微电子技术绪论

1.1微电子技术发展历程

定义1：微电子技术是微小型电子元器件和电路的研制、生产以及用它们实现电子系统功能的技术领域。在这个领域中最主要的就是集成电路技术。

空间尺度以微米为单位（μm）集成电路是指以半导体晶体材料为基片,采用专门的工艺技术将组成电路的元器件和互连线集成在基片内部、表面或基片之上的微型化电路或系统。

定义2：微电子技术一般是指在半导体硅晶体片上通过精细微加工工艺（包括光刻、刻蚀、氧化、扩散、掺杂、封装等工艺）制作具有一定电路功能的集成电路（IC）微电子技术的重要性：自1998年来，半导体工业是世界上发展最快的工业（电脑）集成电路技术是实现此工业的基础集成电路已成为当代各行各业智能工作的基石集成电路在发达国家的发展过程中还存在一条规律，即电子工业增长速率一般GNP增长速率的3倍，而集成电路工业增长速率又是电子工业的2倍。微电子技术的最重要的应用领域就是计算机技术领域。运算器、控制器、存储器到输入、输出设备，都是微电子技术的结晶。1.1905-1947:电子管时代VacuumTube2.1948-1959:晶体管时代3.1959后：集成电路时代开始微电子发展的历史:1906年

德福雷斯特第一只三极管1920-1939年无线电电视,广播,接收1925年场效应晶体管的提出1940-1947年雷达电子计算机1.1905-1947:电子管时代电子管：一种在气密性封闭容器（一般为玻璃管）中产生电流传导，利用电场对真空中的电子流的作用以获得信号放大或振荡的电子器件。场效应晶体管里连.费尔德

(1882-1963)：德国人，后由于德国日益增长的迫害犹太人的形式而移居美国，是公司的电容工程师。他于1925年第一个提出了场效应晶体管的概念并于1930年获得专利。1935年,OskarHeil描述了一种类似于结型场效应晶体管的结构.然而，由于材料的困难实际制备晶体管在1960年以前是不可能的。

2.1948-1959:晶体管时代1947年点接触型晶体管1950年面结型硅晶体管1953年半导体材料区域提纯1958年第一块集成电路德克萨斯仪器公司(TI)-GeIC仙童公司(Fairchild)-SiIC1960年MOS场效应管晶体管:一种固体半导体器件，可以用于检波、整流、放大、开关、稳压、信号调制和许多其它功能.

1947年晶体管的发明开创了一个新纪元，上世纪最伟大的发明。1956年威廉.肖克莱、约翰.巴丁、沃尔特.布拉顿获得诺贝尔物理学奖。威廉.肖克莱——晶体管之父1947年，巴丁和布拉顿制备出了第一个点接触晶体管。在锗片的底面接上电极，在另一面插上细针并通上电流，然后让另一根细针尽量靠近它，并通上微弱的电流，并加上微电流，这时，通过锗片电流突然增大起来。这就是一种信号放大现象。因为这种晶体管的结构，只是金属与半导体晶片的某一“点”接触，故称之为“点接触晶体管”。这种晶体管存在着不稳定、噪声大、频率低、放大率小、制作困难等缺点。第一个晶体管的诞生肖克莱在点接触晶体管发明后，提出了可以利用两个p型层中间夹一n型层作为半导体放大结构的构想。并与M.Sparks和G.K.Teal一起发明了单晶锗PNP结型晶体管。1958年，德州仪器公司（TI）的基尔比研制出了世界上第一块集成电路。该电路是在锗衬底上制作的相移振荡器和触发器，共有12个器件。器件之间是介质隔离，器件间互连线采用的是引线焊接方法。

瑞典皇家科学院将2000年诺贝尔物理奖授予俄罗斯圣彼得堡A.F.Ioffe物理技术研究所的阿尔弗洛夫博士,美国加州大学圣巴巴拉分校的克罗默教授美国TI公司的基尔比教授。集成电路（IntegratedCircuit–IC）是指通过一系列特定的加工工艺，将二极管、三极管等多个晶体管的有源器件和电阻、电容等无源器件，按一定的电路连接集成在一块半导体单晶片或其他基底片上，作为一个不可分割的整体执行某一特定功能的电路组件。VLSI=VeryLargeScaleIntegration小规模SSI~100个晶体管中规模MSI100-1000个晶体管大规模LSI1000-100000个晶体管超大规模VLSI>100000个晶体管3.1959年后开始了集成电路的时代1971年Intel公司推出的微处理器芯片上只有2300个晶体管1982年intel80286微处理器上有13万4千个晶体管1器件结构类型2集成度3使用的基片材料4电路的功能5应用领域二集成电路的分类级发展特点

集成电路的分类1按器件结构类型分类(1)双极集成电路：主要由双极型晶体管构成NPN型双极集成电路PNP型双极集成电路(2)金属-氧化物-半导体(MOS)集成电路：主要由MOS晶体管(单极型晶体管)构成NMOSPMOSCMOS(互补MOS)(3)双极-MOS(BiMOS)集成电路：是同时包括双极和MOS晶体管的集成电路。综合了双极和MOS器件两者的优点，但制作工艺复杂。集成度：每块集成电路芯片中包含的元器件数目

2.按集成度分类(1)单片集成电路

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

厚膜集成电路

薄膜集成电路3.按使用的基片材料分类(1)数字集成电路(DigitalIC)

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。(2)模拟集成电路(AnalogIC)是指处理模拟信号(连续变化的信号)的集成电路，通常又可分为线性集成电路和非线性集成电路。(3)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。3.按电路的功能分类(1)标准通用集成电路

通用集成电路是指不同厂家都在同时生产的用量极大的标准系列产品。这类产品往往集成度不高，然而社会需求量大，通用性强。(2)专用集成电路

根据某种电子设备中特定的技术要求而专门设计的集成电路简称ASIC，其特点是集成度较高功能较多，功耗较小，封装形式多样。4.按应用领域分类集成电路的发展

1从SSI到ULSI

(

Moore规律小型化)2从简单逻辑到复杂系统3微机电系统(

MEMS)硅集成电路四年（或三到四年）为一代;集成度翻两番;工艺线宽约缩小30%;芯片面积约增1.5倍;IC工作速度提高1.5倍.Moore定律:IC在各个发展阶段的主要特征数据在过去的50年，价格下降了1亿倍，尺寸减少10亿倍微机电系统(MEMS)微电子技术与微机械加工技术相结合的产物。它将信息获取、信息处理及执行、电源等部件集成在一起。随着集成电路技术的不断发展，当前微电子技术已进入集成系统芯片（SystemonChip,SOC）的时代，即将整个系统或子系统集成在一个硅芯片上，今后，更可以将各种物理的、化学的和生物的传感器（信息获取器件）和信息处理、存储、运算和执行的系统集成在一起，形成一个更为广义的集成系统芯片。中国的半导体企业

我国的晶体管,集成电路的发展起始于50年代中期.1956年第一只Ge合金晶体管诞生1965年第一片集成电路制成

由于历史的原因,现在我们已落后于世界先进水平。目前,约有60家单位从事半导体的研究、设计和制造。

我国芯片厂目前分为四类：

国营中外合资外商独资国内目前大规模生产的最