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集成电路和微电子学.doc

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上传者: 只想自私拥有妳_ 2017-09-19 评分 0 0 0 0 0 0 暂无简介 简介 举报

简介:本文档为《集成电路和微电子学doc》,可适用于工程科技领域,主题内容包含集成电路和微电子学姓名:朱传明 班级:过控 学号: 集成电路(IntegratedCircuit简称IC):一半导体单晶片作为基片采用平面工艺将晶体符等。

集成电路和微电子学姓名:朱传明 班级:过控 学号: 集成电路(IntegratedCircuit简称IC):一半导体单晶片作为基片采用平面工艺将晶体管、电阻、电容等元器件及其连线所构成的电路制作在基片上所构成的一个微型化的电路或系统。    微电子是研究电子在半导体和集成电路中的物理现象、物理规律病致力于这些物理现象、物理规律的应用包括器件物理、器件结构、材料制备、集成工艺、电路与系统设计、自动测试以及封装、组装等一系列的理论和技术问题。微电子学研究的对象除了集成电路以外还包括集成电子器件、集成超导器件等。集成电路的优点:体积小、重量轻功耗小、成本低速度快、可靠性高  微电子学是一门发展极为迅速的学科高集成度、低功耗、高性能、高可靠性是微电子学发展的方向衡量微电子技术进步的标志要在三个方面:一是缩小芯片器件结构的尺寸即缩小加工线条的宽度而是增加芯片中所包含的元器件的数量即扩大集成规模三是开拓有针对性的设计应用。      微电子技术的发展历史  年晶体管的发明到年前后已研究成功一这种组件为基础的混合组件年美国的杰克基尔比发明了第一个锗集成电路。年月基尔比所在的德州仪器公司宣布了第一个集成电路产品即多谐振荡器的诞生它可用作二进制计数器、移位寄存器。它包括个晶体管、个二极管、个电阻和个电容封装在英寸*英寸的管壳内厚度为英寸。这一发明具有划时代的意义它掀开了半导体科学与技术史上全新的篇章。年宣布发明了能实际应用的金属氧化物半导体场效应晶体管。年生产出晶体管晶体管逻辑电路和发射极耦合逻辑电路由于MOS电路在高度集成和功耗方面的优点年代微电子技术进入了MOS电路时代  随着集成密度日益提高集成电路正向集成系统发展电路的设计也日益复杂、费事和昂贵。实际上如果没有计算机的辅助较复杂的大规模集成电路的设计是不可能的。                               微电子发展状态与趋势微电子也就是集成电路它是电子信息科学与技术的一门前沿学科。中国科学院王阳元院士曾经这样评价:微电子是最能体现知识经济特征的典型产品之一。在世界上美国把微电子视为他们的战略性产业日本则把它摆到了“电子立国”的高度。可以毫不夸张地说微电子技术是当今信息社会和时代的核心竞争力。 我国集成电路设计企业现已形成了近百家的产业规模其中具备一定设计规模的单位有多家留学海外学有所成回国创业的海外学子已成为CAD行业的一支重要力量。除独资设计公司外国有集成电路设计公司年的总销售额超过了亿元其中北京华大、北京大唐微电子、杭州士兰公司和无锡矽科家设计公司的销售额超过了亿元。目前国内每年设计的集成电路品种超过种大部分设计公司的技术水平在~微米之间最高设计水平可达微米。中国主要的高科技城市一直盯着集成电路(IC)设计产业。如果说在年和年他们争夺的是台湾芯片加工服务厂(foundry)的英寸芯片生产线西移项目的话(当然这种竞争至今仍在继续)。那么从年下半年至今他们争夺的则是国家科技部的青睐科技部手里捏着一顶名叫“国家级集成电路设计产业化基地”的桂冠谁获发一顶受益无穷。目前我国集成电路产业已具备了一定的发展基础初步形成了由个芯片生产骨干企业十几家封装厂、几十家设计公司、若干个关键材料及专用设备仪器制造厂组成的产业群体并初步形成了电路设计、芯片制造和电路封装三业并举的局面。中国半导体产业发展从产业热土的长江三角洲到市场繁华的珠江三角洲从长于研发的北方到人才集聚的西部有人把这种产业布局比喻是一只正在起飞的娇燕。其中长江三角洲是燕头京津环渤海湾地区和珠江三角洲是双翅而西部是燕尾。中国的IC产业正是以这种燕子阵形的区域格局向前推进。现在我国微电子发展的主要特点是:()在技术创新上已取得新的突破()产业结构不断优化()企业规模不断扩大技术水平迅速提高。发展趋势自从IC诞生以来IC芯片的发展基本上遵循了Intel公司创始人之一的GordonEMoore年预言的摩尔定律。该定律说:芯片上可容纳的晶体管数目每个月便可增加一倍即芯片集成度个月翻一番这视为引导半导体技术前进的经验法则。换句话说工艺技术的进展对IC集成度的提高起到乘积的效果使得每个芯片可以集成的晶体管数急剧增加其CAGR累计平均增长率达到每年即三年四番(=)。第一将以硅基CMOS电路为主流工艺。微电子技术发展的目标是不断地提高集团系统的性能及性价比因此要求提高芯片的集成度这是不断缩小半导体器件特征尺寸的动源泉。以MOS技术为例沟道长度缩小可以提高集成电路的速度同时缩小沟道长度和宽度还可以减少四件尺寸提高集成度从而在芯片上集成更多数目的晶体管将结构更加复杂、性能更加完善的电子系统集成在一个芯片上。另外随着集成度的提高系统的速度和可靠性也大大提高价格大幅度下降。由于片内信息的延迟远小于芯片间的信号延迟这样在缩小后即使器件本身的性能没有提高整个集成系统的性能也会得到很大提高。也就是说21世纪前半叶微电子产业仍将以尺寸不断缩小的硅基CMOS工艺技术为主流。 第二集成系统是本世纪初微电子技术发展的重点。迄今为止微电子芯片一直是以成电路(IC)为基础进行的然后再利用这些IC芯片通过印刷电路板等技术实现完整的统。而信息系统的发展趋势是高速度、低功耗、低电压和多媒体、网络化、移动化这就要求系统能够快速地处理各种复杂的智能问题。而在传统的信息系统中尽管IC芯片的速度可以很高、功耗可以很小但由于印刷电路板中IC芯片之间的延时、印刷电路板的可靠性以及重量等因素的限制使整个系统集成在一个或几个芯片上从而构成系统芯片的集成系统概念。同时飞速发展的集成电路技术已经可以在一个芯片上集成高达10的八次方-10的九次方个晶体管21世纪的微电子技术将从目前的3G逐步发展到3T(即存储容量由G位发展到T位、集成电路器件的速度有GHZ发展到THZ、数据传输速度由GBPS发展到TBPS)从而为集成系统的快速发展奠定基础。微电子技术从IC向IS转变不仅是一种概念上的突破同时也是信息技术发展的必然结果它必将导致又一次以微电子技术为基础的信息技术革命。目前IS技术已经绽露头角21世纪将是其真正快速发展的时期。在21世纪将在较长时间内依托018um015um的工艺技术进行一场集成系统的革命。 第三微电子与其他学科的结合诞生新的技术增长点。微电子技术的强大生命力在于它可以低成本、大批量地生产出具有高可靠性和高精度的微电子机构模块。这种技术一旦与它学科相结合便会诞生出一系列崭新的学科和重大的经济增长点与微电子技术结合成功突出例子便是MOEMS(微光机电系统)技术和DNA生物芯片等。前者是微电子技术与机械、光学等领域结合而诞生的后者则是与生物技术结合的产物。(微电子技术对现代人类生活的影响极大自从年第一个晶体管问世以来微电子技术发展速猛。Intel公司的创始人之一Moore在上个世纪年研究指出晶成电路上集成的晶体管数量每个月将增加一倍性能将提高一倍而价格却不相应的增加这就是所谓的摩尔定律(MooresLaw)。根据美国半导体工业协会预测至少到年集成电路(IC)线宽依然按“摩尔定律”缩小下去年可以达到nm的技术水平。根据发表的大量资料可知在年以后的十几年芯片的特征尺寸将继续缩小。微电子技术新的发展及应用方向是系统芯片(SOC)它的发展时间可能会更长。所谓的系统芯片是随着微电子工艺向纳米级迁移和设计复杂度增加。  微电子技术的迅猛发展必将带来又一次技术和人才的革命性变革。微电子产品将如同细胞组成人体一样成为现代工农业、国防装备和家庭耐用消费品的细胞改变着社会的生产方式和人们的生活方式。微电子技术不仅成为现代产业和科学技术的基础而且正在创造着代表信息时代的硅文化。人类继石器、青铜器、铁器时代之后正进入硅石时代。微电子技术的发展特点超高速:从年TI研制出第一个集成电路触发器算起到年Inter推出的奔腾处理器(包含万个晶体管)和MbDRAM(包含超过亿个晶体管)集成电路年平均增长率达到辐射面广:集成电路的快速发展极大地影响了社会的方方面面因此微电子技术产业被列为支柱产业。三、微电子技术的应用与发展微电子技术对现代人类生活的影响极大自从年第一个晶体管问世以来微电子技术发展速猛。Intel公司的创始人之一Moore在上个世纪年研究指出集成电路上集成的晶体管数量每个月将增加一倍性能将提高一倍而价格却不相应的增加这就是所谓的摩尔定律。根据美国半导体工业协会预测至少到年集成电路(IC)线宽依然按“摩尔定律”缩小下去年可以达到nm的技术水平。根据发表的大量资料可知在年以后的十几年芯片的特征尺寸将继续缩小。微电子技术新的发展及应用方向是系统芯片(SOC)它的发展时间可能会更长所谓的系统芯片是随着微电子工艺向纳米级迁移和设计复杂度增加一种新的产品把系统做在了芯片上该芯片被称为系统芯片。系统芯片将逐渐取代微处理器SOC必将成为今后微电子技术发展新宠之一。另外微电子技术还会与其它技术相融合诞生一系列新的经济和技术增长点例如MEMS技术和生物芯片等。一、微电子的集成技术微电子器件的特征尺寸缩小将持继下去。目前建立在以Si基材料为基础、CMOS器件为主流的半导体集成电路技术其主流产品的特征尺寸已缩小到~m。硅基技术的高度成熟硅基CMOS芯片应用的日益扩大硅平面的加工工艺技术作为高新技术基础的高新加工技术也将持继下去。据国际权威机构预测到年微电子芯片加工技术将达到mm硅片、nm特征尺寸到年器件的最小特征尺寸应在nm。然而硅基CMOS的发展和任何事物一样都有其产生、发展、成熟、衰亡的过程不可能按摩尔定律揭示的规律长期的发展下去。随着特征尺寸的缩小将达到器件结构的诸多物理限制。当代各种集成电路发展状况越来越接近物理限制。采用新材料的非经典CMOS必将发展起来高K材料和新型的栅电极采用非经典的FET器件结构采用新工艺技术等。在非经典CMOS迫切需要解决的问题中功耗是一个最严峻的问题能否圆满解决这一问题将是制约发展非经典CMOS发展的一个重要因素。由芯片发展到系统芯片(SOC)是改善芯片集成技术的新举措。微电子器件的特征尺寸难于按摩尔定律无限的缩小下去在芯片上增加集成器件是集成技术发展的另一方向。与当年从分立晶体管到集成芯片一样系统芯片将是微电子技术领域中又一场新的革命。微机电系统制造(MicroElectroMechanicalsystemsMEMS)是微电子发展的另一方向它的目标是把信息获取、处理和执行一体化地集成在一起使其成为真正的系统也可以说是更广泛的SOC概念。MEMS不仅为传统的机械尺寸领域打开了新的大门也真正实现了机电一体化。因此它被认为是微电子技术的又一次革命对世纪的科学技术、生产方式、人类生活都有深远影响。微机电系统(MEMS)技术是建立在微米纳米技术基础上的世纪前沿技术是指对微米纳米材料进行设计、加工、制造、测量和控制的技术。它可将机械构件、光学系统、驱动部件、电控系统集成为一个整体单元的微型系统。这种微机电系统不仅能够采集、处理与发送信息或指令还能够按照所获取的信息自主地或根据外部的指令进行操作。它用微电子技术和微加工技术(包括硅体微加工、硅表面微加工、LIGA和晶片键合等技术)相结合的制造工艺制造出各种性能优异、价格低廉、微型化的传感器、执行器、驱动器和微系统。微机电系统(MEMS)是近年来发展起来的一种新型多学科交叉的技术该技术将对未来人类生活产生极大性影响。它涉及机械、电子、化学、物理、光学、生物、材料等多学科。微机电系统(MEMS)的研究已取得很多成果。在微传感器方面利用物质的各种特性研制出了各种微型传感器在微执生器方面有微型马达、微阀、微泵及各种专用微型机械已组成微化学系统和DNA反应室。此外还有其它很多方面的应用。微机电系统(MEMS)的制造是从专用集成电路(ASIC)技术发展过来的如同ASIC技术那样可以用微电子工艺技术的方法批量制造。但比ASIC制造更加复杂这是由于微机电系统(MEMS)的制造采用了诸如生物或者化学活化剂之类的特殊材料是一种高水平的微米纳米技术。微米制造技术包括对微米材料的加工和制造。纳米制造技术和工艺除了包括微米制造的一些技术(如离子束光刻等)与工艺外还包括利用材料的本质特性而对材料进行分子和原子量级的加工与排列技术和工艺等。随着信息时代发展需要后硅时代的将来还无法预料但微电子方面的科学工作者普遍期望基于分子结构新方案和工作原理的发展在基础研究方面已有分子电子的设想但还不能估计其技术可转换性。有机微电子技术、超导微电子技术、纳米电子技术等都将是微电子领域新的亮点。如今微电子技术的应用越来越广泛不仅在日常生活而且在军工科学研究等方面也有很深入的应用。然而我国的微电子产业还处于发展阶段国内的产品主要依赖进口。作为微电子专业的大学生我们有责任也有义务为我国的微电子产业的发展做出应有的贡献让其成为我国又一大世界先进的产业。在我国电子信息产业已成为国民经济的支柱性产业作为支撑信息产业的微电子技术近年来在我国出现、崛起并以突飞猛进的速度发展起来。微电子技术已成为衡量一个国家科学技术进步和综合国力的重要标志。

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