第八章 微电子学与集成电路

2，集成电路的发展特点： （1）特征尺寸越来越小；（2）芯片尺寸越来越大；（3）单片上的晶 体管数越来越多；（4）时钟速度越来越快；（5）电源电压越来越低； （6）布线层数越来越多；（7）输入/输出(I/O)引脚越来越多。
注：目前0.045微米技术己成熟，Intel、SamSung、TSMC正发展0.03微米 以下的工艺技术。
3，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。
由双极型门电路和互补金属-氧化物-半导体（CMOS）门电路构成的 集成电路。特点是将双极（Bipolar）工艺和CMOS工艺兼容，在同一 芯片上以一定的电路形式将双极型电路和CMOS电路集成在一起 ，兼 有高密度 、低功耗和高速大驱动能力等特点 。高性能BiCMOS电路 于20世纪80年代初提出并实现，主要应用在高速静态存储器、高速门 阵列以及其他高速数字电路中，还可以制造出性能优良的模／数混合 电路，用于系统集成。有人预言，BiCMOS集成电路是继CMOS集成 电路形式之后的下一代高速集成电路形式。
二、按集成度分类 按晶体管数目划分的集成电路规模
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、电感等无源器件，按照一定的电路互连，“集成”在一块半导 体晶片（如硅或砷化镓）上，封装在一个外壳内，执行特定电路或系 统功能的一种器件。
集成电路芯片显微照片
各种封装好的集成电路
❖ 集成电路的出现，已使电子设备整机与电路元件器件之间的原有界 限被打跛，器件问题、电路问题和整机系统问题已经结合在一小块 硅片上，形成了固体物理、器件工艺与电子学三者交叉的新技术学 科—微电子学。
电路：TI公司的Kilby，
12个器件制成一个
RC移相振荡电路。
1960年：世界上成功制造出第一块MOS集成电路；
1962年：Wanlass、C. T. Sah （萨之唐）发明了CMOS技术；
1967年：Kahng、S. Sze（施敏）发明了非挥发存储器；为微型计 算机的发明奠定了坚实的基础；
1971年：Intel公司微处理器诞生， 此后出现了PC机。
1971年世 界 上 第 一 个 商 用 微 处 理 器：英特尔4004，晶 体 管 数 目 ： 2300 ，速 度 ： 108KHz
二、微电子技术发展规律
1，摩尔定律：
在新技术的推动下，集成电路自发明以来四十多年，集成电路芯片的集成度每3 年提高4倍，而加工特征尺寸缩小 2倍。这就是由Intel公司创始人之一Gordon E. Moore博士1965年总结的集成电路的发展规律，被称之为摩尔定律。
一、微电子学发展历程
1952年： 英国皇家雷达研究所，英国科学家G. W. A.
Dumme1r（达默）第一次提出了集成电路的设想；
1958年：以德克萨斯仪器公司的科学家基尔比(Clair Kilby) 为首的研究小组研制出了世界上第一块集成电路（由12个 元件构成的相移振荡）；
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1958年第一块集成
第八章 微电子学与集成电路
8.1 微电子学发展历程 8.2 集成电路的分类 8.3 集成电路材料 8.4 集成电路元器件 8.5 集成电路基本制造工艺 8.6 集成电路封装与测试 8.7 集成电路设计 8.8 微电子技术的发展方向 8.9 微电子产业的战略地位
8.1 微电子学发展历程
集成电路是什么？ Integrated Circuit ，缩写IC
微电子学归属“电子科学与技术”（一级学科），并涉及“物 理电子学”、“微电子与固体电子学”、“电路与系统”和“电 磁场与微波技术”等二级学科，也关系“微电子制造工程”、“ 集成电路设计与集成系统”等大学本科专业（工科）和“微电 子学（微电子技术）”等大学理科专业。
本章以集成电路为主线，着重介绍微电子学和集成电路的基础 知识、主要概念及制造工艺，目的是使“信息类专业”的学生 对该领域有一个基本了解。
微电子学——微型电子学 核心——集成电路
集成电路的生产加工工艺涉及精密机械、光学、化学等领域，集成电路技术 的广泛渗透和延拓，已使微电子学成为了一个由众多学科交叉的边缘性学科。 集成电路的生产装备水平是一个国家科学技术水平的综合体现；集成电路既是 一个国家工业信息化大厦顶尖上的一颗宝石，又是这一大厦的基石。
CPU 80286及Pentium Pro(TM)芯片的显微照片 Intel 0.09um工艺256MB SRAM芯片显微照片
8.2 集成电路的分类
一、按器件结构类型分类 1, 双极集成电路：主要由双极晶体管构成
▪ NPN型双极集成电路 ▪ PNP型双极集成电路
PNP型双极晶体管
NPN型双极晶体管
N、P指半导体类型：N型半导体中自由电子和“正离子”（失去一个电子）多， P型半导体中空穴和“负离子”（获得一个电子）多。这是半导体物理学中要 学习的原理。
2, MOS集成电路：主要由MOS晶体管构成 ▪ NMOS ▪Hale Waihona Puke BaiduPMOS ▪ CMOS(互补MOS)
PMOS 晶体管
NMOS 晶体管
MOS (Metal-Oxide-Semiconductor) 金属-氧化物半导体结构的晶体管简称MOS晶体管，有P型MOS 管和N型MOS管之分。由 MOS管构成的集成电路称 为MOS集成电路，而由PMOS管和NMOS管共同构 成的互补型MOS集成电路即为 CMOS-IC （ Complementary MOS Integrated Circuit）。目 前使用最最广泛的集成电路是CMOS IC，CMOS IC 功耗低、抗干扰能力强。
《电子信息科学与技术导论》
第八章 微电子学与集成电路
前言
微电子学涉及固体物理学、量子力学、材料科学、化学、半导 体器件物理、电子线路、计算机辅助设计、图论、集成电路设 计、工艺和测试等多个领域。微电子学与集成电路关系到信息 产业、电子工业、航天工业、机械工业、自动化、国防工业等 国民经济各部门。一个国家集成电路的生产能力反映了这个国 家的科学技术和基础工业水平，并成为一个国家科学技术发展 水平的重要标志之一。