人工智能芯片设计第1章-绪论

第一章：导论人工智能芯片设计ArtificialIntelligenceChipDesign1.1半导体芯片技术概论2ArtificialIntelligenceChipDesign,

Lecture

01:

Introduction半导体材料是一种将半导体材料制成电子元器件的技术大多数电子元器件的基本原材料——硅（Si）二维表示的硅晶体结构硅晶体的晶胞硅晶体中的电子和空穴半导体的掺杂过程1.1半导体芯片技术概论3ArtificialIntelligenceChipDesign,

Lecture

01:

IntroductionPN结二极管p型n型正极负极P-N节二极管结构及符号MOS管n+

n+pSi衬底源极栅极漏极p+

p+nSi衬底源极栅极漏极多晶硅SiO2(a)NMOS晶体管(b)PMOS晶体管NMOS晶体管和PMOS晶体管横截面及符号P型半导体：掺入三价元素，空穴为多子，自由电子为少子N型半导体：掺入五价元素，自由电子为多子，空穴为少子1.1半导体芯片技术概论4ArtificialIntelligenceChipDesign,

Lecture

01:

Introduction

W

n+

n+

LpSi衬底

1.2集成半导体器件技术5ArtificialIntelligenceChipDesign,

Lecture

01:

Introduction发展历史1947年，JohnBardeen和WalterBrattain在贝尔实验室发明了第一个可用的点接触晶体管1958年，JackKilby在德州仪器公司制造出第一款以两个晶体管构成的集成电路触发器。Bardeen、Brattain和他们的导师WilliamShockley因为晶体管的发明，赢得了1956年的诺贝尔物理学奖。Kilby因其对集成电路的贡献，在2000年获得了诺贝尔物理学奖。1965年，戈登·摩尔观察到，集成电路上可以容纳的晶体管数目在大约每经过18个月到24个月便会增加一倍。这一观察结果被称为“摩尔定律”。如右图所示，随着时间的推移，英特尔微处理器的时钟频率每隔约34个月翻一番。1.3工艺技术与设计规划6ArtificialIntelligenceChipDesign,

Lecture

01:

IntroductionCMOS工艺：1）晶圆形成直拉法：从纯熔化硅的坩埚中拉出的单晶硅的圆柱形经过切割得到2）光刻将光掩模版上的图形转移到覆盖在晶圆表面的对光敏感的材料上去的工艺过程3）阱和沟道主要有N阱工艺，P阱工艺，双阱工艺，三阱工艺负胶光刻三阱工艺的阱结构1.3工艺技术与设计规划7ArtificialIntelligenceChipDesign,

Lecture

01:

Introduction版图（LAYOUT）设计规则：1）阱（WELL）规则阱规格可能包括N阱，P阱和深N阱，用于指定放置各种阱的放置2）晶体管（TRANSISTOR）规则CMOS晶体管通常至少由四个掩膜版定义——Active、N-select、P-select、多晶硅3）接触孔（CONTACT）规则主要有金属到P-active（P扩散），金属到N-active（n扩散），金属到多晶硅，金属到阱或衬底衬底接触孔CMOSN阱工艺晶体管和阱/衬底接触孔1.3工艺技术与设计规划8ArtificialIntelligenceChipDesign,

Lecture

01:

Introduction版图（LAYOUT）设计规则：4）金属层（METAL）规则金属间距可能随着金属线的宽度而变化5）通孔（VIA）规则各种工艺关于是否允许将堆叠的通孔放置在多晶硅和扩散区域上可能会略有不同6）其他规则多晶硅或金属的扩展超出接触孔或通孔；不同的栅极硅扩展取决于器件的长度；最大特征宽度；最小特征面积尽管较早的工艺往往是由工艺驱动，并且伴随着内容冗长、丰富的设计规则，但实际上，工艺已经逐渐变得“设计者友好”，或者更具体的说，是“计算机友好”（大多数掩膜版的几何形状的设计都是算法产生的）7）小结习题19ArtificialIntelligence