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1、集成电路的分类：1. 按器件结构类型分类， 共有三种类型，它们分别为双极集成电路， MOS集成电路和双极-MOS昆合型集 成电路。(1 ) 双极集成电路 : 这种电路采用的有源器件是双极晶体管， 在双极集成电路中， 又可以根据双极晶体 管的类型的不同，而将它们细分为 NPN型和PNP型双极集成电路。双极集成电路的特点是速度高，驱动能力强，缺点是功耗较大，集成度相对较低。(2) 金属氧化物半导体(MOS集成电路：这种电路中所用的晶体管为 MOS晶体管，根据MOS晶体 管类型的不同，MOS集成电路又可以分为 NMOS PMO疥口 CMO麋成电路。与双极集成电路相比，MOS集成电路的主要优点是：输入

2、阻抗高，抗干扰能力强，功耗小，集成度高(适合大规模集成)，因此，进入超大规模集成电路时代以后， MOS特别是CMO集成电路已经成为集成电路的 主流。(3) 双极一MOS集成电路：同时包括双极和 MOS晶体管的集成电路为双极一 MOS集成电路，双极一MOS 集成电路综合了双极和 MOS器件两者的优点，但这种电路具有制作工艺复杂的缺点。 随着CMOS! 成电路中器件特征尺寸的减小，CMO集成电路的速度越来越高，已经接近双极集成电路，因此，目前集成电路的主流技术仍然是 CMO技术。2. 按集成电路规模分类： 每块集成电路芯片中包含的元器件数目叫做集成度，根据集成电路规模的大小，通常将集成电路分为小规

3、 模集成电路 , 中规模集成电路， 大规模集成电路， 超大规模集成电路， 特大规模集成电路和巨大规模集成电 路.3. 按结构形式的分类：按照集成电路的结构形式可以将它分为半导体单片集成电路及混合集成电路。(1) 单片集成电路：它是指电路中所有的元器件都制作在同一块半导体基片上的集成电路。(2) 混合集成电路：是指将多个半导体集成电路芯片或半导体集成电路芯片与各种分立元器件通过一定的 工艺进行二次集成，构成一个完整的，更复杂的功能器件，该功能器件最后被封装在一个管壳中，作 为一个整体使用，在混合集成电路中，主要由片式无源元件，半导体芯片，带有互连金属化层的绝缘 基板以及封装管壳组成。根据制作混合

4、集成电路时所采用的工艺不同，还可以将它们分为厚膜集成电路和薄膜集成电路。4. 按电路功能分类：可以分成数字集成电路，模拟集成电路和数模混合集成电路等三类。(1 ) 数字集成电路：它是指处理数字信号的集成电路。(2) 模拟集成电路：它是指处理模拟信号的集成电路。(3) 数模混合集成电路：它是指即包含数字电路又包含模拟电路的新型电路。第二章半导体物理和器件物理基础1. 半导体的特点：(1 )纯净半导体材料，电导率随温度的上升而指数增加。(2) 半导体中杂质的种类和数量决定着半导体的电导率，而且在重掺杂的情况下， 温度对电导率的影响较 弱。(3) 在半导体中可以实现非均匀掺杂。(4) 光的辐照，高能

5、电子等的注入可以影响半导体的电导率。第三章大规模集成电路基础1. 集成电路的集成度，集成电路的功耗延迟积，特种尺寸是描述集成电路性能的几个主要方面。 集成电路的功耗延迟积又称为集成电路的优值，就是把电路的延迟时间与功耗相乘，该参数是衡量集成电 路性能的重要参数，功耗延迟积越小，则集成电路的速度越快或功耗越低，性能便越好。特征尺寸通常是指集成电路中半导体器件的最小尺度，如MOSFET勺最小沟道长度或双极晶体管中的最小基区宽度，这是衡量集成电路加工和设计水平的重要参数，特征尺寸越小，加工精度越高，可能达到的集成度也越大，性能越好。2双极集成电路基础：（1）常用的晶体管根据使用目的的不同可将双极晶体

6、管分成放大晶体管和开关晶体管两大类，它们主要差别是放大管的工作电压较高，通常这两种晶体管均制作在高电阻率的硅外延层上。（2）在数字集成电路中， 完成各种逻辑运算和变换的电路称为逻辑电路，组成逻辑电路的基本单元是门电 路和触发器电路，触发器电路基本上也由各种门电路组成，门电路是数字集成电路的最基本单元。3. MOSI成电路基础由于CMOS!成电路具有功耗低、速度快、噪声容限大、可适应较宽的环境温度和电源电压、易集成、可等比例缩小等一系列优点，使得 CMOS!成电路成为整个半导体集成电路的主流技术。（1）CMO开关（ 2）反相器（ 3）开关串并联的逻辑特性4. 传输门逻辑当MOSf关导通时，信号可

7、直接从一端传送至另一端，所以又把MOS关称为传输门，通常把传输门的输出信号对控制信号间的逻辑关系称为传输门逻辑。5. 存储器存储器是各种数字计算机的主要部件， 也是许多其他电子系统中必不可少的， 存储器功能可分为以下几类：（ 1） 只读存储器（ ROM）（ 2）随机存取存储器 （RAM）（ 3）可编程只读存储器（ PROM）通常一个完整的存储器主要包括以下几个部分：1)存储单元2)地址译码器3)读写电路4)时序控制电路第四章 集成电路制造工艺 要制造一块集成电路，需要经过集成电路设计、掩模板制造、原始材料制造、芯片加工、封装、测试等工 序，本章的重点是集成电路芯片加工工艺。1. 光刻与刻蚀技术

8、 光刻是集成电路中十分重要的一种加工工艺技术，它是通过曝光和选择腐蚀等工序将掩模板上设计好的图 形转移到硅片上的过程。（ 1 ） 光刻所需要的三要素为：光刻板、掩模板和光刻机。（2）常见的光刻方法：根据曝光方法的不同，可以分为接触式光刻、接近式光刻和投影式光刻三类。（ 3）刻蚀技术光刻得到的光刻胶图形并不是器件的最终组成部分，光刻得到的只是由光刻胶组成的临时图形，为了得到 集成电路真正需要的图形，还必须将这些光刻胶图形转换成硅片上的图形。完成这种图形转换的方法之一 就是将未被光刻胶掩蔽的部分有选择性的通过腐蚀法去掉。常用的腐蚀方法分为湿法刻蚀和干法刻蚀两大类。湿法腐蚀是指利用液态化学试剂或溶液

9、通过化学反应进 行刻蚀的方法，干法腐蚀则主要是指利用低压放电产生的等离子体中的离子或游离基与材料发生化学反应 或通过轰击等物理作用而达到刻蚀的目的。2. 氧化 在现代集成电路工艺中，氧化是必不可少的工艺技术，在硅表面上生长的氧化硅层不但能紧密依附在硅衬 底上，而且具有非常稳定的化学性质和电绝缘性，因此氧化硅层在集成电路中起着极其重要的作用。制备SIO2的的方法很多，主要的有热氧化法、化学气相沉积法、热分解淀积法、溅射法、等离子氧化法等。3. 扩散与离子注入 集成电路工艺中经常采用的掺杂技术主要有扩散和离子注入（1） 扩散工艺通常包括两个步骤，即在恒定表面浓度条件下的预淀积和在杂质总量不变情况下

10、的再分 布。目前比较常见的扩散方法主要有固态源扩散和液态源扩散等。（2） 离子注入 离子注入是将具有很高能量的带电杂质离子注入半导体衬底中的掺杂技术。它的掺杂深度由注入杂质离子 的能量、杂质离子的质量决定。掺杂浓度是注入杂质离子的数目决定。4. 退火 退火也叫热处理，集成电路工艺中所说的在氮气等不活泼气氛中进行的热处理过程都可以称为退火。 退火的方法有很多，最早采用也是最方便的是炉退火，近年来发展了多种快速退火工艺，比较常用的有脉 冲激光法、扫描电子束、连续波激光、非相干宽带频光源等。5. 化学汽相淀积（ CVD）化学汽相淀积是指通过气态物质的化学反应在衬底上淀积一层薄膜材料的过程。CVD莫的

11、结构可以使单晶、多晶或非晶态。气相淀积（CVD常用的主要有三种：常压化学汽相淀积（APCVD、低压化学汽相淀积（LPCVD） 和等离子增强化学汽相淀积（ PECVD） .6. 接触与互联 接触与互联的基本工艺步骤为：（1） 为了减小接触电阻，在需要进行互联的区域首先要进行高浓度掺杂（ 2） 淀积一层绝缘介质膜（ 3） 通过光刻、刻蚀等工艺在该介质膜上制作出接触窗口，又叫欧姆接触孔（4）利用蒸发、溅射或CVD等方法形成互连材料膜（5）利用光刻、刻蚀技术定义出互连线的图形（6）为了降低接触电阻率，在 400 C450 C的N2-H2气氛中进行热处理。7. 隔离技术 在集成电路中需要制作大量晶体管，

12、如何把这些晶体管在电学上隔离开是非常重要的，目前常用的隔离技 术主要包括PN结隔离、等平面氧化层隔离、沟槽隔离、介质隔离等几种方式。在VLSI工艺中，最常用的隔离工艺是等平面氧化物隔离和沟槽隔离工艺。8封装技术（1）封装的工艺 封装的第一步是划片，划片后进行键合封装。键合封装主要分为两步，第一步是把芯片固定到合适的集成 电路管座上，第二步是引线焊接，又称为键合，引线焊接的主要方法有：热压焊接、热超声焊接和超声焊 接。（3）封装的分类：按封装管壳的材料可分为金属封装、塑料封装和瓷封装。 第五章 集成电路设计 随着集成度的不断提高，设计成本和设计周期已成为集成电路特别是超大规模集成电路产品成本和产

13、品周 期德主要部分。设计方法及各种计算机辅助设计手段在集成电路设计中起着越来越重要的作用。1. 集成电路的设计特点与设计信息描述 集成电路设计过程主要包括系统功能设计、逻辑和电路设计以及版图设计等方面，集成电路设计有以下几 方面特点：（1）集成电路设计对设计正确性提出了更为严格的要求（2）在集成电路设计时，必须采用便于检测的电路结构，并需要对电路的自检功能进行考虑。（3）与分立器件的电路设计相比，布局、布线等版图设计过程是集成电路设计中所特有的。（4）集成电路作为一个高度复杂的电路系统，在功能设计、逻辑与电路设计、版图设计方面都必须采取分层分级设计和模块化设计。设计信息描述 ;设计信息描述主要

14、有设计图和语言描述等方式。2. 集成电路的设计流程集成电路设计主要包括三个阶段：（ 1 ） 系统功能设计（2）逻辑与电路设计（3）版图设计3. 集成电路的设计规则集成电路设计规则一般有两种表示方法，一种是以入为单位的设计规则，另一种是以微米为单位的设计规则。4. 集成电路的设计方法 集成电路设计方法主要有：全定制设计方法、定制设计方法、半定制设计方法、可编程逻辑器件以及基于 这些方法的兼容设计方法等。（1） 全定制设计方法是指系统功能设计、逻辑和电路设计完成以后，在优化每个器件的电路参数和器 件参数的情况下，通过人机交互图形系统，人工设计版图中的各个器件和连线，以获得最佳性能 和最小芯片尺寸。

15、全定制设计方法一般错误率较高，一定要有完善的CAD工具进行设计检查和验证。（2）门列设计方法（GA方法门列设计方法是一种半定制技术，它是在一个芯片上把形状和尺寸相同的单元拍成列形式，每个单元部包 含若干个器件，单元之间留有布线通道，通道宽度和位置固定，并预先完成接触孔和连线以外的所有加工 步骤，形成母中，然后根据不同的应用，设计出不同的接触孔版和金属连线版，在单元部连线以实现某种 门的功能，再通过单元间连线实现电路功能。门列设计具有设计周期短、设计成本低等特点，缺点是设计灵活性较低，门利用率也较低，而且单元中某 些器件空置。（ 3） 标准单元设计方法属于定制设计方法，它需要设计出制备工艺所需要

16、的所有掩模板。标准单元设计方法是指从标准单元库中调出事先经过精心设计的逻辑单元，并排列成行，行间留有可调整 的布线通道， 再接功能要求将各部单元以及输入 /输出单元连接起来， 形成所需的专用电路。与门列方法相 比，标准单元方法可以具有较高的芯片利用率和连线布通率，在设计中可以尽可能的进行优化，在设计时 有更强的选择性，但这种技术依赖于标准单元库的发展，建立标准单元库需要较高的成本和较长的周期， 而且当工艺更新时，需要花费较大的代价进行修改和更新，也难以实现高精度模拟电路。（4）积木块设计方法（BBL方法）定制式设计在标准单元方法基础上，提出了积木块方法，在这种技术中可以采用任意形状和单元，而且

17、没有布线通道 概念，单元可以放在芯片的任意位置，因此可以得到更高的布图密度。（ 5） 可编程逻辑器件设计方法（ PLD） 是指用户通过生产商提的通用器件自行进行现场编程和制造，或者通过对于一或矩阵进行掩膜编程，得到 所需的专用集成电路。（PLD设计方法的设计效率很高，设计周期很短，而且一些可编程器件具有多次擦除功能，降低了系统成 本，适用于新产品的开发。（ 6） 兼容设计方法兼容设计方法是综合各种设计方法各自的优势， 在同一芯片中把它们优化组合起来， 实现整体性能的优化。第六章：集成电路设计的 CADS统CAD技术介入了包括系统功能设计、逻辑和电路设计以及版图设计等在的集成电路设计的各个环节。

18、本章主要讲述系统描述以及模拟、综合、逻辑模拟、电路模拟、时序分析、版图设计的CAD工具，计算机辅助测试技术等。1. 系统描述目前CAD技术中，VHDL语言逐渐成为集成电路设计中的流行语言，广泛用于系统描述中。VHDL语言是一种用形式化方法对时间上离散的离散系统进行描述的语言，可以用来描述硬件电路，它可以抽象的表示电路 的行为和结构，在集成电路设计过程中，支持以系统级到门和器件级的电路描述，并具有在不同设计层次 上的模拟验证机制，同时可作为综合软件的输入语言，支持电路描述从高层向低层的转换。2. 综合 综合是指从设计的高层次向低层次转换的过程，是一种自动设计的过程，根据起始的层次不同，综合可以

19、相应地分为高级综合和逻辑综合， 目前的综合系统一般都以 VHDL、 Verilog 、 HardwareC 等语言作为输入描 述。3. 逻辑模拟逻辑模拟是指通过逻辑图形输入或直接用硬件描述语言将所设计的电路输入到计算机中，用软件方法形成 硬件模型，然后给定输入激励波形，利用该模型计算出各节点和输出端的波形，由设计者判断其正确性。 根据所模拟逻辑单元的大小，逻辑模拟可以分为四级: 寄存器传输级、功能块级、门级和开关级。4. 电路模拟 电路模拟是根据电路的拓扑结构和元件参数将需要分析的电路问题转换成适当的数学方程并求解，根据计算机结果验证电路设计的正确性。目前最具代表性、应用最广泛的电路软件是SP

20、ICE程序。电路模拟软件主要有 5 部分组成：输入处理、元器件模拟处理、建立电路方程方程求解和输出处理。5时序分析和混合模拟 时序分析的关键是在减小模拟时间的存储量的情况下，计算出所需的时序关系。 逻辑模拟、电路模拟、时序分析三者各有特点， SPICE 软件是一种混合模拟软件，可以将这三种技术结合 在一起，并通过适当的处理，根据用户对电路各部分的不同需求，调用不同的分析程序分析不同的电路部 分。6. 版图设计的CAD工具 版图设计是根据电路功能和性能的要求以及工艺条件的限制，设计集成电路制造过程中必须的光刻掩模板 图。版图设计的CAD工具按工作方式可以分为三类：自动设计半自动设计人工设计7.

21、器件模拟 器件模拟是在综合器件结构和掺杂分布的情况下，采用数值分析方法直接求解器的基本方程，得到器件的 直流、瞬态、交流小信号等电学特征和某些电参数。8工艺模拟 是在深入探讨各工艺过程物理机制的基础上，对各工艺过程建立数学模型，给出数学表达式，在某些已知 工艺参数的情况下，利用计算机技术对给定工艺过程进行数值求解，计算出经过该工序的杂质浓度分布、 结构特性变化或器件中的应力变化等。9.计算机辅助测试（CAT）技术 集成电路测试是通过对电路加测试向量观察相应的输出结果。计算机辅助测试包括：（ 1）测试向量生成测试向量的生成方法包括软件自动生成、人工生成、从激励码转换生成和根据输入端数目从输入序列

22、中随 机选取等。（ 2）故障模拟和计算机辅助可测性设计故障模拟就是针对测试输入向量集，对被测电路在不同故障状态下进行逻辑模拟，得到所能检测出的故障 集，从而获得故障覆盖率。 、演绎故障模拟和并发誓故障模拟。 对于需要进行可测性设计的难测电路，利用 IC 设计软件，可以自动地将可测逻辑加到所设计的电路中去， 一般是加到电路的层次网表中，可测量逻辑包括扫描途经电路、边界扫描通路、建测试逻辑、特征量分析 测试电路等。第七章 几类重要的特种微电子器件1. 薄膜晶体管 （ Thin Film Transistor TFT ）通常是指利用半导体薄膜材料制成的绝缘栅场效应晶体 管。这种器材通常制作在绝缘衬底

23、上的半导体薄膜材料上，它具有栅电极、源电极和漏电级。根据半导体 薄膜材料的不同， 薄膜晶体管可以分为： 非晶硅薄膜晶体管 （a-sicTFT ）、多晶硅薄膜晶体管 （ ploy-siTFT ）、 碳化硅薄膜晶体管（sic TFT ）等。从结构上看，TFT可以分为立体结构型平面结构型。TFT的应用领域主要集中在大面积平板显示一一有源矩阵液晶显示、电可擦除只读存储器（ROM、静态随机存储器（SRAM和线阵或面阵型图像传感器驱动电路等方面，其中应用最为成功的是有源矩阵液晶显示 方面。液晶显示器具有驱动电压和功耗低、体积小、重量轻、无 X 射线辐射等一系列优点，受到了广泛重视，发 展非常迅速。2. 光

24、电子器件 光电子器件是指光子担任主要角色的电子器件。光电子器件主要包括能够将电能转换为光能的电致发光器 件、将光能转换成电能的太阳能电池以及利用电子学方法检测光信号的光电探测器等三类。（ 1）发光器件半导体发光器件包括发光二极管和半导体激光器两类， 它们都采用了 pn 结的注入式场致发光模式。 发光二 极管是靠注入载流子自发复合而引起的自发辐射，半导体激光器则是在外界诱发的作用下促使注入载流子 复合而引起的受激辐射。发光二极管发出的是非相干光：激光器发出的光则是相干光，具有单色性好、方 向性强、亮度高等特点。（ 2）光电探测器光电探测器是指对各种光辐射进行接收和探测的器件。光电探测器的种类很多

25、，其中主要的有对任意辐射 波长都有响应的热探测器和对某一特定波长围的光才有响应的光子探测器两大类。 热探测器是利用探测元吸收入射光辐射，产生热，引起温度上升，然后再借助各种物理效应把温度变化转 换成电学参量。光子探测器是利用入射光子与半导体中处于束缚态的电子（或空穴）相互作用，将它们激发为自由态，从 而引起 半导体的电阻降低或者产生电动势。一般的，光子探测器存在三个基本过程： 光子入射到半导体中并通过激励产生载流子。 载流子在半导体中输运并被某种电流增益机构倍增。 产生的电流与外电路相互作用，形成输出信号，从而完成对光子的探测。（ 3）太阳能电池当能量为 hv 的光子照射在半导体上，且该光子的

26、能量大于半导体禁带宽度Eg 时，位于半导体价带的电子由于得到光子的能量而跃迁到导带，产生电子 -空穴对，这就是本征光电导效应。半导体太阳能电池的种类繁多，使用的材料也很多。太空用太阳能电池的材料主要有硅、砷化镓、磷化铟 和多晶硅等，低成本的太阳能电池材料主要有非晶硅、硒铟铜、碲化镉、硫化镉等。3. CCD器件电荷耦合器件（Charge Coupled Device, 简称CCD不同于其他器件的突出特点是以电荷作为信号，即 利用电荷量代表信息，而其它器件则都是以电流或电压作为信号的。CCD器件被广泛应用于影像传感、数字存储很热信息处理等三个领域，其中最重要的应用是作为固态摄像 器件，其次是作为存

27、储器件。第八章微机电系统微机电系统是为电子机械系统的简称（ MEMS,广义上讲MEM是指集微型传感器、微型执行器以及信号处 理和控制电路、接口电路、通信和电源于一体的微型机电系统。MEM在航空、航天、汽车工业、生物学、医学、信息通讯、环境监控、军事及常用品等领域都有着十分广阔的应用前景。MEM主要包括微型传感器、执行器和相应的处理电路三部分。目前已经制造出了微型加速度计、 微型陀螺、 压力传感器、 气体传感器、 生物传感器到呢个多种类型的 MEMS 产品。微机电系统部包含的单元主要有一下几大类：根据目前的研究情况， 除了进行信号处理的集成电路部件外。1）微传感器2）微执行器3）微型构件4）微机

28、械光学器件5）真空微电子器件6）电力电子器件2. 几种重要的MEM器件（ 1 ）微加速度计 加速度计是应用十分广泛的惯性传感器件之一，它的理论基础实际上就是牛顿第二定律。根据这一原理人 们很早就利用加速度计和陀螺进行轮船、飞机和航天器的导航，近些年来，人们又把这项技术用于汽车的 自动驾驶和导弹的制造。（ 2）微陀螺 要确定一个物体的运动状态，除需要知道三个方向的线加速度外，还必须知道三个方向的角加速度，这就 需要使用陀螺。最初的陀螺是利用旋转物体的角动量守恒原理来测量角速度。由于用硅材料加工高速旋转的微结构比较困 难，而且机械磨损会使寿命变短，因此这种原理的陀螺不适于在实际中应用。在MEM技术

29、中，一般采用振动式陀螺，主要包括振动弦式陀螺、音叉陀螺和振动壳式陀螺。（ 3） 微马达 微型马达是一种微型执行器，可能的应用领域包括微型手术器械、微小飞行器等，其应用方式与传统 的机械马达有相似之处。3. MEMS加工工艺制作MEM器件的技术主要有三种，第一种是以日本为代表的利用传统机械加工手段，即利用大机械制造小机器，再利用小机器制造微机器的方法；第二种是以美国为代表的利用化学腐蚀或集成电路工艺技术 对硅材料进行加工，形成硅基MEM器件；第三种是以德国为代表的 LIGA技术，它是利用X射线光科技术， 通过电铸成型和铸塑形成微结构的方法。 其中第二种方法与传统 IC 工艺兼容性较好， 可以实现

30、微机械和微 电子的系统集成，而且该方法适合于批量生产，已经成为目前MEMS勺主流技术。由于利用 LIGA技术可以加工各种金属、塑料和瓷等材料，而且利用该技术可以得到高深宽比的精细结构，它的加工深度可以达到 几百微米，因此，LIGA技术也是一种比较重要的 MEMSTO工技术。（ 1）硅微机械加工工艺a. 硅的化学腐蚀 硅的化学腐蚀主要可分为各向同性腐蚀和各向异性腐蚀两种。各向同性腐蚀是指对硅材料各个晶面的腐蚀速率相等的腐蚀技术。各向异性腐蚀是指对硅的不同晶面腐蚀速率不同的腐蚀技术。利用化学腐蚀得到的微机械结构的厚度可以达到整个硅片的厚度，具有较高的机械灵敏度，因而生产 的产品多被用于灵敏度较要求

31、较高的军事和航天等领域，但该方法与集成电路工艺不兼容，难以与集成电 路进行集成，且存在难以准确控制横向尺寸精度，器件尺寸较大等缺点。b. 深槽刻蚀为了克服湿法化学腐蚀的缺点，采用干法等离子体刻蚀技术已经成为微机械加工技术的主流。深槽刻 蚀与化学腐蚀相比可以更精确地控制结构尺寸，可以批量加工，而且得到的机械结构的厚度也比较大，保 证了机械灵敏度。c. 键合 键合是指不利用任何粘合剂，只通过化学键和物理作用将硅片与硅片、硅片与玻璃或其它材料紧密地 结合起来的方法。键合的主要方法有静电键合和垫键合两种。d. 表面牺牲层工艺 它是一种比较理想的与集成电路工艺完全兼容的为机械加工工艺。 由于表面牺牲层工艺与集成电路