微电子学概论知识点.doc

1什么是微电子学答: 微电子学作为电子学的一门分支科学，主要是研究电子或离子在固体材料中的运动规律及其应用，并利用它实现信号处理功能的科学。2什么叫集成电路？答：Integrated Circuit，缩写IC通过一系列特定的加工工艺，将晶体管、二极管等有源器件和电阻、电容等无源器件，按照一定的电路互连，“集成”在一块半导体单晶片（如硅或砷化镓）上，封装在一个外壳内，执行特定电路或系统功能3集成电路的分类:按器件结构类型分类：双极集成电路，金属-氧化物-半导体(MOS)集成电路，双极-MOS(BiMOS)集成电路按集成电路规模分类 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) 巨大规模集成电路(Gigantic Scale IC，GSI）按结构形式的分类：单片集成电路，混合集成电路（厚膜集成电路、薄膜集成电路）按电路功能分类：数字集成电路，模拟集成电路，数模混合集成电路4微电子学的特点答：（1）、微电子学是一门综合性很强的边缘学科涉及了固体物理学、量子力学、热力学与统计物理学、材料科学、电子线路、信号处理、计算机辅助设计、测试与加工、图论、化学等多个学科（2）、微电子学是一门发展极为迅速的学科，高集成度、低功耗、高性能、高可靠性是微电子学发展的方向（3）、微电子学的渗透性极强，它可以是与其他学科结合而诞生出一系列新的交叉学科，例如微机电系统(MEMS)、生物芯片等5半导体及其基本特征是什么？导体：自然界中很容易导电的物质称为导体绝缘体：有的物质几乎不导电，称为绝缘体，半导体：另有一类物质的导电特性处于导体和绝缘体之间，称为半导体固体材料：超导体: 大于106(Wcm)-1 导 体: 106104(Wcm)-1 半导体: 10410-10(Wcm)-1 绝缘体: 小于10-10(Wcm)-1半导体的导电机理不同于其它物质，所以它具有不同于其它物质的特点：（基本特征）1、在纯净的半导体材料中，电导率随温度的上升而指数增加；2、半导体中杂质的种类和数量决定着半导体的电导率，而且在重掺杂情况，温度对电导率的影响较弱；3、在半导体中可以实现非均匀掺杂；4、光的辐照、高能电子等的注入可以影响半导体的电导率。6、光刻与刻蚀技术7、集成电路的设计流程8、集成电路的设计规则和全定制方法什么是可测性设计？在尽可能少地增加附加引线脚和附加电路，并使芯片性能损失最小的情况下，满足电路可控制性和可观察性的要求9、微机电系统的基本概念答：从广义上讲，MEMS是指集微型传感器、微型执行器、信号处理和控制电路、接口电路、通信系统以及电源于一体的微型机电系统MEMS的分类（1）、微传感器： 机械类：力学、力矩、加速度、速度、角速度(陀螺)、位置、流量传感器 磁学类：磁通计、磁场计 热学类：温度计 化学类：气体成分、湿度、PH值和离子浓度传感器 生物学类：DNA芯片（2）、微执行器：微马达、微齿轮、微泵、微阀门、微开关、微喷射器、微扬声器、微谐振器等（3）、微型构件：微膜、微梁、微探针、微齿轮、微弹簧、微腔、微沟道、微锥体、微轴、微连杆等（4）、微机械光学器件：微镜阵列、微光扫描器、微光阀、微斩光器、微干涉仪、微光开关、微可变焦透镜、微外腔激光器、光编码器等（5） 、真空微电子器件：它是微电子技术、MEMS技术和真空电子学发展的产物，具有极快的开关速度、非常好的抗辐照能力和极佳的温度特性。主要包括场发射显示器、场发射照明器件、真空微电子毫米波器件、真空微电子传感器等（6）、电力电子器件：包括利用MEMS技术制作的垂直导电型MOS(VMOS)器件、V型槽垂直导电型MOS(VVMOS)器件等各类高压大电流器件10、IC Package （IC的封装形式） IC Package种类很多，按以下标准分类：1、依IC晶片数目： SCP(Single Chip Packages) MCM (Multi-chip Chip Mudule)2、按封装材料划分为： 金属封装、陶瓷封装、塑料封装、裸片3、按照和PCB板连接方式分为： PTH封装和SMT封装4 按照封装外型可分为： SOT、SOIC、TSSOP、QFN、QFP、BGA、CSP等；11、摩尔定律：集成电路的集成度每三年增长四倍，特征尺寸每三年缩小 倍按比例缩小定律：为保持晶体管的性能，晶体管的尺寸缩小应当遵循等比例缩小原则。恒定电场规律，简称CE律：等比例缩小器件的纵向、横向尺寸，以增加跨导和减少负载电容，提高集成电路的性能；电源电压也要缩小相同的倍数恒定电压等比例缩小规律(简称CV律)：1保持电源电压Vds和阈值电压Vth不变，对其它参数进行等比例缩小；2、按CV律缩小后对电路性能的提高远不如CE律，而且采用CV律会使沟道内的电场大大增强；3、CV律一般只适用于沟道长度大于1mm的器件，它不适用于沟道长度较短的器件。准恒定电场等比例缩小规则，缩写为QCE律：1、CE律和CV律的折中，世纪采用的最多2随着器件尺寸的进一步缩小，强电场、高功耗以及功耗密度等引起的各种问题限制了按CV律进一步缩小的规则，电源电压必须降低。同时又为了不使阈值电压太低而影响电路的性能，实际上电源电压降低的比例通常小于器件尺寸的缩小比例3器件尺寸将缩小k倍，而电源电压则只变为原来的l/k倍12、微电子技术发展的趋势1、由集成电路(IC)向集成系统(IS)转变微系统两重含义l 狭义：信息系统的芯片集成，即片上系统，或System on-a-Chip(SOC)l 广义：微系统，微电子机械系统(MEMS)、微光机电系统(MOEMS)，等2、由微电子学向纳电子学转变纳电子学两重意义l 狭义上：纳器件，包括延伸MOS结构的物理限制和寻找MOS的继承器件l 广义上：纳系统，如分子、量子、生物(DNA)电子学等计算系统3、“More Moore”按比例缩小(Scaling)l 几何Scaling：继续缩小片上逻辑记忆存储功能在水平、垂直方向的物理特征尺寸，以求持续改善密度、性能和可靠性l 等价Scaling：影响芯片电学性能的三维器件结构改善、其它非几何工艺技术、新材料4、“More than Moore”功能多样化(Functional Diversification)l 不必Scaling而提高附加值方法：如对非数字功能的RF通信、功率控制、片上无源元件、传感器/执行器(MEMS)等l 异质集成：由PCB系统板级集成移植为SOC或SIP5、“Beyond CMOS”超越硅基CMOS