industry, China's VCD industry and our country2.5%, 2%, only the United States chip enterprise profits 1/10 industry profitsMicro electronics: the cornerstone of economic developmentWithout the development of the integrated circuit industry, IT industry can only stay in the assembly industry level, earn the "hard money" in the international division of labor in the low-end only low value-added foreign someone joked: "you say Zhongguancun is Silicon Valley, but a" core "of the Silicon Valley, the product can't be competitive"The penetration and driving role of microelectronics in traditional industriesAlmost all of the traditional industries combine with microelectronic technology, and the smart transformation with integrated circuit chips can rejuvenate the traditional industriesThe fan of the industry, the total power consumption of the pump has accounted for about 30% of electricity generation, only to fan, water pump frequency control and other electronic technology transformation, the annual saving can be more than 50 billion degrees, power generation capacity equivalent to three Gezhouba Dam power plant (15 billion 700 million / year) for efficient energy saving of incandescent light, and assuming that the application of 30% power generating capacityequivalent to three large bending nuclear power plant to save (13 billion 900 million degrees / year2000150010005000 contribution rate of steel, color TV and integrated circuit to national economyThe electronic industry without microelectronics can only be labor-intensive assembly industry, and it can not form a knowledge-based economy with high added value. Silicon Valley of China will be a "no core" Silicon ValleyThe importance of microelectronics to information societyINTERNET infrastructure- - a wide variety of networks: cables, fiber optics (Optoelectronics), wireless......... Routing and switching technologies: routers, switches, firewalls, gateways......... Terminal devices: PC, NetPC, WebTV......... Network basic software: TCP/IP, DNS, LDAP, DCE.........INTERNET service- Information Services: a great deal of information - transaction services: highly reliable,High security......... Computing services: "the network is the computer", "the computer becomes the external equipment of the network."!"Strategic importance of the microelectronics industry2020, the world's largest market segment: the world's largest market segment with the year, the world's 30 largest market areas:22 markets related to Microelectronics: trillions of trillions of dollars (microelectronics related markets: $5 trillion (Nikkei, Business, 1999) markets)Market sales of billions of dollars) ($1 billion) 630470380300270250 250230230210210200 200190180 sales) billion ($1 billion) 170165160160155150 150145140140140135 120115110 mobile communication mobile data communication data * * a * * computer personal computer mobile phone services, mobile phone services * * CPU* data storage products * * * product data storage magnetic storage magnetic storage * electronic commerce * * * e-commerce network information service network information service of high density magnetic storage * * * high density magnetic storage system integration system integration chip chip * * * family home medical equipment medical equipment * * * * Internet Internet cable TV CATV transmission system of intelligent agent software * * * * agent software ultrathin display ultrathin display * * * ground ground microwave radio IC card Microwave radio * DNA biochip multi-purpose communication equipment * multipurpose communication equipment of semiconductor equipment * * * semiconductor equipment electric vehicle wall type ultra-thin TV wall type ultra-thin TV * * * * mobile phone mobile phone directly into the tool directly into the tool ITS equipment DNA LCD LCD * * food imitation fuel vehicleMicro electronics industry and the development of science and technologyAbout ten years as a cycle, the semiconductor recession since 1996 has basically passed by the end of 1998, and the next ten years will be a new period of growthWorld semiconductor market growth forecast in 1998 ~ 2010 (US $100 billion), world semiconductor market growth forecast in 2010, US $100 billion, annual growth forecast of world semiconductor market (US $100 million)1997 total sales growth rate (%) growth rate of 137019981346, -1.8 1999157717.22000, 1846172001221420, 200538721520108956, 15Micro electronics industry and the development of science and technologyWith the progress of science and technology, with the progress of science and technology, semiconductor products sales accounted for sales of electronic products in the share increased year by year, increased to 11.6% in 1992, 16.5% in 1996, 1999 is expected to reach 19.4%.. 2000 years will reach 21.1% in 2010 will reach 33%. for semiconductor products, electronic products in the sales share. Table (3-2) share of semiconductor products for electronic products salesAnnual share () share (%) 199211., 6.1993199419951996, 1997199819992000, 20103313.4, 15.7, 19.1, 16.5, 16.9, 17.9, 19.4, 21.1,...From the year of DRAM radius radius from (nm)) MPU gate length (nm) gate length memory introduction stage products memory production stage generation MPU chip chip count function) millions of transistors (million transistors) MPU into the core stage introduction stage chip area (mm2) ASIC million (/cm2 million transistor transistor /cm2 (automatic layout) the ASIC core chip rise rise stage maximum area (mm2) wafer diameter (mm) in the stage of introducing DRAM package after a single package unit (a special offer than special offer ratio (PPM cents) of cents) at the production stage DRAM package after a single package unit than the special offer than (special offer (PPM cents one cent))1999180140 1G 256M 23.8340Table (3-3) semiconductor development plan (SIA, 1999 edition), 2000200120022003, 20042005165120150, 100, 2G, 512M,47.6340130, 85-9012080, 4G, 1G, 95.23721107010065, 8G, 2G, 1904082008704520115030-32 64G 16G20143520-2253946815235364308615 20800200 28800200 40800300 54800300 73800300 99800300 133800300 328800300 811800300 2000800450Forty-two Twenty-one ElevenFive point threeZero point six six157.6, 3.8, 1.9 1999 edition (sia美 eeca欧 eiaj日 ksia南朝鲜 tsia台) 美欧日南朝鲜台0.24我国微电子发展展望800 700 600 500 400 300 200 100 0 1996 1997 1998 2000, 2005, 2010 应用电路数 (亿块) 应用电路数 (亿块)我国微电子发展展望8000 7000 6000 5000 4000 3000 2000 1000 0 1996 1997 1998 2000, 2005, 2010 价值总额 (亿元) 价值总额 (亿元)从2000年到从年到2010年年均增长率为年年均增长率为28% 年到年年均增长率为我国微电子发展展望未来十年将是我国微电子产业的关键时期! !微电子技术的发展方向特征尺寸继续等比例缩小集成电路 (CI) 将发展成为系统芯片(SOC) 微电子技术与其它领域相结合将产生新的产业和新的学科, 例如 MEMS, dna芯片等特征尺寸继续等比例缩小第一个关键技术: 微细加工第二个关键技术: 互连技术第三个关键技术: 新型器件结构, 新型材料体系集成电路 - > Corp.卫星 / 电缆解调 / 纠错 IBM CPU第二代The DRAMThe DRAMSoC传输反向多路器 DRAMs mpeg解码SCI IEEE1284 GPIO, etc.第三代将来声频接口视频接口System on a chip.STBPIc的速度很高, 功耗很小, ic的速度很高, 功耗很小, 但由于的速度很高 pcb板中的连线延时噪声, pcb板中的连线延时, 噪声, 可靠板中的连线延时, 性以及重量等因素的限制, 性以及重量等因素的限制, 已无法满足性能日益提高的整机系统的要求集成电路 - > Corp.在需求牵引和技术推动的双重作用下集成分立电路元 CI 件系统芯片系统芯片 (SOC) 与集成与集成系统芯片System on a chip (简称简称简称soc)电路 (CI) 的设计思想是的设计思想是电路 ic设计与制造技术水平的提高 ic设计与制造技术水平的提高, 设计与制造技术水平的提高, 不同的, 不同的 ic规模越来越大, 它是微电子技 ic规模越来越大, 已可以在一个规模越来越大, 术领域的一场革命. 术领域的一场革命. 芯片上集成10 芯片上集成108 ~ 109个晶体管将整个系统集成在一个微电子芯片上电, 光, 声, 热, 磁力等外界信号的采集 - 各种传感器信息输入与模 / 数传输信息处理信息输出与数 / 模转换信息存储执行器, 显示器等一般意义上的系统集成芯片广义上的系统集成芯片Mems技术和dna芯片微电子技术与其它学科结合, 诞生出一系列崭新的学科和重大的经济增长点– MEMS (微机电系统): 微电子技术与机械, 光学等领域结合–dna生物芯片: 微电子技术与生物工程技术结合SOC 设计技术集成电路走向系统芯片Soc是从整个系统的角度出发, 把处理机制, 模型算法, 芯片结构, 各层次电路直至器件的设计紧密结合起来, 在单个芯片上完成整个系统的功能 soc必须采用从系统行为级开始自顶向下 (topdown) 地设计 soc的优势––––嵌入式模拟电路的core可以抑制噪声问题嵌入式cpucore可以使设计者有更大的自由度降低功耗, 不需要大量的输出缓冲器使dram和cpu之间的速度接近集成电路走向系统芯片Soc与ic组成的系统相比, 由于soc能够综合并全盘考虑整个系统的各种情况, 可以在同样的工艺技术条件下实现更高性能的系统指标- 若采用is方法和0.35m工艺设计系统芯片, 在相同的系统复杂度和处理速率下, 能够相当于采用 0.25 ~ 0.18m工艺制作的ic所实现的同样系统的性能–与采用常规ic方法设计的芯片相比, 采用soc完成同样功能所需要的晶体管数目可以有数量级的降低国内外soc发展状况Integrated circuit manufacturing process has entered the ultra deep submicron (VDSM) phase, the second generation IC-CAD tools have been difficult for system on chip (System-on-Chip) is becoming the mainstream of ultra large scale integrated circuit IP multiplexing integrated circuit products (Intellectual Property Reuse) is more and more high level of large-scale integrated circuit design technology lags behind the level of technology, design tools behind the design the ability of integrated circuit manufacturing, design industry, packaging industry is relatively freeIC Design crisisThree major support technologies for SOCHardware and software co design: Co-Design IP technology, Module (Interface) integrated technologyHardware and software Co-DesignTheory (Function Partation) for various systemsComputer communication compression, decompression, encryption and decryptionIP TechnologySoft IP core: Soft IP (behavior description) solid IP core: Firm IP (gate level description, net single) hard IP core: Hard IP (territory)Universal moduleCMOS - DRAM - mixed: D/A, A/D - deep submicron circuit optimization design: Based on the model simulation, the speed, power consumption, reliability optimization design and process design: the maximum wing has the greatest tolerance and processIP TechnologyDeveloping the content of integrated circuit designKey electronic information products core chip development, VLSI IP core development, system on chip (SoC) design method and key process technology, VLSI design, industrialization environment constructionKey electronic information product core chip development key electronic information product core chip development- high-performance network communications chips - - Information Security chips - consumer electronics category chips - iconic million gate super large scale integrated circuit chipsDevelopment of IP core for VLSIDevelopment of IP core for VLSI- embedded microprocessor, embedded memory class - embedded mixed signal circuit - embedded RF circuit - embedded bus circuit and interface circuit - embedded programmable logic circuit, embedded intelligent power circuitDesign method and key process technology of system on chip (SoC)System chip (SoC) design and key process technologySystem on chip (SoC) design methodology and tool developmentHardware / software co design and verification techniques, integrated circuits, IP core interfaces, standards and related design techniques, key technologies for ultra deep submicron (VDSM) integrated circuit designSystem chip (SoC) related key process technologiesMixed circuit compatible technology and embedded circuit manufacturing technology; SOI ultra deep submicron CMOS circuits, Si/GeSi based heterojunction circuit circuit design for ultra deep submicron CMOS device structure and SoC related reliability design and manufacturing technologyVLSI design, industrialization, environmental constructionVLSI design, industrialization, environmental construction- national integrated circuit design industrialization base construction - multi project wafer (MPW) service system - national super large scale integrated circuit IP core library construction, the establishment of the national integrated circuit IP management and service centerConcluding remarksStone Age ~ 35000 years of Bronze Age ~ ~ 1800, iron age ~ 3200 years 3000BC 1200BC silicon era, XX years? 19685000400030002000, 1000Zero1000200030004000Thank you all!One。
微电子技术发展的规律ppt
05
微电子技术的未来展望
芯片革命
芯片制造技术持续升级
随着科技的不断进步，芯片制造技术也将不断推陈出新，实现 更高的集成度和更低的能耗。
3D芯片和晶圆级封装技术
未来芯片革命的重要方向之一是3D芯片和晶圆级封装技术，将实 现更紧密的集成和更高的性能。
芯片与生物技术的融合
将生物技术应用于芯片制造，可以实现更智能、更个性化的芯片 ，满足各种不同的需求。
《微电子技术发展 的规律》ppt
2023-10-29
目录
• 微电子技术概述 • 微电子技术发展规律 • 微电子技术发展趋势 • 微电子技术面临的挑战与对策 • 微电子技术的未来展望
01
微电子技术概述
微电子技术的定义
微电子技术是一种基于半导体材料，通过微小型化、高集成 度、高可靠性等技术手段，实现电子系统小型化、高性能、 低功耗的技术。
技术创新与突破
新材料和新工艺的应用
未来的微电子技术将不断探索和应用新材料和新工艺，提高芯片 的性能和降低成本。
量子计算和量子通信的发展
量子计算和量子通信是未来微电子技术的重要发展方向，将实现 更快的计算速度和更安全的通信。
人工智能和机器学习的应用
人工智能和机器学习技术在微电子领域的应用将推动产业的升级 和创新。
03
技术发展
意义
晶体管小型化的主要技术包括栅极长 度缩减、三维晶体管结构、高k介质和 金属栅极等。这些技术的应用使得晶 体管的尺寸不断缩小，同时保持了良 好的性能。
晶体管小型化是微电子技术发展的一 项重要成果，它使得集成电路的复杂 性不断提高，推动了微电子技术的进 步。
集成电路
定义
集成电路是指将大量电子元件（ 如晶体管、电阻、电容等）集成 在一块微小的半导体材料上的电 路系统。
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
《微电子技术发展的》课件
03 微电子技术的关键技术
高性能材料技术
硅基材料
硅基材料是微电子技术中最常用 的材料，具有优良的物理和化学 性质，能够满足集成电路制造的
要求。
高k材料
高k材料是指介电常数大于二氧化 硅的材料，能够提供更快的晶体管 开关速度和更低的功耗。
金属材料
金属材料在微电子技术中用于连接 和传输电流，常用的金属有铜、铝 等。
05 微电子技术的挑战与对策
微电子技术的物理极限挑战
总结词
随着微电子技术不断进步，物理 极限成为技术发展的瓶颈之一。
详细描述
随着芯片上集成的晶体管数量不 断增加，量子效应、热效应和信 号干扰等问题愈发严重，制约了 微电子技术的进一步发展。
微电子技术的环境影响挑战
总结词
微电子技术发展过程中对环境的影响 逐渐受到关注。
微电子技术是计算机和信息技术发展的基 础，推动了计算机硬件和软件技术的不断 进步。
工业自动化
医疗保健
微电子技术应用于工业自动化领域，提高 了生产效率、降低了能耗，推动了工业自 动化的发展。
微电子技术在医疗保健领域的应用包括医 疗设备、医疗器械和生物芯片等，为医疗 诊断和治疗提供了先进的技术手段。
微电子技术的发展历程
微电子技术在计算机领域的应用案例
集成电路设计
微电子技术是计算机集成电路设计的基础，为计 算机硬件提供了高效、可靠的性能。
存储器技术
微电子技术推动了存储器技术的发展，如闪存、 RAM等，提高了计算机存储容量和读写速度。
处理器技术
微电子技术为处理器设计提供了高性能、低功耗 的技术支持，推动了计算机性能的不断提升。
20世纪50年代
集成电路的发明，实现了电子 器件的小型化。
《微电子技术》课件
微电子技术用于制造军事设备 ，如导弹制导系统、雷达、通
信设备等。
微电子技术的发展趋势
纳米技术
随着芯片上元件尺寸的 不断缩小，纳米技术成 为微电子技术的重要发
展方向。
3D集成
通过将多个芯片垂直集 成在一起，实现更高的
性能和更低的功耗。
柔性电子
柔性电子是将电子器件 制造在柔性材料上的技 术，具有可弯曲、可折
将杂质元素引入半导体材料中的 技术。
离子注入掺杂
利用离子注入机将杂质离子注入 到半导体材料中的技术。
化学气相掺杂
利用化学气相沉积的方法，将含 有杂质元素的化合物沉积到半导
体材料中的技术。
04
集成电路设计
集成电路设计流程
需求分析
明确设计要求，分析性能指标，确定设计规 模和复杂度。
逻辑设计
根据规格说明书，进行逻辑设计，包括算法 设计、逻辑电路设计等。
《微电子技术》 ppt课件
contents
目录
• 微电子技术概述 • 微电子器件 • 微电子工艺技术 • 集成电路设计 • 微电子封装技术 • 微电子技术发展面临的挑战与机遇
01
微电子技术概述
微电子技术的定义
微电子技术是一门研究在微小 尺寸下制造电子器件和系统的 技术。
它涉及到利用半导体材料、器 件设计和制造工艺，将电子系 统集成在微小尺寸的芯片上。
02
微电子技术领域的竞争非常激烈，企业需要不断提升自身的技
术水平和产品质量，以获得竞争优势。
客户需求多样化
03
客户需求多样化，要求企业提供更加定制化的产品和服务，以
满足不同客户的需求。
新材料、新工艺的机遇
新材料的应用
微电子技术概述.
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.Shock20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”。
集成电路的生产制作过程
（1）制作晶片:
硅片
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。
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。
微电子课件
电阻率
影响迁移率的因素： 有效质量 平均弛豫时间（散射〕
体现在：温度和 掺杂浓度
q
m
半导体中载流子的散射机制： 晶格散射（ 热 运 动 引 起） 电离杂质散射
散射机理 晶格散射
杂质散射
+ +
迁移率与掺杂浓度的关系
迁移率与温度的关系
总复习第2章
pn结部分 （1）什么叫pn结，如何形成的
gm
iDቤተ መጻሕፍቲ ባይዱuGS
|uDS 常数
结型场效应管
栅源电压对沟道的控制作用
在栅源间加负电压uGS ，令uDS =0 ①当uGS=0时，为平衡PN结，导电沟道最宽。 ②当│uGS│↑时，PN结反偏，形成耗尽层，导电沟道变窄，沟
道电阻增大。 ③当│uGS│增加到一定值Up时 ，沟道会完全合拢。
结型场效应管
半导体的能带结构
导带
Eg
价带
价带：被电子填充的能量最高的能带 导带： 未被电子填充的能量最低的能带 禁带：导带底与价带顶之间能带 带隙：导带底与价带顶之间的能量差
金属导体Eg=0
绝缘体Eg很大 10eV以上
半导体Eg适中 在0.1-5eV
典型半导体禁带宽度
Si
1.1
Ge 0.67
GaAs 1.43
集成电路按器件结构可分为什么类型，各有什么特 点？
总复习第2章半导体物理
回答以下概念 （1）能带结构：导带、价带、禁带，多数载流子、 少数载流子， （2）本征、n型、p型半导体（费米能级位置） （3）施主杂质、受主杂质、施主能级、受主能级 （4）费米能级 （6）迁移率、晶格散射、杂质散射
什么叫迁移率，迁移率与温度以及掺杂浓度有什么 变化关系，并说明原因？
《微电子技术新进展》课件
三维集成电路技术的优势 和挑战
三维集成电路技术具有优异的性 能和可靠性，但也面临着制造难 度大、成本高等问题。
超大规模集成电路技术
1 超大规模集成电路技 2 超大规模集成电路技 3 超大规模集成电路技
术的含义
术的发展历程
术的优势和挑战
超大规模集成电路技术是 指在通常的集成电路上通 过采用新型材料、制造工 艺技术和设备等实现更高 芯片翻倍率的技术。
微电子技术的未来发展趋势
微电子技术的未来趋势将更加注重集成度、性能、功耗等方面的完美结合，以满足各领域对电子设备更高要求 的需求。
微电子应用的广泛领域
微电子技术的应用领域包括 通信、控制、信息处理、医 疗、军事、航天等众多领域， 是现代社会中不可或缺的技 术。
微电子技术的发展历程
1
集成电路时代
2
60年代中期，集成电路出现，推动了微
电子技术的突破。
3
晶体管时代
20世纪50年代，晶体管问世，为微电子 技术的发展奠定了基础。
微电子技术蓬勃发展
无线射频识别技术的应用 领域
无线射频识别技术的未来 发展趋势
无线射频识别技术被广泛应用于 物流、仓储、制造、安防、交通、 医疗等各领域，提高工作效率和 安全性。
无线射频识别技术将进一步地发 展和应用，增强其可编程性、智 能性和安全性。
微电子技术新进展的意义
微电子技术的新进展将推动人工智能、物联网、智能制造等领域的发展，提 升社会经济发展水平。
超大规模集成电路技术的 发展历程始于20世纪90年 代，2000年左右已经进入 了10纳米工艺时代。
超大规模集成电路技术具 有更高的集成度、更强的 计算能力和更低的功耗， 但同时制造难度大、成本 高等问题也亟待解决。
微电子技术课件
汽车电子
微电子技术在汽车电子领域的应用不 断增多，如发动机控制、车载信息娱 乐系统、自动驾驶技术等。
微电子技术发展趋势
摩尔定律的末日
超越硅基材料
随着集成电路的技术极限逐渐逼近，摩尔 定律的末日已经来临，微电子技术将不再 追求效能的极致。
为了突破技术瓶颈，微电子技术将研究硅 基以外的材料，如碳纳米管、二维材料等 。
生物芯片与光电子集成
绿色环保与可持续发展
微电子技术与生物技术、光电子技术的结 合将成为未来的发展趋势，如生物芯片、 光电子集成等。
绿色环保和可持续发展成为微电子技术发 展的重要方向，如研究低功耗设计、绿色 制造技术等。
02
散方程。
漂移运动
02
在外电场作用下，载流子受到电场力作用而产生漂移运动，遵
循漂移方程。
复合过程
03
电子和空穴在半导体中相遇时会发生复合过程，释放出能量。
03
CATALOGUE
器件结构与工艺
二极管结构与工艺
01
02
03
PN结
由P型半导体和N型半导体 形成的结，具有单向导电 性。
二极管结构
包括PN结、引线和封装等 部分，有硅二极管和锗二 极管等类型。
微电子技术课件
contents
目录
• 微电子技术概述 • 半导体物理基础 • 器件结构与工艺 • 微电子电路设计基础 • 微电子封装与测试技术 • 应用领域与发展趋势展望
01
CATALOGUE
微电子技术概述
定义与发展历程
定义
微电子技术是指利用微电子学原理， 在微米级尺度上研究、设计、制造和 应用电子元器件、集成电路和系统的 一门技术。
微电子及集成电路PPT课件
0.25
0.18
0.15
0.13
0.10
0.07
0.01
256M 1G
1G~4G 4G
16G
64G
256G
晶体管数量(M) 芯片尺寸(mm2) 时钟频率(MHz) 金属层数 最低供电电压(V)
11 300 750 6 1.8-2.5
21 340 1200 6～7 1.5-1.8
40 385 1400 7 1.2-1.5
0 1997 1999 2001 2003 2006 2009 工艺特征尺寸
工艺尺寸
晶体管数（M）
600 500 400 300 200 100
0 1997 1999 2001 2003 2006 2009 单个芯片上的晶体管数
晶体管数
芯片面积（平方毫米）
700 600 500 400 300 200 100
0 1997 1999 2001 2003 2006 2009 芯片面积
芯片面积
Vdd(v)
2.5
2
1.5 Vdd
1
0.5
0 1997 1999 2001 2003 2006 2009
电源电压
Clock(MHz)
3000 2500 2000 1500 1000
500 0 1997 1999 2001 2003 2006 2009 时钟频率
摩尔定律
经过40年，集成电路产业的发展证实了摩尔定律的正确性，但是摩尔定 律还能有多长时间的生命力？ 集成电路的特征尺寸： 130nm→90nm→60nm→45nm→30nm→?量子效应 集成电路光刻费用急剧增加
2008年国际上又提出“More than Moore”及“More than Moore” 概念，即强调芯片发展要追求功耗下降及综合功能的提高，实 际上转向更加务实的满足市场的需求。
微电子技术绪论PPT课件
光刻技术包括接触式、接近式、扫描式等几种方式，不 同的方式适用于不同的工艺要求和节点。
未来发展方向包括探索更先进的光刻技术和方法，以提 高分辨率、降低成本和提高可靠性。
04
微电子封装与测试
封装技术
芯片贴装技术
集成电路
集成电路的基本概念
集成电路是将多个晶体管和其他电子元件集成在一块衬底上，实 现一定的电路或系统功能。
集成电路的制造工艺
集成电路的制造需要经过多个复杂工艺步骤，包括光刻、掺杂、刻 蚀和镀膜等，以确保电路性能的稳定性和可靠性。
集成电路的应用
集成电路被广泛应用于计算机、通信、消费电子和汽车电子等领域， 对现代科技的发展起着至关重要的作用。
晶体管
1 2 3
晶体管的基本结构
晶体管由三个电极（集电极、基极和发射极）构 成，其工作原理是通过控制基极电流来调节集电 极和发射极之间的电流。
晶体管的类型
晶体管分为NPN和PNP两种类型，其工作电压和 电流大小各不相同，根据实际需求选择合适的晶 体管类型。
晶体管的应用
晶体管是构成各种电子电路的基本元件，广泛应 用于信号放大、开关控制和逻辑运算等领域。
系统集成创新
系统集成创新
随着微电子器件的集成度不断提高，系统集成创新成为了一个重要的研究方向。通过将不同的器件和电路集成在一个 芯片上，可以实现更复杂的功能和更高的性能。
3D集成技术
3D集成技术是指将多个芯片堆叠在一起，并通过垂直互联实现高速信号传输。这种技术可以显著提高芯片的集成度 和性能，同时降低能耗和成本。
掺杂技术分为非故意掺杂和故意掺杂两种，非故 意掺杂是指在制造过程中不可避免地引入杂质， 而故意掺杂则是为了实现特定的电路功能而人为 地引入杂质。
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200
液晶显示器*
120
190
仿制品
115
180
燃油汽车
110
微电子产业和科学技术的发展水平
大约十年为一周期，自1996年以来的半导体衰 退期到1998年底已经基本过去，今后十年将是 一个新的增长期
1998 ~ 2010年世界半导体市场增长预测(亿美元)
1997 1998 1999 2000 2001 2005 2010
总销售额 1370 1346 1577 1846 2214 3872 8956
增长率(%)
-1.8 17.2 17 20 15 15
微电子产业和科学技术的发展水平
随着科学技术的进步，半导体产品销售额占电子产品销售额中的份额逐年
提高，1992 年为 11.6%，1996 年为 16.5%，1999 年达到 19.4%。预计 2000
备 !”
微电子产业的战略重要性
2020年世界最大的30个市场领域：其中与
微电子相关的22个市场：5万亿美元（Nikkei Business 1999）
市场
销售额
市场
销售额
（10 亿美元）
（10 亿美元）
手提数据通讯* 个人电脑* 移动电话服务* CPU* 数据存储产品* 磁存储* 电子商务* 网络信息服务* 高密度磁存储* 系统集成芯片* 家庭医疗设备* 互联网* 有线电视* 智能传输系统 代理软件*
国外有人戏称说：“你们说中关村是硅 谷，但是一个无“芯”的硅谷，产品不 可能有竞争力”
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
• 全国各行业的风机、水泵的总耗电量约占了全国发电 量的30%，仅仅对风机、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，相当于三 个葛洲坝电站的发电量(157亿度/年)
630
超薄显示器*
170
470
IC 卡*
165
380
地面微波广播*
160
300
DNA 生物芯片
160
270
多用途通讯设备*
155
250
半导体设备*
150
250
电力交通工具
150
230
墙壁式超薄电视*
145
230
移动电话*
140
210
直接引入工具
140
210
ITS 设备
140
200
DNA 加工食品
135
微电子技术综述
国家ASIC系统工程技术研究中心
主要内容
IT技术概述 微电子技术简介 SOC 设计技术 结束语
IT技术概述
IT在现代社会中的地位
农业社会
工业社会
后工业社会
后工业社会就是信息社会
IT 技术将改变我们的…
工作
学习
生活
甚至…
战争
IT 技术的基本构架
以INTERNET为核心的信息共享，处 理，存储，交换的平台
我国IT企业与Intel公司利润的比较
销售额
Intel公司
294亿 美元
我国中关村一家
很 著名 的以计 算 200亿 机销售生产为主 人民币
的IT企业
我国的VCD产业
利润 73亿 美元
5亿 人民币
利润率 24.8%
2.5%
2% 只有美国芯片企
业利润的1/10
微电子——经济发展的基石
不发展集成电路产业，IT行业只能停留 在装配业水平上，挣的是“辛苦钱”， 在国际分工中只能处于低附加值的低端 上
年将达到 21.1%，2010 年将达到 33%。半导体产品在电子产品销售额中所占
份额情况
表(3-2) 半导体产品在电子产品销售额中所占份额
年度
1992 1993 1994 1995 1996 1997 1998 1999 2000 2010
份额（%） 11．6 13．4 15．7 19．1 16．5 16．9 17．9 19．4 21．1 33
• 对白炽灯进行高效节能改造，并假设推广应用30%， 所节省的电能相当于三座大亚弯核电站的发电量(139 亿度/年
2000
1500
1000
对国民经济的贡
献率
500
0 钢铁
彩电 集成电路
没有微电子的电子工业只能是劳动密集型的 组装业，不能形成高附加值的知识经济，中 国的硅谷将是无芯的硅谷
微电子对信息社会的重要性
• 不发展微电子技术难圆强国之梦
微电子——经济发展的基石
电子装备更新换代都基于微电子技术的
进步，其灵巧（Smart）的程度都依赖于
集成电路芯片的“智慧”程度和使用程
度 普通机床
数字化技术改造
数控机床
价格相差10倍
整机系统 高附加值
集成 电路
在成长期进入 市场，增强市
场竞争力
微电子——经济发展的基石
微电子科学技术的战略地位
微电子产业规模和科学技术水平已成为衡量一
个国家综合实力的重要标志
• 国民经济的当代“食物链”关系
集成电路
电子产品
国民经济产值
1元
10元
100 ~ 300元
• 进入信息化社会的判据：半导体产值占工农业总产值的 0.5%
国家安全的保障
• 未来信息战的核心和关键是集成电路芯片
表（3-3）半导体发展计划（SIA 1999年版）
年份
1999 2000 2001 2002 2003 2004 2005 2008 2011 2014
DRAM半径距
（ nm）
180
165
150
130
120
110
100
70
50
35
MPU栅长 (nm) 140
120
100 85-90
80
70
65
45
INTERNET基础设施
– 各种各样的网络：电缆、光纤(光电子)、无线 ...… – 路由和交换技术：路由器、交换机、防火墙、网关 ...… – 终端设备：PC、NetPC、WebTV ...… – 网络基础软件：TCP/IP、DNS、LDAP、DCE ...…
INTERNET服务
– 信息服务: 极其大量的各种信息 – 交易服务: 高可靠、高保密 ...… – 计算服务: “网络就是计算机 !”, “计算机成了网络的外部设
30-32 20-22
存贮器引入阶段
产品代
1G
2G
4G
8G
64G
存贮器生产阶段
产品代
256M
512M
1G
2G
16G
MPU芯片功能数
（百万晶体管） 23.8
47.08
信息技术的发展趋势
地位上升 产业融合 领域深化 Web Wireless Wideband Consumer Optical Multimedia
微电子产业是信息技术的基石
微电子技术简介
微电子科学技术的战略地位 微电子产业和科学技术的发展水平 我国微电子产业发展展望 微电子技术的发展方向