微电子概论与前沿技术 课件 1章 概论

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Microelectronics微电子概论与新进展绪论篇目录234微电子技术发展历程集成电路分类与产业分工课程学习路径1课程介绍v西工大微电子学院School

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Microelectronics一、技术背景3基本介绍一、课程介绍选用教材：《微电子概论》，郝

跃

贾新章

等，2011年《微电子概论与前沿技术》，王少熙

李

伟

汪钰成

吴玉潘，2025年课程考核平时分30%考试分70%课间点名（50%）课后作业（50%）基础知识（80%）创新设计（20%）汪钰成：副教授，硕导，新型神经形态电子器件及芯片热管理技术研究，第一/通讯作者发表SCI论文二十余篇，主持/参与教改项目两项，教学成果奖两项，校级一流课程一项v西工大微电子学院School

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Microelectronics一、技术背景4为什么学微电子一、课程介绍技术基石性产业重要性职业前景性微电子是现代信息技术的基石微电子机械工程微机电系统光学工程光电子技术生物工程生物微电子柔性工程柔性电子学设计工程师（2024年）本科应届生（12-20万/年）硕士应届生（18-35万/年）博士应届生（30-55万/年）核心岗位（30-100万/年）目录234微电子技术发展历程集成电路分类与产业分工课程学习路径1课程介绍v西工大微电子学院School

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Microelectronics一、技术背景6国外发展历程二、微电子技术发展历程世界第一只晶体管威廉·肖克莱等贝尔实验室诺贝尔物理学奖（1956年）电子管时代（1947年前）晶体管时代（1947-1958）世界第一块集成电路杰克·基尔比德克萨斯仪器（TI）诺贝尔物理学奖（2000年）集成电路时代（1958至今）序号国外技术进展1PN结和双极晶体管理论（肖克莱，1949年）2英特尔创始人提出“摩尔定律”（1965年）3第一块微处理器Inter4004（特德·霍夫，1971年）4第一块256KDRAM（贝尔实验室，1982年）序号国外技术进展5BiCMOS技术（日立，1986年）616MbDRAM（三星，1990年）71GbDRAM（IBM，1994年）845nmCPU工艺（Intel，2007年）v西工大微电子学院School

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Microelectronics一、技术背景7国内发展历程二、微电子技术发展历程序号国内技术进展备注1中国第一只锗单晶（北京电子管厂，1956年）北京电子管厂（774厂，现京东方）2中国第一只锗合金高频晶体管（王守武/王守觉，1958年）应用于109乙计算机（109厂，现中科院微电子所）3中国第一只硅单晶（林兰英，1959年）比美国仅晚一年，且此时已与苏联决裂4中科院半导体所和河北半导体研究所成立（1963年）河北半导体研究所，现中电13所5平面光刻技术（黄昆等，1963年）应用于109丙计算机6中国第一批集成电路（王守觉，1965年）1平方厘米硅片电路，包含7个晶体管，1个二极管，7个电阻和6个电容7北京国营东光电工厂、上海无线电十九厂（1968-1970年）中国集成电路南北两强8四川固体电路研究所成立（1968年）固体电路研究所（现中电24所），中国唯一模拟集成电路研究所黄昆（1919-2005）王守武（1919-2014）林兰英（1918-2003）v西工大微电子学院School

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Microelectronics一、技术背景8国内发展历程二、微电子技术发展历程序号国内技术进展备注9PMOS大规模集成电路（永川半导体研究所，1972年）比美国晚4年10第一块1KDRAM（王阳元，北京大学，1975年）比英特尔C1103晚5年11第一块4KDRAM（王守武，中科院半导体所，1978年）比美国晚6年12中国第一条中、大规模集成电路生产线（109厂，1980年）109厂，现中科院微电子所，王守武任厂长13国家缩减电子工业投入，引进代替研发盛行（80、90年代）日本逆袭美国，美国扶植韩国，中国受巴统技术研制，仅能引进落后设备14第一块256KDRAM（无锡华晶，1993年）比韩国落后七年，华晶后被华润收购15中国芯工程启动，“方舟一号”、“龙芯一号”、“众志863”、“汉芯一号”问世（2000年前后）方舟一号（方舟科技）、龙芯一号（中科院计算机所）、众志863（北大众志）、汉芯一号（上海交大微电子学院院长陈进，后被爆造假）16中芯国际（2005年）、长电科技（2014年）、南车株洲、紫光集团、长江存储（2016年）等先后成立数据来源：《历史进程里的中国半导体产业》目录234微电子技术发展历程集成电路分类与产业分工课程学习路径1课程介绍v西工大微电子学院School

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Microelectronics一、技术背景10集成电路分类三、集成电路分类与产业分工微电子技术：一门研究在微小尺度（微米/纳米级）上设计、制造和集成半导体器件及集成电路（IC）的科学技术集成电路：俗称“芯片”，是一种将大量电子元件（如晶体管、电阻、电容等）集成到基片上的微型电子电路数字集成电路模拟集成电路信号源数字信号（离散信号）模拟信号（连续信号）核心原件逻辑门、触发器等放大器、滤波器等功耗特征动态功耗为主静态功耗与线性功耗并存典型应用CPU、GPU、FPGA等电源管理芯片、射频芯片功能结构数字集成电路

模拟集成电路数/模混合集成电路集成度SSI小规模1-100个MSI中规模100-1000个LSI大规模1000-10万VLSI超大规模10万-1亿ULSI特大规模1亿-10亿GSI极大规模10亿以上v西工大微电子学院School

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Microelectronics一、技术背景11集成电路分类三、集成电路分类与产业分工制作工艺半导体集成电路膜集成电路半导体集成电路：将多个半导体器件整合到半导体基片上，实现各种电子功能膜集成电路：采用薄膜材料（金属氧化物等）作为基底，并在表面沉积或形成半导体器件，实现各种电子功能导电类型双极型集成电路单极型集成电路双极型集成电路：依赖于电子和空穴两种载流子（双极）共同参与导电，如晶体管-晶体管逻辑（TTL）电路，发射极耦合逻辑（ECL）电路等单极型集成电路：依赖于一种载流子导电，如互补金属半导体场效应晶体管（CMOSFET）集成电路应用领域通用集成电路专用集成电路通用集成电路：面向广泛市场设计，可适配多种场景的标准化芯片，如微处理器、存储器、功率放大器等专用集成电路：为特殊场景定制设计的芯片，功能与性能高度专业化，如航天级芯片等v西工大微电子学院School

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Microelectronics一、技术背景12集成电路产业分工三、集成电路分类与产业分工上游设计中游制造下游封测三星华为海思英特尔展讯美光华大高通兆易创新英伟达瑞芯微台积电中芯国际三星华虹宏力英特尔sk海力士富士通长江存储力晶科技华力微EDA+IP半导体材料+设备+加工日月光晶方半导体美国安靠长电科技力成科技气派科技南茂科技华润安盛京元电子风华芯电半导体封装+测试v西工大微电子学院School

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Microelectronics一、技术背景13晶圆制造三、集成电路分类与产业分工单晶硅制造拉单晶磨外圆切片倒角研磨抛光功能结构前道工艺后道工艺工艺定义拉单晶将高纯度多晶硅在石英坩埚中熔化，通过籽晶旋转提拉形成单晶硅棒磨外圆用金刚石砂轮将硅棒外圆研磨至标准直径（如300mm±0.2mm）切片用金刚石线锯将硅棒切割成0.5-1mm厚的硅片倒角用砂轮或化学机械法对硅片边缘进行圆弧化处理研磨通过机械研磨使硅片表面平坦化并控制厚度抛光通过化学腐蚀和机械研磨相结合的表面处理工艺，用于使硅片表面达到原子级平整度v西工大微电子学院School

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Microelectronics一、技术背景14前道工艺三、集成电路分类与产业分工前道工艺扩散薄膜沉积光刻刻蚀离子注入CMP金属化重复若干次工艺定义扩散通过高温热处理（800°C~1200°C）将掺杂原子（如硼、磷）扩散到硅衬底中，形成特定电学特性的区域薄膜沉积在晶圆表面生长导电、绝缘或半导体材料薄膜，厚度从纳米到微米级光刻利用光敏胶（光刻胶）和掩膜版，通过曝光将电路图案转移到晶圆表面刻蚀选择性去除未被光刻胶保护的薄膜或硅衬底材料离子注入将高能掺杂离子注入硅衬底，改变局部电导特性化学机械抛光通过化学腐蚀与机械研磨使晶圆表面全局平坦化金属化沉积金属层并图案化，形成器件间互连线v西工大微电子学院School

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Microelectronics一、技术背景15后道工艺三、集成电路分类与产业分工后道工艺背面减薄晶圆切割贴片引线键合模塑切筋终测工艺定义背面减薄通过机械研磨或化学蚀刻将晶圆背面减薄至50~200μm，以适应封装厚度要求晶圆切割用切割刀或激光将晶圆分割成独立芯片贴片将芯片粘贴到封装基板或引线框架上引线键合用金属导线连接芯片焊盘与封装引脚模塑将芯片与引线框架用环氧树脂封装成型切筋切除引线框架外框，并将引脚成形至标准尺寸终测对封装后的芯片进行功能与可靠性测试目录234微电子技术发展历程集成电路分类与产业分工课程学习路径1课程介绍v西工大微电子学院School

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Microelectronics一、技术背景17课程目录四、课程学习路径微电子基础微电子实现微电子应用微电子基础绪论半导体器件基础目的：掌握半导体基础理论，熟悉常用半导体器件原理（2+4+4课时）半导体物理基础微电子实现半导体工艺模拟集成电路目的：掌握半导体制造工艺，熟悉数字/模拟集成电路基础（4+2+4+4课时）集成电路基础数字集成电路微电子应用新型材料与器件微电子与智能生物微