基础讲座-半导体、微电子、集成电路技术基础介绍

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1、微电子技术微电子学微电子学（Microelectronics）是研究在半导体材料上构成的微小化电路及系统的电子学分支。微电子技术微电子技术是随着集成电路，尤其是超大型规模集成电路而发展起来的一门新的技术。微电子技术包括系统电路设计、器件物理、工艺技术、材料制备、自动测试以及封装等一系列专门的技术，微电子技术是微电子学中的各项工艺技术的总和。半导体材料、微电子器件的基本概念电子技术：电子元器件（电阻、电容、电感、二极管、三极管、场效应管……）构成的电路第一台通用电子计算机：ENIAC18,000个电子管组成大小：长24m，宽6m，高2.5m速度：5000次/sec

2、；重量：30吨；平均无故障运行时间：7min电子管时代晶体管：基于半导体晶体的电子器件：二极管、三极管、场效应管（MOS管），具有开关、整流、放大等功能。+4+4+4+4微电子技术核心——集成电路IntegratedCircuit，缩写IC通过一系列特定的加工工艺，将晶体管器件，按照一定的电路互连，“集成”在一块半导体单晶片上，封装在一个外壳内，执行特定电路或系统功能微电子：到底有多微……15mm放大2000倍放大20000倍放大40000倍0.15um50m100m头发丝粗细30m1m1m(晶体管的大小)30~50m(皮肤细胞的大小)90年代生产

3、的集成电路中晶体管大小与人类头发丝粗细、皮肤细胞大小的比较0.1nmnm0.1mm10mm1mm100mm10m原子DNA病毒微电子灰尘头发人1947~20101transistor1x1010transistors微电子技术发展历史47年贝尔实验室制成第一只半导体晶体管标志着电子时代的到来肖克莱，布兰坦，巴丁左起依次为：巴丁（J.Bardeen）肖克莱（Shockley）布兰坦（Brattain）1948年1月，肖克莱提出了结型晶体管的理论。1949年，贝尔实验室做出了第一个锗PNP型晶体管。59年基尔比&诺伊斯发明集成电路59年诺依斯发明平面MOS工艺，集成

4、电路量产1970–第一个商用DRAM存储器1Kbits1971–第一个微处理器1000晶体管1972-Intel80083,500晶体管,200kHz时钟集成电路的分类按集成电路规模分类集成度：每块集成电路芯片中包含的元器件数目小规模集成电路(SmallScaleIC，SSI)中规模集成电路(MediumScaleIC，MSI)大规模集成电路(LargeScaleIC，LSI)超大规模集成电路(VeryLargeScaleIC，VLSI)特大规模集成电路(UltraLargeScaleIC，ULSI)巨大规模集成电路(GiganticScaleIC，GSI）按电

5、路功能分类数字集成电路(DigitalIC)：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模拟集成电路(AnalogIC)：它是指处理模拟信号(连续变化的信号)的集成电路线性集成电路：又叫做集成放大电路，如运算放大器、电压比较器、跟随器等非线性集成电路：如振荡器、定时器等电路数模混合集成电路(Digital-AnalogIC)：例如数模(D/A)转换器和模数(A/D)转换器等集成电路的制造过程电路设计工艺制造测试封装集成电路产业的发展趋势：独立的设计公司（DesignHouse）ARM、qualcomm、nVIDIA、联

6、发科独立的制造厂家（标准的Foundary）台积电（50%）、台联电（25%）、sumsang、中芯国际（4%）独立的封装厂日月光、通富微电IC设计晶圆制造IC制造测试封装50-60%20-30%附加价值10-20%投资金额10-100万1-20亿500-1500万集成电路产业的分工集成电路的工艺制造—制造业—集成电路芯片制造过程AA由氧化、淀积、离子注入或蒸发形成新的薄膜或膜层曝光刻蚀硅片测试和封装用掩膜版重复20-30次金属SiO2场效应管IntelCore2芯片尺寸为143平方毫米，内含2.91亿晶体管特征尺寸45nm集成电路的设计集成电路的设计1.传统的

7、设计方法设计和绘制电子线路图集成电路的线路图转绘成芯片布局图数字化成“掩膜（Mask）”图纸在半导体材料（例如硅晶片）上进行注入、退火、光刻、镀膜……芯片切割、测试2.目前，集成电路的设计过程：定义电路的功能、指标、性能原理电路设计电路模拟(SPICE)布局(Layout)原型电路制备测试、评测产品工艺问题不符合不符合使用硬件设计语言硬件描述语言HardwareDiscriptionLanguage，HDL是一种用于电路设计的高级语言。超高速集成电路硬件描述语言，主要是应用在数字电路的设计HDL有两种用途：系统仿真和硬件实现HDL和传统的原理图输入方法的关系就好

8、比是高级语言和汇编语言的