图解半导体逻辑IC制程.pdf

图解半导体逻辑IC制程

电子机器的动作所必需的内部信号处理大致可以分为模拟信号处理和数字信号处理。

处理前者的是模拟用半导体器件，处理后者的数字信号处理的就是逻辑IC，逻辑IC中也

有很多种类。

IC、LSI在制造程序上大致分为双极系列和MOS系列，还可以再分为混合两者的

BiCMOS等复合型。

逻辑IC是执行数字信号处理的IC、LSI，双极系列（也就是双极逻辑）现在只有TTL

和ECL，因此提及逻辑IC时，一般可以视为指CMOS逻辑系列以及BiCMOS系列。

而且，逻辑IC也可分为（1）通用逻辑、通用MPU之类的标准品；（2）ASIC（特殊

用途用IC）；（3）配合本公司规格开发的定制LSI专用产品这几类。

ASIC可以分成ASCP（顾客专用品）和ASSP（待业专用品），ASCP还能进一步细分

成门阵列（GA）、可现场编程式门阵列（FPGA）、标准单元（SC）、嵌入式单元阵列（ECA）

等。但是，即使是完全的定制IC，但通讯用或数码家电、车载系统中基本使用的电路及构

件等都是相同的，开发上的平台大都由半导体生产厂家准备。通过以平台为基础进行设计，

可以缩短开发时间。像这样定制IC和ASIC的界限没有明确区分，有时也将定制IC作为

通用产品进行销售，由此可见，目前情况下这样的分类是非常困难的。

逻辑IC中有被称为MPR（microperipheral:微控制器周边设备）的器件。这是和于

硬盘、图像处理、打印机等，主要用于计算机周边设备的专用LSI。各机器生产厂家大都采

用ASIC的方法进行开发，和上述一样很难做出明确的分类。

逻辑IC可以分为制造工艺、应用领域、设计方法等3种，因此分类越来越困难。

逻辑IC、LSI的分类

О双极逻辑IC、LSI

TTL（TransistorTransistorLogic）

目前，只有部分生产厂家在生产，市场也在不断缩小。

ECL(EmitterCoupledLogic)

通过把NPN双极晶体管放在非饱和区域使用，并缩小理论振幅来获得高速特性，可

用于要求高速性的IC测试器、通讯用等。

О代表性的CMOS逻辑IC/LSI

通用CMOS逻辑

MPU（MicroProcessingUnit）

MCU(MicroControllerUnit)

DSP(DigitalSignalProcessor)

MPR(MicroPeripherals)

ASIC(ApplicationSpecificIC)

GA(GateArray)

SC(StandardCell)

DSP的例子

面向各种用途的逻辑IC

CMOS和反相电路

CMOS电路是由P通道能及N通道双方的MOS晶体管构成的电路。由于具有消耗电

流少、高速化方便、抗杂音能力强、输入输出全摆式等特点，因此现在几乎所有的LSI都

是在这种技术的基础上构成的。

CMOS技术

CMOS的结构是在N型基板中形成P通道的晶体管，在N型基板中做成较大的低浓

度P型区域（叫娓娓动听P井），在P井中形成N通道晶体管。还有与基相反，使用P型

基板做成N井的。

反相器

是逻辑IC/LSI的基本电路。如图所示，举例说明N型或P型晶体管（TN、TP）串联

形成的反相电路。门极G上输入“1”信号（SP电位）的话，TN将为ON，而TP则成

为OFF。相反，输入“0”信号（SN电位）的话，TN为OFF，而TP则成为ON。对于

任何输入，总有一个对应的晶体管是OFF状态，且由SP到SN的电流不会流通，因此消

耗电流将减少（PMOS、NMOS的1/100-1/1000）。ON\OFF切换时因寄生电容会充放

电，因此随着工作频率增加，耗电量将增大。

优点

·非