《集成电路原理与设计 第1章 绪论》.ppt

集成电路设计原理;课程介绍;课程任务;课程教学内容及安排;教材及参考书;参考书目： R. Jacob Baker等著，陈中建译，CMOS电路设计、布局与仿真，机械工业出版社，2006年； Neil H. E. Weste, David Harris等著，CMOS大规模集成电路设计（英文版 第3版），影印本，机械工业出版社，2005年。;成绩考核办法;第一章 绪 论; 实现社会信息化的网络及其关键部件不管是各种计算机和/或通讯机，它们的基础都是微电子（集成电路）。;集成电路 1 ~ 2元;据美国半导体协会（SIA）预测; 其次，统计数据表明，发达国家在发展过程中都有一条规律 集成电路（IC）产值的增长率（RIC）高于电子工业产值的增长率（REI） 电子工业产值的增长率又高于GDP的增长率（RGDP） 一般有一个近似的关系 RIC≈1.5~2REI REI≈3RGDP;世界GDP增长与世界集成电路产业增长情况比较（资料来源：ICE商业部）;我国台湾地区;§1.2 集成电路及其分类;几个概念;2. 集成电路的分类;按器件结构类型分类;按集成电路规模分类; 规摸大小通常按集成度或每个芯片的门数来划分，如下表所示（以逻辑IC为例）。 集成电路规模的划分;§1.3 描述集成电路工艺技术水平  的五个技术指标;1.集成度（Integration Level）是以一个IC芯片所包含的元件(晶体管或门/数)来衡量，（包括有源和无源元件） 。随着集成度的提高，使IC及使用IC的电子设备的功能增强、速度和可靠性提高、功耗降低、体积和重量减小、产品成本下降，从而提高了性能/价格比，不断扩大其应用领域，因此集成度是IC技术进步的标志。为了提高集成度采取了增大芯片面积、缩小器件特征尺寸、改进电路及结构设计等措施。为节省芯片面积普遍采用了多层布线结构，现已达到7层布线。晶片集成(Wafer Scale Integration-WSI)和三维集成技术也正在研究开发。自IC问世以来，集成度不断提高，现正迈向巨大规模集成(Giga Scale Integration-GSl)。从电子系统的角度来看，集成度的提高使IC进入系统集成或片上系统(SoC)的时代。; ;尺寸从2寸～12寸成比例增加的晶圆; 通过下图以人的脸面相对照，我们可以对一个12吋晶圆的大小建立一个直观的印象。 一个12吋晶圆与人脸大小的对比;4. 芯片面积(Chip Area) 随着集成度的提高，每芯片所包含的晶体管数不断增多，平均芯片面积也随之增大。芯片面积的增大也带来一系列新的问题。如大芯片封装技术、成品率以及由于每个大圆片所含芯片数减少而引起的生产效率降低等。但后一问题可通过增大晶片直径来解决。 5. 封装(Package) IC的封装最初采用插孔封装THP (through-hole package)形式。为适应电子设备高密度组装的要求，表面安装封装(SMP)技术迅速发展起来。在电子设备中使用SMP的优点是能节省空间、改进性能和降低成本，因SMP不仅体积小而且可安装在印制电路板的两面，使电路板的费用降低60％，并使性能得到改进。;;Production Process Flow;集成电路的设计过程： 设计创意 + 仿真验证; 硅单晶片与加工好的硅片 ;集成电路芯片的显微照片（4×4mm）;64M SDRAM （华虹NEC生产） 芯片面积5.89×9.7=57mm2 ，1个IC中含有1.34亿只晶体管;集成电路的内部单元;封装好的集成电路;§1.5 集成电路的发展历史;肖克莱( William Shockley); 二战结束时，诸多半导体方面的研究成果为晶体管的发明作好了理论及实践上的准备。1946年1月，依据战略发展思想，Bell实验室成立了固体物理研究组及冶金组，开展固体物理方面的研究工作。在系统的研究过程中，肖克莱根据肖特基的整流理论，预言通过“场效应”原理，可以实现放大器，然而实验结果与理论预言相差很多。经过周密的分析，巴丁提出表面态理论，开辟了新的研究思路，兼之对电子运动规律的不断探索，经过多次实验，于1947年12月实验观测到点接触型晶体管放大现象。第二年1月肖克莱提出结型晶体管理论，并于1952年制备出结型锗晶体管，从此拉开了人类社会步入电子时代的序幕。; 1956年诺贝尔物理学奖授予美国加利福尼亚州景山（Mountain View）贝克曼仪器公司半导体实验室的肖克莱（William Shockley，1910—1989）、美国伊利