大规模集成电路基炊微电子学概论》Cha

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1、北京大学大规模集成电路基础3.1半导体集成电路概述集成电路（IntegratedCircuit，IC）芯片（Chip,Die）硅片（Wafer）集成电路的成品率：Y=硅片上好的芯片数硅片上总的芯片数100%成品率的检测，决定工艺的稳定性，成品率对集成电路厂家很重要集成电路发展的原动力：不断提高的性能/价格比集成电路发展的特点：性能提高、价格降低集成电路的性能指标：集成度速度、功耗特征尺寸可靠性主要途径：缩小器件的特征尺寸增大硅片面积功耗延迟积集成电路的关键技术：光刻技术(DUV)缩小尺寸：0.25~0.18mm增大硅片：8英寸~12英寸亚0.1mm：一系列

2、的挑战，亚50nm：关键问题尚未解决新的光刻技术：EUVSCAPEL(BellLab.的E-Beam)X-ray集成电路的制造过程：设计工艺加工测试封装定义电路的输入输出（电路指标、性能）原理电路设计电路模拟(SPICE)布局(Layout)考虑寄生因素后的再模拟原型电路制备测试、评测产品工艺问题定义问题不符合不符合集成电路产业的发展趋势：独立的设计公司（DesignHouse）独立的制造厂家（标准的Foundary）集成电路类型：数字集成电路、模拟集成电路数字集成电路基本单元：开关管、反相器、组合逻辑门模拟集成电路基本单元：放大器、电流源、电流镜、转换器

3、等3.2双极集成电路基础有源元件：双极晶体管无源元件：电阻、电容、电感等双极数字集成电路基本单元：逻辑门电路双极逻辑门电路类型：电阻-晶体管逻辑(RTL)二极管-晶体管逻辑(DTL)晶体管-晶体管逻辑(TTL)集成注入逻辑(I2L)发射极耦合逻辑(ECL)双极模拟集成电路一般分为：线性电路（输入与输出呈线性关系）非线性电路接口电路：如A/D、D/A、电平位移电路等3.3MOS集成电路基础基本电路结构：MOS器件结构基本电路结构：CMOS基本电路结构：CMOSMOS集成电路数字集成电路、模拟集成电路MOS数字集成电路基本电路单元：CMOS开关CMOS反相器I

4、NOUTCMOS开关WWVDDINOUTCMOS反相器VDDYA1A2与非门：Y=A1A23.4影响集成电路性能的因素和发展趋势有源器件无源器件隔离区互连线钝化保护层寄生效应：电容、有源器件、电阻、电感3.4影响集成电路性能的因素和发展趋势器件的门延迟：迁移率沟道长度电路的互连延迟：线电阻（线尺寸、电阻率）线电容（介电常数、面积）途径：提高迁移率，如GeSi材料减小沟道长度互连的类别：芯片内互连、芯片间互连长线互连(Global)中等线互连短线互连(Local)门延迟时间与沟到长度的关系减小互连的途径：增加互连层数增大互连线截面Cu互连、LowK介质多芯片

5、模块（MCM）系统芯片（Systemonachip）减小特征尺寸、提高集成度、Cu互连、系统优化设计、SOC集成电路芯片中金属互连线所占的面积与电路规模的关系曲线互连线宽与互连线延迟的关系互连技术与器件特征尺寸的缩小（资料来源：SolidstateTechnologyOct.,1998）集成电路中的材料小结：Bipolar：基区(Base)，基区宽度Wb发射区(Emitter)收集区(Collector)NPN，PNP共发射极特性曲线放大倍数、特征频率fT小结：MOS沟道区(Channel)，沟道长度L，沟道宽度W栅极(Gate)源区/源极(Sourc

6、e)漏区/漏极(Drain)NMOS、PMOS、CMOS阈值电压Vt，击穿电压特性曲线、转移特性曲线泄漏电流(截止电流)、驱动电流(导通电流)小结：器件结构双极器件的纵向截面结构、俯视结构CMOS器件的纵向截面结构、俯视结构CMOS反相器的工作原理IC：有源器件、无源器件、隔离区、互连线、钝化保护层作业画出CMOS反相器的截面图和俯视图画出双极晶体管的截面图和俯视图