微电子及集成电路PPT课件.ppt

微电子及集成电路发展简介集成电路是指通过一系列工艺，在单片半导体材料上（硅或者砷化镓）加工出许多元器件(有源和无源的)，这些元器件按照一定要求连接起来，作为一个不可分割的整体执行某一特定的功能；
集成电路是电路的单芯片实现；
微电子工业是国民经济信息化的基石
集成电路是微电子技术的核心；

如果以单位质量的“钢”对国民生产总值的贡献为1来计算，则小轿车为5，彩电为30，计算机为1000，而集成电路则高达2000。集成电路的发展历程晶体管的发明集成电路的发展历程集成电路的发明集成电路的发展历程集成电路的发展历程1970年：大规模集成电路（LSI，103~105元件或102~5×103等效门）集成电路发展的特点
集成电路的发展特点主要表现在：
·特征尺寸越来越小；
·芯片尺寸越来越大；
·单片上的晶体管数越来越多；
·时钟速度越来越快；
·电源电压越来越低；
·布线层数越来越多；
·输入/输出(I/O)引脚越来越多。
年份工艺特征尺寸单个芯片上的晶体管数芯片面积电源电压时钟频率金属布线层数图1-1各阶段集成电路产品的照片摩尔定律
1960年，美国Intel公司G.Moore预言集成电路的发展遵循指数规律，人们称之为“摩尔定律”，其主要内容如下：
(1)集成电路最小特征尺寸以每三年减小70%的速度下降，集成度每一年翻一番。
(2)价格每两年下降一半。
(3)这种规律在30年内是正确的(从1965年开始)。
历史的发展证实了摩尔定律的正确性。表1-1给出集成电路特征参数的进展情况。表1-1集成电路特征参数的进展情况1982年出现的80286芯片中，共有13.4万只晶体管，线宽为1.5μm。而到1995年，PentiumPro(TM)芯片就含有550万只晶体管，线宽为亚微米级0.6μm。目前商业化的芯片的线宽为0.18～0.35μm。图1-2CPU80286及PentiumPro(TM)芯片的显微照片
(a)80286;(b)PentiumPro(TM)摩尔定律摩尔定律－平均每个晶体管价格经过40年，集成电路产业的发展证实了摩尔定律的正确性，但是摩尔定律还能有多长时间的生命力？
集成电路的特征尺寸：
130nm→90nm→60nm→45nm→30nm→?量子效应
集成电路光刻费用急剧增加2008年国际上又提出“MorethanMoore”及“MorethanMoore”概念，即强调芯片发展要追求功耗下降及综合功能的提高，实际上转向更加务实的满足市场的需求。集成电路朝着两个方向发展：
一、是在发展微细加工技术的基础上，开发超高速、超高集成度的电路。
二、是迅速、全面地利用已达到的或已成熟的工艺技术、设计技术、封装技术、和测试技术等发展各种专用集成电路，出现SOC。

模拟数字混合集成电路向电路工程师提出挑战
设计与制造分立，设计能力落后于制造能力
工艺线建设费用愈来愈高，（8英寸、0.35µ工艺线投资约20亿美元）
系统芯片（SoC(System-on-chip))成为发展方向
可编程器件（PLD）应用更为广泛。
基于微电子工艺发展起来的微电机械（MEMS）有着极其广大的应用前景
MEMS技术和生物信息技术将成为下一代半导体主流技术
图1-4大圆片上的芯片集成电路的分类按结构形式和材料分类

按结构形式和材料不同，可将集成电路分为：
·半导体集成电路，主要指单片集成电路，这是当今的主流；
·膜集成电路(二次集成)。
膜集成电路又分薄膜集成电路(厚度<1μm)和厚膜集成电路(厚度>1μm)。按有源器件及工艺类型分类

按有源器件及工艺类型的不同，可将集成电路分为：
·双极集成电路。这种集成电路由双极型晶体管组成，如中、小规模数字集成电路TTL、ECL和许多模拟集成电路都是双极型集成电路；
·MOS集成电路，有NMOS集成电路、PMOS集成电路和CMOS集成电路三种，其中CMOS集成电路由于集成度高，功耗小，随着工艺技术的进步，CMOS运行速度也很高，噪声也较小，因而已经成为当前数字和模拟(特别是数字)集成电路的主流技术；
·双极与MOS混合集成电路——BiMOS集成电路，这种集成电路中同时含有双极型晶体管和MOS场效应管，这是为了提高某种性能或满足某种需要，利用双极型器件和MOS器件各自的特点而采取的一种工艺技术。
·MOS集成电路，有NMOS集成电路、PMOS集成电路和CMOS集成电路三种，其中CMOS集成电路由于集成度高，功耗小，随着工艺技术的进步，CMOS运行速度也很高，噪声也较小，因而已经成为当前数字和模拟(特别是数字)集成电路的主流技术；
按集成电路的规模分类
按集成电路的规模不同，集成电路可分为：
·小规模集成电路(SSI)；
·中规模集成电路(MSI)；
·大规模集成电路(LSI)；
·超大规模集成电路(VLSI);
通常