《工程學概論》超大規(guī)模集成電路基礎ppt課件

1、第五章 大規(guī)模集成電路根底5.1半導體集成電路分類5.2半導體集成電路概述5.3 影響集成電路性能的要素和開展趨勢5.1、集成電路分類集成電路的分類器件構造類型集成電路規(guī)模運用的基片資料電路方式運用領域1. 按器件構造類型分類雙極集成電路：主要由雙極晶體管構成NPN型雙極集成電路PNP型雙極集成電路金屬-氧化物-半導體(MOS)集成電路：主要由MOS晶體管(單極晶體管)構成NMOSPMOSCMOS(互補MOS)雙極-MOS(BiMOS)集成電路：同時包括雙極和MOS晶體管的集成電路為BiMOS集成電路，綜合了雙極和MOS器件兩者的優(yōu)點，但制造工藝復雜優(yōu)點是速度高、驅動才干強，缺陷是功耗較大、集

2、成度較低功耗低、集成度高，隨著特征尺寸的減少，速度也可以很高2. 按集成電路規(guī)模分類集成度：每塊集成電路芯片中包含的元器件數目。小規(guī)模集成電路(Small Scale IC，SSI)中規(guī)模集成電路(Medium Scale IC，MSI)大規(guī)模集成電路(Large Scale IC，LSI)超大規(guī)模集成電路(Very Large Scale IC，VLSI)特大規(guī)模集成電路(Ultra Large Scale IC，ULSI)宏大規(guī)模集成電路(Gigantic Scale IC，GSI 基于市場競爭，不斷提高產品的性能價錢比是微電子技術開展的動力。在新技術的推進下，集成電路自發(fā)明以來四十年，集

3、成電路芯片的集成度每三年提高4倍，而加工特征尺寸減少 倍。這就是由Intel公司開創(chuàng)人之一Gordon E. Moore博士1965年總結的規(guī)律，被稱為摩爾定律。微電子技術開展的ROADMAP3. 按構造方式的分類單片集成電路：它是指電路中一切的元器件都制造在同一塊半導體基片上的集成電路在半導體集成電路中最常用的半導體資料是硅，除此之外還有GaAs等混合集成電路：厚膜集成電路薄膜集成電路4. 按電路功能分類數字集成電路(Digital IC)：它是指處置數字信號的集成電路，即采用二進制方式進展數字計算和邏輯函數運算的一類集成電路模擬集成電路(Analog IC)：它是指處置模擬信號(延續(xù)變化的

4、信號)的集成電路線性集成電路：又叫做放大集成電路，如運算放大器、電壓比較器、跟隨器等非線性集成電路：如振蕩器、定時器等電路數模混合集成電路(Digital - Analog IC) ：例如數模(D/A)轉換器和模數(A/D)轉換器等集成電路的分類5. 2半導體集成電路概述集成電路Intergrated Circuit，IC芯片Chip, Die硅片Wafer集成電路的廢品率：Y=硅片上好的芯片數硅片上總的芯片數100%廢品率的檢測，決議工藝的穩(wěn)定性，廢品率對集成電路廠家很重要集成電路開展的原動力：不斷提高的性能/價錢比集成電路開展的特點：性能提高、價錢降低集成電路的性能目的： 集成度 速度、功

5、耗 特征尺寸 可靠性主要途徑：減少器件的特征尺寸 增大硅片面積集成電路的關鍵技術：光刻技術(DUV)減少尺寸：0.250.18mm 0.09mm增大硅片：8英寸12英寸亞0.1mm：一系列的挑戰(zhàn)，亞50nm：關鍵問題尚未處理新的光刻技術： EUV SCAPEL(Bell Lab.的E-Beam) X-ray集成電路的制造過程： 設計 工藝加工 測試 封裝定義電路的輸入輸出電路目的、性能原理電路設計電路模擬(SPICE)規(guī)劃(Layout)思索寄生要素后的再模擬原型電路制備測試、評測產品工藝問題定義問題不符合不符合集成電路產業(yè)的開展趨勢：獨立的設計公司Design House獨立的制造廠家規(guī)范的

6、Foundary集成電路類型：數字集成電路、模擬集成電路數字集成電路根本單元：開關管、反相器、組合邏輯門模擬集成電路根本單元：放大器、電流源、轉換器等集成電路開展的原動力：不斷提高的性能/價錢比集成電路開展的特點：性能提高、價錢降低集成電路的性能目的： 集成度 速度、功耗 特征尺寸 可靠性主要途徑：減少器件的特征尺寸 增大硅片面積1.雙極集成電路根底有源元件：雙極晶體管無源元件：電阻、電容、電感等雙極數字集成電路根本單元：邏輯門電路雙極邏輯門電路類型：電阻-晶體管邏輯 (RTL)二極管-晶體管邏輯 (DTL)晶體管-晶體管邏輯 (TTL)集成注入邏輯 (I2L)發(fā)射極耦合邏輯 (ECL)雙極模

7、擬集成電路普通分為：線性電路輸入與輸出呈線性關系非線性電路接口電路：如A/D、D/A、電平位移電路等2.MOS集成電路根底根本電路構造：CMOSMOS集成電路數字集成電路、模擬集成電路MOS 數字集成電路根本電路單元： CMOS開關 CMOS反相器INOUTCMOS開關WWVDDINOUTCMOS反相器VDDYA1A2與非門：Y=A1A25.3 影響集成電路性能的要素和開展趨勢器件的門延遲： 遷移率 溝道長度電路的互連延遲： 線電阻線尺寸、電阻率 線電容介電常數、面積途徑：提高遷移率，如GeSi資料減小溝道長度互連的類別：芯片內互連、芯片間互連 長線互連(Global) 中等線互連 短線互連(Local)門延遲時間與溝道長度的關系減小互連的途徑： 添加互連層數 增大互連線截面 Cu互連、Low K介質 多芯片模塊MCM 系統(tǒng)芯片System on a chip減小特征尺寸、提高集成度、Cu互連、系統(tǒng)優(yōu)化設計、SOC集成電路