【正文】 . 2022年 5月 25日 48 1970 Intel The First 1,024Bit (1K) Dynamic RAM The 1103 第一個(gè) 1K的動(dòng)態(tài) RAM. 2022年 5月 25日 49 1971 Intel The First Microprocessor The 4004(第一個(gè)微處理器 ) ?開(kāi)創(chuàng)了一個(gè)全新的 計(jì)算機(jī)時(shí)代 霍夫： 2300個(gè)晶體管 只有 45條指令，每秒 能執(zhí)行 5萬(wàn)條指令。A702) 第一個(gè)線性運(yùn)算 放大器材 ( 181。 Instrument Corp Resistor Transistor Logic (The 907) 第一個(gè)帶電阻的 邏輯電路 . 2022年 5月 25日 46 1964 Fairchild Camera amp。 2022年 5月 25日 41 集成電路 集成電路 Vdd A B Out 集成電路的內(nèi)部電路 2022年 5月 25日 42 硅單晶片與加工好的硅片 直徑可達(dá) 450mm 2022年 5月 25日 43 1961 Fairchild Camera amp。 Instrument Corp The Planar Process The Most Efficient Way to Make a Transistor 一個(gè)用新工藝制作的 晶體管 . 8位工程師創(chuàng)建仙童：赫爾尼 平面工藝。 2022年 5月 25日 38 從小規(guī)模到大規(guī)模 下面請(qǐng)看在發(fā)展過(guò)程的 IC圖 : 2022年 5月 25日 39 1958 Texas Instruments The First IC.(TI公司發(fā)明 ) The Microelectronic Revolution Begins 第一個(gè)集成電路 . 微電子技術(shù)革命從此開(kāi)始 . ? 1952年 5月 ， 英國(guó)科學(xué)家 G. W. A. Dummer首次提出集成電路的設(shè)想 ? 1958年德克薩斯儀器公司的科學(xué)家基爾比 (Clair Kilby)為首的研究小組研制出了世界上第一塊集成電路 ， 并于 1959年公布 。 硅晶體管的總體性能大大高于鍺晶體管。 晶體管理論 2022年 5月 25日 36 三極管 2022年 5月 25日 37 從鍺到硅 解決了電子性能問(wèn)題 。 漂移運(yùn)動(dòng) 半導(dǎo)體的基礎(chǔ)知識(shí) 2022年 5月 25日 32 ＋ ＋ ＋ ＋ ＋ ＋ ＋ ＋ ＋ ＋ ＋ ＋ ＋ ＋ ＋ ＋ ＋ ＋ ＋ ＋ ＋ ＋ ＋ ＋ － － － － － － － － － － － － － － － － － － － － － － － － ＋ ＋＋ ＋＋ ＋＋ ＋－－－－－－－－ 多數(shù)載流子的擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)與少數(shù)載流子的漂移運(yùn) 動(dòng)達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡 —— 平衡的 PN 結(jié)。 漂移運(yùn)動(dòng)使 PN 結(jié)變薄，內(nèi)電場(chǎng)削弱。 內(nèi)電場(chǎng)越強(qiáng)，少數(shù)載流子的運(yùn)動(dòng)越易于進(jìn)行。 半導(dǎo)體的基礎(chǔ)知識(shí) 表面態(tài)理論 2022年 5月 25日 29 ＋ ＋ ＋ ＋ ＋ ＋ ＋ ＋ ＋ ＋ ＋ ＋ ＋ ＋ ＋ ＋ ＋ ＋ ＋ ＋ ＋ ＋ ＋ ＋ － － － － － － － － － － － － － － － － － － － － － － － － 內(nèi)電場(chǎng) 耗盡層 勢(shì)壘區(qū) PN 結(jié) ＋ ＋ ＋ ＋ ＋ ＋ ＋ ＋ ＋ ＋ ＋ ＋ ＋ ＋ ＋ ＋ ＋ ＋ ＋ ＋ ＋ ＋ ＋ ＋ － － － － － － － － － － － － － － － － － － － － － － － － 擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)繼續(xù)進(jìn) 行 , 使 PN結(jié)加寬 半導(dǎo)體的基礎(chǔ)知識(shí) 2022年 5月 25日 30 多數(shù)載流子的擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)繼續(xù)進(jìn)行，使 PN 結(jié)加 寬，內(nèi)電場(chǎng)增強(qiáng)。 值得注意的是，當(dāng)兩種雜質(zhì)的含量均較高且濃度基本相同時(shí)，材料容易被誤認(rèn)為是 “ 高純半導(dǎo)體 ” ，實(shí)際上，過(guò)多的雜質(zhì)含量會(huì)使半導(dǎo)體的性能變差，不能用于制造器件。 若 NDNA,則為 n型半導(dǎo)體， n= NDNA ； 反之為 P型， p= NAND。故稱(chēng)之為 “ 淺能級(jí)雜質(zhì) ” ，在室溫幾乎全部電離。 鍺中摻磷為 ，摻硼為 (eV)。 稱(chēng)這種雜質(zhì)半導(dǎo)體為 P 型半導(dǎo)體。 空穴為多數(shù)載流子。 稱(chēng)這種雜質(zhì)半導(dǎo)體為 N 型半導(dǎo)體。 (1) 摻入五價(jià)的雜質(zhì)元素 自由電子的濃度 ?? 空穴的濃度。 →導(dǎo)電能力 ? 。 本征半導(dǎo)體載流子濃度較低，導(dǎo)電能力較弱。 溫度（或光照） ? → 價(jià)電子獲得能量 自由電子和空穴均參與導(dǎo)電， 統(tǒng)稱(chēng)為載流子。 自然界中的物質(zhì) 導(dǎo)體 絕緣體 半導(dǎo)體 價(jià)電子參與導(dǎo)電 摻雜增強(qiáng)導(dǎo)電能力 熱敏特性 光敏特性 常用的半導(dǎo)體：硅、鍺、砷化鎵等。 1947年 12月 23日 ， 第一次觀測(cè)到了具有放大作用的晶體管 2022年 5月 25日 21 1947 – Bell Labs The PointContact Transistor J. Bardeen和 W. Brattain發(fā)明第一個(gè)點(diǎn)接觸型晶體管。 ?整流效應(yīng) :在 1874年 ,德國(guó)的布勞恩觀察到某些硫化物的電導(dǎo)與所加電場(chǎng)的方向有關(guān) ,即它的導(dǎo)電有方向性 ,在它兩端加一個(gè)正向電壓 ,它是導(dǎo)通的 。 ?光生伏特效應(yīng) :在 P型， N型半導(dǎo)體接觸面處會(huì)形成一個(gè)阻擋層。 問(wèn)題：體積大、重量大、耗電大、可靠性差、壽命短。（ MCMC、 MCMD） 厚膜集成電路：用絲網(wǎng)印刷方法涂敷漿料，形成電阻、互連線等 薄膜集成電路：用蒸發(fā)、濺射方法 2022年 5月 25日 12 按器件結(jié)構(gòu)類(lèi)型分類(lèi) 按有源器件結(jié)構(gòu)和工藝技術(shù)分類(lèi) 雙極集成電路 ：主要由雙極晶體管構(gòu)成 NPN型雙極集成電路 PNP型雙極集成電路 金屬 氧化物 半導(dǎo)體 (MOS)集成電路 ：主要由 MOS晶體管 (單極晶體管 )構(gòu)成 NMOS PMOS CMOS(互補(bǔ) MOS) 雙極 MOS(BiMOS)集成電路 ：同時(shí)包括雙極和MOS晶體管的集成電路為 BiMOS集成電路，綜合了雙極和 MOS器件兩者的優(yōu)點(diǎn)，但制作工藝復(fù)雜 優(yōu)點(diǎn)是速度高、驅(qū)動(dòng)能力強(qiáng)， 缺點(diǎn)是功耗較大、集成度較低 功耗低、集成度高，隨著特征 尺寸的縮小，速度也可以很高 2022年 5月 25日 13 集成電路的市場(chǎng)分布 2022年 5月 25日 14 按集成電路規(guī)模分類(lèi) 小規(guī)模集成電路 (Small Scale IC， SSI) 中規(guī)模集成電路 (Medium Scale IC， MSI) 大規(guī)模集成電路 (Large Scale IC， LSI) 超大規(guī)模集成電路 (Very Large Scale IC， VLSI) 特大規(guī)模集成電路 (Ultra Large Scale IC， ULSI) 巨大規(guī)模集成電路(Gigantic Scale IC，GSI) 2022年 5月 25日 15 按電路功能分類(lèi) 數(shù)字集成電路 (Digital IC)： 它是指處理數(shù)字信號(hào)的集成電路，即采用二進(jìn)制方式進(jìn)行數(shù)字計(jì)算和邏輯函數(shù)運(yùn)算的一類(lèi)集成電路 模擬集成電路 (Analog IC)： 它是指處理模擬信號(hào)(連續(xù)變化的信號(hào) )的集成電路（在測(cè)量、通信、家電等方面有廣泛應(yīng)用） 線性集成電路：又叫做放大集成電路，如運(yùn)算放大器、電壓比較器、跟隨器等 非線性集成電路：如振蕩器、定時(shí)器等電路 數(shù)模混合集成電路 (Digital Analog IC) ： 例如數(shù)模 (D/A)轉(zhuǎn)換器和模數(shù) (A/D)轉(zhuǎn)換器等 2022年 5月 25日 16 集成電路的分類(lèi) 集成電路的分類(lèi) 2022年 5月 25日 17 微電子技術(shù)的發(fā)展歷史 2022年 5月 25日 18 從真空到固體 1905年 – 發(fā)明第一個(gè)真空電子管 (控制電子在真空中的運(yùn)動(dòng)規(guī)律和特性 )。 條寬 集成電路能加工的最小線寬。 第二章 信息技術(shù)基礎(chǔ)設(shè)施 2022年 5月 25日 2 內(nèi)容 第一部分：微電子技術(shù) 第二部分：計(jì)算機(jī)技術(shù) 2022年 5月 25日 3 第一部分微電子技術(shù) 微電子學(xué)概述 微電子技術(shù)的發(fā)展歷史 集成電路的設(shè)計(jì)與制造 微電子科學(xué)技術(shù)和產(chǎn)業(yè)的戰(zhàn)略地位 21世紀(jì)微電子學(xué)發(fā)展方向 我國(guó)微電子技術(shù)和產(chǎn)業(yè)現(xiàn)狀和前景 2022年 5月 25日 4 微電子學(xué)概述 2022年 5月 25日 5 微電子技術(shù) 電 子 學(xué) 微電子學(xué) 2022年 5月 25日 6 什么是微電子學(xué)及相關(guān)概念 ?微系統(tǒng)電子學(xué)或微型電子學(xué) ?一門(mén)學(xué)科 ， 一門(mén)研究集成電路設(shè)計(jì) 、 制造 、 測(cè)試 、 封裝等全過(guò)程的學(xué)科 ?微電子學(xué)中的空間尺度通常是以微米 (?m, 1?m＝ 10－ 6m)和納米 (nm, 1nm = 109m)為單位的 。 ?核心是集成電路 2022年 5月 25日 7 集成電路 Integrated Circuit， 縮寫(xiě) IC 通過(guò)一系列特定的加工工藝，將晶體管、二極管等有源器件和電阻、電容等無(wú)源器件，按照一定的電路互連， “ 集成 ” 在一塊半導(dǎo)體單晶片（如硅或砷化鎵）上，封裝在一個(gè)外殼內(nèi)，執(zhí)行特定電路或系統(tǒng)功能 2022年 5月 25日 8 幾個(gè)概念 半導(dǎo)體： Semiconductor 內(nèi)涵及外延均與微電子類(lèi)似，是早期的叫法 芯片： chip 沒(méi)有封裝的集成電路，但通常也與集成電路混用，作為集成電路的又一個(gè)名稱(chēng) 集成系統(tǒng)芯片 SOC（ system on a chip） 微電子學(xué)和集成電路技術(shù)發(fā)展的產(chǎn)物，指在單芯片上實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)級(jí)的功能 2022年 5月 25日 9 集成度： 每塊集成電路芯片中包含的元器件數(shù)目。 幾個(gè)概念 2022年 5月 25日 10 集成電路分類(lèi) 結(jié)構(gòu)形式與器件結(jié)構(gòu)類(lèi)型 集成電路規(guī)模 電路功能 應(yīng)用領(lǐng)域 2022年 5月 25日 11 按結(jié)構(gòu)形式的分類(lèi) 單片集成電路 ： 它是指電路中所有的元器件都制作在同一塊半導(dǎo)體基片上的集成電路 混合集成電路 （二次集成 IC） 半導(dǎo)體芯片 (集成電路、晶體管等 )、片式無(wú)源元件 (電阻、電容、電感、電位器等 )集成在帶有互連金屬化層的絕緣基板(玻璃、陶瓷等 )，構(gòu)成更復(fù)雜的功能器件，封裝在管殼中，作為整體使用。 人類(lèi)進(jìn)入電子化時(shí)代，如：無(wú)線通訊、雷達(dá)、廣播電視等。 2022年 5月 25日 19 晶體管的發(fā)明 理論推動(dòng) 19世紀(jì)末 20世紀(jì)初發(fā)現(xiàn)半導(dǎo)體的三個(gè)重要物理效應(yīng) ?光電導(dǎo)效應(yīng) :當(dāng)光照射到某些 半導(dǎo)體材料 上后，光子與半導(dǎo)體內(nèi)的電子作用后，會(huì)形成載流子，載流子會(huì)使半導(dǎo)體的電導(dǎo)率增加，這種現(xiàn)象稱(chēng)為 光電導(dǎo)現(xiàn)象 。在阻擋層內(nèi)存在內(nèi)電場(chǎng) E，如果光照射在結(jié)附近，由光子激發(fā)而形成光生載流子，由于內(nèi)電場(chǎng)的作用，光生載流子的電子就會(huì)跑到 N區(qū)，而空穴就跑到 P區(qū)，這時(shí)在 PN結(jié)兩側(cè)就會(huì)出現(xiàn)附加電位差，這一現(xiàn)象稱(chēng)為 “ 光生伏特 ” 效應(yīng)。如果把電壓極性反過(guò)來(lái) ,它就不導(dǎo)電 ,這就是半導(dǎo)體的整流效應(yīng) , 需求牽引：二戰(zhàn)期間雷達(dá)等武器的需求 2022年 5月 25日 20 晶體管的發(fā)明 1946年 1月 ， Bell實(shí)驗(yàn)室正式成立半導(dǎo)體研究小組 , W. Schokley， J. Bardeen、 W. H. Brattain Bardeen 提 出 了 表 面 態(tài) 理 論 ， Schokley給出了實(shí)現(xiàn)放大器的基本設(shè)想 ， Brattain設(shè)計(jì)了實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證方案 。 NPN Ge晶體管 獲得 1956年 Nobel物理獎(jiǎng) 2022年 5月 25日 22 半導(dǎo)體