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1、Fundamentals of Integrated Circuit Design,刘洪山 副研究员 Email: H Phone: 136 1028 0281,集成电路设计基础,1.1 集成电路的印象,1.1 集成电路的印象,规划指出调整和振兴的主要任务： （1）巩固提升优势骨干产业，重点发展通信、家用视听、电子元器件和计算机等优势骨干产业； （2）着力突破高端核心产业，掌握关键核心技术，推动新型显示器件、集成电路、软件产业成为我省信息产业的核心产业和支柱产业； （3）大力发展新兴战略产业，以应用带动半导体照明、薄膜太阳能光伏以及现代信息服务业发展，培育新的经济增长点，实现与国际同步发展。,
2、1.1 集成电路的印象,摘自广东省电子信息产业调整和振兴规划(2009-2011年),信息技术的领域,基础： 软件、微电子与光电子,关键技术：微电子与光电子、软件、计算机和通信,信息获取,信息处理,信息传输、交换,信息存储,信息的随动执行和应用,核心和基础 微电子,1.1 集成电路的印象,1.1 集成电路的印象,An integrated circuit (also known as IC) is a miniaturized electronic circuit (consisting mainly of semiconductor devices, as well as passive c
3、omponents) that has been manufactured in the surface of a thin substrate of semiconductor material. Microelectronics is a subfield of electronics. It is related to the study and manufacture, or microfabrication, of electronic components which are very small (usually micrometre-scale or smaller, but
4、not always). These devices are made from semiconductors.,1.2 集成电路的基本概念,半导体工业被称为现代工业的“吐金机”,半导体是一种使其他所有工业黯然失色，又使其他工业得以繁荣发展的技术。 美国半导体工业是美国经济的倍增器（美，1998）,1.2 集成电路的基本概念,1.2 集成电路的基本概念,1.2 集成电路的基本概念,1.2 集成电路的基本概念,12”晶圆,晶圆（Wafer）是指硅半导体集成电路制作所用的硅晶片，由于其形状为圆形，故称为晶圆。晶圆是制造IC的基本原料 。,1.2 集成电路的基本概念,1.2 集成电路的基本概念,在一
5、块半径为R的圆形晶圆片上制造面积为A的方形芯片的晶圆面积利用率为：,晶片直径越大，晶片利用率越高，制造成本下降,1.2 集成电路的基本概念,1.2 集成电路的基本概念,1.2 集成电路的基本概念,具有独立的电路功能； 是一个独立的物理器件； 具有独立的外特性,IC的技术特点,1.2 集成电路的基本概念,易于使用（简化电子系统设计） 性能良好（提高了电路性能） 参数稳定；,IC的应用特点,体积小质量轻； 高速度； 低功耗； 高可靠性； 电子整机低成本； 电子产品设计周期短,1.2 集成电路的基本概念,集成电路的突出优点,1.3 集成电路的分类,1.3 集成电路的分类,集成度：一块集成电路芯片中所
6、包含的元器件数目,1.3 集成电路的分类,1.3 集成电路的分类,1.4 集成电路技术的发展,Braun invents the solid-state rectifier. DeForest invents triode vacuum tube. 1907-1927 First radio circuits de-veloped from diodes and triodes. 1925Lilienfeld field-effect device patent filed. Bardeen and Brattain at Bell Laboratories invent bipolar tr
7、ansistors. Commercial bipolar transistor production at Texas Instruments. Bardeen, Brattain, and Shockley receive Nobel prize.,Integrated circuit developed by Kilby and Noyce First commercial IC from Fairchild Semiconductor IEEE formed from merger or IRE and AIEE First commercial IC opamp One transi
8、stor DRAM cell invented by Dennard at IBM. 4004 Intel microprocessor introduced. First commercial 1-kilobit memory. 19748080 microprocessor introduced. Megabit memory chip introduced. 2000Alferov, Kilby, and Kromer share Nobel prize,电子元件技术的Milestones,1.4 集成电路技术的发展,1.4 集成电路技术的发展,真空电子管： 在这个阶段产生了广播、电视、
9、无线电通信、仪器仪表、自动化技术和第一代电子计算机,1947年12月23日，W. Schokley领导的贝尔实验室设计研制出第一个NPN型Ge晶体管，肖克莱与布拉顿、巴丁共同获得1956年Nobel物理奖。,1.4 集成电路技术的发展,1.4 集成电路技术的发展,何谓晶体管？,1958年美国德州仪器公司技术专家杰克基尔比（Kilby）发明第一块集成电路，12个器件，Ge晶片；2000年获得诺贝尔物理学奖。,1.4 集成电路技术的发展,第一块集成电路,1.4 集成电路技术的发展,所谓平面工艺（ The planar process ），就是利用光刻和掩蔽掺杂技术在半导体晶片的表面层制作二极管或晶
10、体管等器件，使其所有电极皆由其表面引出，因而容易在同一块晶片上制作许多不同的器件，然后再用光刻技术将金属膜制成互连线，将这些器件联结成一个电路，即集成电路。,美国仙童半导体公司“八叛逆”,1.4 集成电路技术的发展,1.4 集成电路技术的发展,1971年，第一片单片微处理器,1.4 集成电路技术的发展,微电子技术发展的规律,摩尔定律：集成电路芯片的集成度每三年提高4倍（18个月翻一番），而加工特征尺寸缩小 倍。,1.4 集成电路技术的发展,1.4 集成电路技术的发展,英特尔2010年5月发布新32核服务器芯片，代号为“Knights Ferry”，采用22纳米工艺制造。是英特尔迄今为止发布的速
11、度最快的处理器，提供每秒5000亿次浮点运算的性能。 速度达1.2GHz。这些处理器将在2011年用于笔记本电脑和服务器。,1.4 集成电路技术的发展,1.4 集成电路技术的发展,More than Moore (MtM) explores a new area of micro/nanoelectronics, which reaches beyond the boundaries of conventional semiconductor technologies and applications. Creating and integrating various non-digital
12、functionality to semiconductor products, MtM focuses on creating high value micro/nanoelectronics systems, motivating new technological possibilities and unlimited application potential.,1.4 集成电路技术的发展,1.4 集成电路技术的发展,1.4 集成电路技术的发展,1.4 集成电路技术的发展,特征尺寸继续等比例缩小； 晶圆尺寸向300mm以上大小发展； 铜导线技术广泛应用，新材料和新型器件不断涌现； 集成
13、电路(IC)将发展成为系统芯片(SOC)； 微电子技术与其它学科相结合，诞生出一系列崭新的学科和重大的经济增长点： MEMS(微机电系统)：微电子技术与机械、光学等领域结合而诞生的 生物芯片：微电子技术与生物工程技术结合的产物。,集成电路的发展方向,1.4 集成电路技术的发展,系统知识 计算机/通信/信息/控制学科 电路知识 更多的知识、技术和经验 工具知识 任务和内容相应的软件工具 工艺知识 元器件的特性和模型/工艺原理和过程,集成电路的知识范围,1.5 课程安排,1.5 课程安排,集成电路系统设计基础是弱电类专业必修的专业技术课，主要培养学生对IC的历史、现状、未来等有一个整体的了解，对半导体物理、器件物理、集成电路工艺等有比较明确的概念。为集成电路和半导体器件设计、制造打下坚实的理论基础。,王志功等编，集成电路设计，电子工业出版社； 谢君堂等编，微电子技术应用基础， 北京理工大学出版社 ； 水野文夫等编，图解半导体基础，科学出版社； S. M. Sze wiley编,Physics of Semiconductor Devices，New York ，1981 国际半导体 Semicon网站,主要参考资料,The End,
