北大版微电子概论讲义——Chap03.ppt

北京大学 大规模集成电路基础 3 1半导体集成电路概述 集成电路 IntegratedCircuit IC 芯片 Chip Die 硅片 Wafer 集成电路的成品率 成品率的检测 决定工艺的稳定性 成品率对集成电路厂家很重要 集成电路发展的原动力 不断提高的性能 价格比 集成电路发展的特点 性能提高 价格降低 集成电路的性能指标 集成度速度 功耗特征尺寸可靠性 主要途径 缩小器件的特征尺寸增大硅片面积 功耗延迟积 集成电路的关键技术 光刻技术 DUV 缩小尺寸 0 25 0 18mm增大硅片 8英寸 12英寸 亚0 1mm 一系列的挑战 亚50nm 关键问题尚未解决 新的光刻技术 EUVSCAPEL BellLab 的E Beam X ray 集成电路的制造过程 设计工艺加工测试封装 集成电路产业的发展趋势 独立的设计公司 DesignHouse 独立的制造厂家 标准的Foundary 集成电路类型 数字集成电路 模拟集成电路 数字集成电路基本单元 开关管 反相器 组合逻辑门模拟集成电路基本单元 放大器 电流源 电流镜 转换器等 3 2双极集成电路基础 有源元件 双极晶体管无源元件 电阻 电容 电感等 双极数字集成电路 基本单元 逻辑门电路 双极逻辑门电路类型 电阻 晶体管逻辑 RTL 二极管 晶体管逻辑 DTL 晶体管 晶体管逻辑 TTL 集成注入逻辑 I2L 发射极耦合逻辑 ECL 双极模拟集成电路 一般分为 线性电路 输入与输出呈线性关系 非线性电路接口电路 如A D D A 电平位移电路等 3 3MOS集成电路基础 基本电路结构 MOS器件结构 基本电路结构 CMOS 基本电路结构 CMOS MOS集成电路数字集成电路 模拟集成电路 MOS数字集成电路 基本电路单元 CMOS开关CMOS反相器 CMOS开关 W W VDD IN OUT CMOS反相器 VDD Y A1 A2 与非门 Y A1A2 3 4影响集成电路性能的因素和发展趋势 有源器件无源器件隔离区互连线钝化保护层寄生效应 电容 有源器件 电阻 电感 3 4影响集成电路性能的因素和发展趋势 器件的门延迟 迁移率沟道长度 电路的互连延迟 线电阻 线尺寸 电阻率 线电容 介电常数 面积 途径 提高迁移率 如GeSi材料减小沟道长度 互连的类别 芯片内互连 芯片间互连长线互连 Global 中等线互连短线互连 Local 门延迟时间与沟到长度的关系 减小互连的途径 增加互连层数增大互连线截面Cu互连 LowK介质多芯片模块 MCM 系统芯片 Systemonachip 减小特征尺寸 提高集成度 Cu互连 系统优化设计 SOC 集成电路芯片中金属互连线所占的面积与电路规模的关系曲线 互连线宽与互连线延迟的关系 互连技术与器件特征尺寸的缩小 资料来源 SolidstateTechnologyOct 1998 集成电路中的材料 小结 Bipolar 基区 Base 基区宽度Wb发射区 Emitter 收集区 Collector NPN PNP共发射极特性曲线放大倍数 特征频率fT 小结 MOS 沟道区 Channel 沟道长度L 沟道宽度W栅极 Gate 源区 源极 Source 漏区 漏极 Drain NMOS PMOS CMOS阈值电压Vt 击穿电压特性曲线 转移特性曲线泄漏电流 截止电流 驱动电流 导通电流 小结 器件结构 双极器件的纵向截面结构 俯视结构CMOS器件的纵向截面结构 俯视