《工程学概论》超大规模集成电路基础ppt课件

1、第五章 大规模集成电路根底5.1半导体集成电路分类5.2半导体集成电路概述5.3 影响集成电路性能的要素和开展趋势5.1、集成电路分类集成电路的分类器件构造类型集成电路规模运用的基片资料电路方式运用领域1. 按器件构造类型分类双极集成电路：主要由双极晶体管构成NPN型双极集成电路PNP型双极集成电路金属-氧化物-半导体(MOS)集成电路：主要由MOS晶体管(单极晶体管)构成NMOSPMOSCMOS(互补MOS)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，但制造工艺复杂优点是速度高、驱动才干强，缺陷是功耗较大、集

2、成度较低功耗低、集成度高，随着特征尺寸的减少，速度也可以很高2. 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(Small Scale IC，SSI)中规模集成电路(Medium Scale IC，MSI)大规模集成电路(Large Scale IC，LSI)超大规模集成电路(Very Large Scale IC，VLSI)特大规模集成电路(Ultra Large Scale IC，ULSI)宏大规模集成电路(Gigantic Scale IC，GSI 基于市场竞争，不断提高产品的性能价钱比是微电子技术开展的动力。在新技术的推进下，集成电路自发明以来四十年，集

3、成电路芯片的集成度每三年提高4倍，而加工特征尺寸减少 倍。这就是由Intel公司开创人之一Gordon E. Moore博士1965年总结的规律，被称为摩尔定律。微电子技术开展的ROADMAP3. 按构造方式的分类单片集成电路：它是指电路中一切的元器件都制造在同一块半导体基片上的集成电路在半导体集成电路中最常用的半导体资料是硅，除此之外还有GaAs等混合集成电路：厚膜集成电路薄膜集成电路4. 按电路功能分类数字集成电路(Digital IC)：它是指处置数字信号的集成电路，即采用二进制方式进展数字计算和逻辑函数运算的一类集成电路模拟集成电路(Analog IC)：它是指处置模拟信号(延续变化的

4、信号)的集成电路线性集成电路：又叫做放大集成电路，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 - Analog IC) ：例如数模(D/A)转换器和模数(A/D)转换器等集成电路的分类5. 2半导体集成电路概述集成电路Intergrated Circuit，IC芯片Chip, Die硅片Wafer集成电路的废品率：Y=硅片上好的芯片数硅片上总的芯片数100%废品率的检测，决议工艺的稳定性，废品率对集成电路厂家很重要集成电路开展的原动力：不断提高的性能/价钱比集成电路开展的特点：性能提高、价钱降低集成电路的性能目的： 集成度 速度、功

5、耗 特征尺寸 可靠性主要途径：减少器件的特征尺寸 增大硅片面积集成电路的关键技术：光刻技术(DUV)减少尺寸：0.250.18mm 0.09mm增大硅片：8英寸12英寸亚0.1mm：一系列的挑战，亚50nm：关键问题尚未处理新的光刻技术： EUV SCAPEL(Bell Lab.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目的、性能原理电路设计电路模拟(SPICE)规划(Layout)思索寄生要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开展趋势：独立的设计公司Design House独立的制造厂家规范的

6、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根本单元：开关管、反相器、组合逻辑门模拟集成电路根本单元：放大器、电流源、转换器等集成电路开展的原动力：不断提高的性能/价钱比集成电路开展的特点：性能提高、价钱降低集成电路的性能目的： 集成度 速度、功耗 特征尺寸 可靠性主要途径：减少器件的特征尺寸 增大硅片面积1.双极集成电路根底有源元件：双极晶体管无源元件：电阻、电容、电感等双极数字集成电路根本单元：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

7、拟集成电路普通分为：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2.MOS集成电路根底根本电路构造：CMOSMOS集成电路数字集成电路、模拟集成电路MOS 数字集成电路根本电路单元： CMOS开关 CMOS反相器INOUTCMOS开关WWVDDINOUTCMOS反相器VDDYA1A2与非门：Y=A1A25.3 影响集成电路性能的要素和开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资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)门延迟时间与沟道长度的关系减小互连的途径： 添加互连层数 增大互连线截面 Cu互连、Low K介质 多芯片模块MCM 系统芯片System on a chip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