第一章 微电子绪论

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1、 考核方式考核方式v考试考试 50% v考勤 10%v课堂作业 10%v课程论文 20%v实验 10%v上课回答问题正确 额外加分，每次5分第一章 绪论什么是微电子技术？微电子技术是实现电子电路和电子系统微电子技术是实现电子电路和电子系统超小型化超小型化及及微型化微型化的技术，它是以的技术，它是以集成电路集成电路为为的电子的电子技术。技术。微微电电子子技技术术应应用用领领域域半导体集成电路半导体集成电路微波电子器件微波电子器件电子传感器电子传感器人工神经网络人工神经网络超导技术超导技术人工改性半导人工改性半导体技术体技术逻辑集成电路逻辑集成电路MOS管晶体管管晶体管CCD摄像器件摄像器件半导体

2、存储器半导体存储器 半导体激光器半导体激光器光通讯光通讯光探测器光探测器 微波雷达微波雷达 力敏、热敏、磁敏、力敏、热敏、磁敏、色敏、生物敏（蛋白色敏、生物敏（蛋白质、氨基酸尿素等）质、氨基酸尿素等） 、气敏传感器等气敏传感器等MEMES微机械系统微机械系统 光子神经芯片光子神经芯片电子神经芯片电子神经芯片神经网络计算机神经网络计算机集成电路（integrated circuit，缩写：IC）是采用半导体制作工艺，在一块较小的硅片上制作上许多晶体管及电阻器、电容器等元器件，并按照多层布线方法将元器件组合成完整的电子电路。集成电路的内部电路集成电路的内部电路VddABOutIntel 4004I

3、ntel I74004I7制程10um32nm晶体管数量2.3k995m主频74kHz4GHz系统集成芯片(SOC)及专用集成电路(ASIC)设计SoC的定义 如果一个集成电路芯片具有如下特征的话，即可称其为SOC（System On Chip），这些特征是：v采用超深亚微米工艺技术实现复杂系统功能的VLSI；v使用一个或多个嵌入式处理器或数字信号处理器（DSP）；v具备外部对芯片进行编程的功能；v主要采用第三方的IP（Intellectual Property）核进行设计。 SoC 实例SoC （System on Chip)SoC设计CPULogicROMDRAMIP BlockBusId

4、ea 1PLLThird PartyIPGlueLogicDigitalMod/De-modI/OInterfacesGPIORTCDMAUSB1394PCIProtocolDecoderA/DFLASHRAMEEPROMROMDRAMDACSecurityEncryptionDSPRISCCACHESea of IPs3rd Party IPROMDACRISCIP BlockBusLogicROMDRAMIP BlockBusBusDSPIdea NIdea 2Platform APlatform BPlatform CRocket Platform ARocket Platform BR

5、ocket Platform C微机电系统(MEMS)技 术vMEMS EDA技术v建立体硅和表面硅MEMS加工技术四套完整的MEMS工艺工艺标准化多用户系统v开发新的MEMS加工技术硅帽封装技术体硅隔离技术三维刻蚀技术v开发新型MEMS器件和系统传感MEMS器件：加速度计、陀螺、气体敏感器件信息MEMS器件：RF器件、光开关生物MEMS器件MEMS加工工艺v已开发出22光开关阵列v表面微加工与体硅微加工相结合，并利用三维刻蚀技术，克服了二者的不足v采用扭转结构，不会发生磨损v容易扩展到NN开关阵列v弹性夹紧结构，易于组装微机械光开关v工艺和结构简单易控，容易形成阵列v可以在高频开关电压下工作

6、20KHzv接触电阻小于1欧姆v容易实现双稳态结构v有实用前景微继电器IC产业流程图IC测试厂硅原料拉 晶切 割研 磨清 洗晶圆材料厂电路设计CADTape out电路设计公司Reticle 制作光罩制作厂硅片投入刻 号清 洗氧 化化学气相沉积金属溅镀护层沉积蚀刻离子植入/扩散光阻去除WAT测试微影(光阻) (曝光) (显影)光罩投入集成电路制造厂硅片针测IC测试Burn inIC封装厂封 装打 线切 割客 户 集成电路集成电路的设计过程：的设计过程： 设计创意设计创意 + + 仿真验证仿真验证集成电路芯片设计过程框架集成电路芯片设计过程框架是是功能要求功能要求行为设计（行为设计（VHDL）行

7、为仿真行为仿真综合、优化综合、优化网表网表时序仿真时序仿真布局布线布局布线版图版图后仿真后仿真否否是是否否否否是是Sing off设计业设计业封装好的集成电路封装与测试业封装与测试业IC制造流程芯片设计晶圆制造芯片封装芯片测试芯片制造光罩制造上游：设计中游：制造下游：封测EDA软件IC设计软件厂商： Cadence Mentor Graphics Synopsys SpringSoft 华大九天华大九天正向设计与逆向设计逆向设计：逆向设计：借鉴以前成功的经验 周期短 见效快正向设计：正向设计：提供系统解决方案 周期长 系列性正向设计逆向设计IC设计方法介绍Top-Down设计设计Top-Dow

8、n流程在EDA工具支持下逐步成为IC主要的设计方法。设计方法Bottom-Up设计设计 自底向上(Bottom-Up)设计是集成电路和PCB板的传统设计方法，该方法盛行于七、八十年代，设计效率低，周期长，一次设计成功率低。模拟IC设计和数字IC设计区别这主要体现在三个方面：一是处理的信号不同，顾名思义，模拟电路处理模拟信号，数字电路处理数字信号；二是设计的级别不同，数字电路体现在系统设计，数字信号处理及其算法设计，模拟体现在电路级设计，这跟他们设计思路相关，因为模拟电路是功耗、噪声、线性、增益、电源电压、电压摆幅、速率、输入/输出阻抗的折中，而数字电路主要体现在速度和功耗之间的折中。第三是数字

9、电路大部分是标准单元模块，更易于实现物理设计，而模拟电路设计流程大多需要设计者手动设计。 硅单晶片与加工好的硅片硅单晶片与加工好的硅片集成电路芯片的显微照片?集成电路的战略地位首先表现在当代集成电路的战略地位首先表现在当代国民经济的国民经济的“食物链食物链”关系关系?进入信息进入信息化社会的判据：化社会的判据：半导体产值半导体产值占工农业总产值的占工农业总产值的0.5%v其次，统计数据表明，发达国家在发展过程中都有一条规律集成电路（IC）产值的增长率（RIC）高于电子工业产值的增长率（REI）电子工业产值的增长率又高于GDP的增长率（RGDP）一般有一个近似的关系 RIC1.52REI REI

10、3RGDP微电子科学技术的发展历史电子管的发明电子管的发明v 1883年，美国发明家爱迪生（TAEdison，18471931）发现了热的灯丝发射电荷的现象，并被称之为“爱迪生效应”。v1897年，英国物理学家汤姆逊（JJThomson18561940 ）解释了这种现象，并把带电的粒子称为“电子”。v1904英国伦敦大学电工学教授弗莱明（SJAFleming18491945）研制出检测电波用的第一只真空二极管，从而宣告人类第一个电子二极管的诞生。 v1906年，美国发明家德福雷斯特（LDoForest）在弗莱明二极管的基础上制造出三极管；在阳极A和阴极K的中间加上栅状的电极G，如果改变栅极电压

11、，就可以使阳极电流发生相应的变化，实现了用较小的控制电压获得很大的输出电流或电压，具有放大信号的作用.v电子管的缺点:耗电,预热时间长。 1945年秋天，贝尔实验室成立了以肖克莱为首的半导体研究小组，成员有布拉顿、巴丁等人。 1947年12月23日 这一天，巴丁和布拉顿把两根触丝放在锗半导体晶片的表面上，当两根触丝十分靠近时，放大作用发生了。世界第一只固体放大器晶体管也随之诞生了。在这值得庆祝的时刻，布拉顿按捺住内心的激动，仍然一丝不苟地在实验笔记中写道：“电压增益100，功率增益40，电流损失1/2.5亲眼目睹并亲耳听闻音频的人有吉布尼、摩尔、巴丁、皮尔逊、肖克利、弗莱彻和包文。”在布拉顿的