《微电子学概论》--B06.ppt

1、第三章 大规模集成电路基础,3. 1半导体集成电路概述,集成电路（Intergrated Circuit，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：0.250.18mm 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

2、决,新的光刻技术： EUV SCAPEL(Bell Lab.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（Design House） 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)

3、 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,3.3 MOS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,CMOS反相器,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

4、、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、Low K介质 多芯片模块（MCM） 系统芯片（System on a chip）,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

5、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：Solidstate Technology Oct.,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