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1、项目名称： 集成电路基础知识,常州信息职业技术学院 张红,能力目标,学习内容,任务一、集成电路的历史回顾与发展分析,集成电路的定义,通过一系列特定的加工工艺，将晶体管、二极管等 有源器件和电阻、电容等无源器件，按照一定的电路 互连，“集成”在一块半导体单晶片（如硅或砷化镓）上， 封装在一个外壳内，执行特定电路或系统功能。,图0-1 封装好的IC,任务1.1 集成电路的历史回顾,1947年，美国贝尔实验室的William B. Shockley （肖克莱），Walter H. Brattain（波拉坦）和 John Bardeen（巴丁）发明了晶体管，他们为此 获得了1956年的诺贝尔物理学奖。
2、,图0-2 点接触型晶体管, 1950年，成功研制出结型晶体管。, 1952年，英国皇家雷达研究所的达默 （G. W.A. Dummer）在美国工程师协会举办的 座谈会上发表的论文中第一次提出“集成电路”的设想。,1958年，以德克萨斯仪器公司的科学家基比尔 （Jack Kilby）为首的研究小组研制出了世界 第一块集成电路。,1960年，成功制造了第一块MOS集成电路。,图0-3 Jack Kilby发明的世界上第一块集成电路,任务1.2 集成电路的发展趋势分析,摩尔定律 集成电路最小特征尺寸以每三年减小70%的速度下降，集成度每一年翻一番； 价格每两年下降一半； 这种规律在30年内是正确的
3、（从1965年开始）。,集成电路的发展具体的有以下几个方面的趋势： 1）集成电路的特征尺寸向深亚微米发展 2）晶圆的尺寸增加，当前的主流晶圆的尺寸为8英寸、12英寸 3）集成电路的规模不断提高，CPU已经超过上亿个晶体管了 4) 集成电路的速度不断提高 5）集成电路复杂度不断提高，已经发展成SoC,6）模数混合集成向电路设计工程师提出挑战 7）由于集成电路器件制造能力按每3年翻两番，即每年58%的速度提升，而电路设计能力每年只能以21%的速度提升，电路设计能力落后于器件制造能力，且其鸿沟（gap）呈现越来越宽的趋势 8) 集成电路产业连续几十年的高速增长和巨额利润导致世界范围内集成电路生产线的
4、大量建设，目前已出现过剩局面,9）工艺线投资的高成本和设计能力的普遍落后，导致多数工艺线走向代工（代客户加工，Foundry）的经营道路 10）电路设计、工艺制造、封装的分立运行为发展无线生产线（Fabless）和无芯片（Chipless）集成电路设计提供了条件，为微电子领域发展提供了条件,代工工艺,国内近几年建立的Foundry（代工）厂家和转向 为代工的厂家包括：无锡上华、上海先进半导体公司、 首钢NEC、上海华虹NEC、上海中芯国际、台积电、 联华等。国外的有X-FAB、Tower Semiconductor、 Agilent等。,任务2. 1按结构形式的分类 单片集成电路,任务二、集成
5、电路的分类分析,它是指电路中所有的元器件都制作在同一块半导体 基片上的集成电路。这是最常见的一种集成电路， 通常，在不加任何修饰词的情况下提到的集成电路 就是指这类集成电路。在半导体集成电路中最常用的 半导体材料是硅，除此之外，还有GaAs等半导体材料。,混合集成电路,它是指将多个半导体集成电路芯片或半导体集成 电路芯片与各种分立元器件通过一定的工艺进行二次 集成，构成一个完整的、更复杂的功能器件，该功能 器件最后被封装在一个管壳中，作为一个整体使用。 因此，有时也称混合集成电路为二次集成IC。,任务2. 2按电路功能分类,数字集成电路（Digital IC）,它是处理数字信号的集成电路，即采
6、用二进制方式进行数字 计算和逻辑函数运算的一类集成电路。,模拟集成电路（Analog IC）,模拟集成电路主要是指由电容、电阻、晶体管等组成的模拟 电路集成在一起用来处理模拟信号（连续变化的信号） 的集成电路。,模数混合集成电路（Analog-Digital IC）,既包含数字电路，又包含模拟电路的新型电路， 这种电路通常称为模数混合集成电路。,任务2. 2按集成电路的规模分类,小规模集成电路（SSI）,中规模集成电路（MSI）,大规模集成电路（LSI）,超大规模集成电路（VLSI）,甚大规模集成电路（ULSI）,极大规模集成电路（Super Large Scale Integration）,
7、任务2. 3 按器件结构类型分类,双极集成电路,采用的有源器件是双极晶体管。 特点是速度高、驱动能力强，缺点是功耗比较大、 集成度相对较低。 分为npn和pnp型双极电路。,金属-氧化物-半导体（MOS）集成电路,所用的晶体管为MOS晶体管。 分为nMOS、pMOS和CMOS（互补MOS）集成电路。,与双极型集成电路相比，MOSIC具有以下优点：,制造结构简单，隔离方便。 电路尺寸小、功耗低适于高密度集成。 MOS管为双向器件，设计灵活性高。 具有动态工作独特的能力。 温度特性好。其缺点是速度较低、驱动能力较弱。,一般认为MOS集成电路功耗低、集成度高，宜用作数字集成电路； 双极型集成电路则适
8、用作高速数字和模拟电路。,双极-MOS（BiMOS）、双极-CMOS（BiCMOS） 集成电路,同时包括双极和MOS晶体管的集成电路为BiMOS 集成电路。双极-CMOS集成电路(BiCMOS)由双极型 门电路和互补金属-氧化物-半导体（CMOS）门电路 构成的集成电路。,目前集成电路的主流技术仍然是CMOS技术。,任务2. 4 按生产目的的不同分类,通用集成电路 专用集成电路 可编程器件,任务2. 5 按实现方法不同分类,全定制集成电路 半定制集成电路,任务2. 4 按生产目的的不同分类,民用、工业投资、军用、航空/航天用等集成电路,任务三、集成电路设计方法分析,集成电路产品的完成由两方面配
9、合而成，一方面是设计一方， 另一方面是制造一方。设计者和制作者共同努力，促使集成电路 不断进步。设计方的任务是根据系统的指标要求，首先进行系统 设计、逻辑设计和电路设计；证实功能和性能正确无误后，进行 版图设计。版图设计完成后，要进行参数提取，然后仿真，最后 形成一个可供制造方作为制造依据的PG文件。制造方依据设计方 的设计文件，进行精细加工、芯片制造、测试、压焊封装等工序， 最终形成产品。,任务四、常用EDA软件分析,Cadence; Synopsys; Mentor Graphics; Avant。 以上EDA工具以工作站为主。 微机版EDA软件还有Innoveda、Tanner、九天等。
10、,任务五、集成电路设计相关的期刊和学术会议分析,国内与集成电路设计相关的期刊有：,（1）电子学报 （2）电路与系统学报 （3）半导体学报 （4）半导体光电 （5）中国集成电路 （6）微电子技术 （7）半导体技术 （8）微电子学 （9）China Journal of Electronics （10）China Journal of Semiconductors，等等。,国外与集成电路设计相关的期刊有：,（1）IEEE Journal of Solid-State Circuits （2）IEE Electronics Letters （3）IEEE Transactions on VLSI S
11、ystems （4）IEEE Transactions on Circuits and Systems （5）Microelectronic Engineering （6）Microelectronic Journal （7）Microprocessors and Microsystems （8）Microelectronics international （9）Solid-state electronics （10）The International Solid-State Circuits Conference （ISSCC) （11）Microsystem technologies，等等
12、,与集成电路设计相关的国内年会有：,（1）中国集成电路设计年会 （2）中国电子学会电路与系统学会年会 （3）中国国际半导体技术研讨会,与集成电路设计相关的国际会议有：,（1）European Solid-state Circuit Conference (ESSCIRC), 会议地点：欧洲 （2）Symposium on VLSI Circuits, 会议地点：美国 （3）IEEE, Symposium on VLSI Circuit, 会议地点： 美国夏威夷/日本东京 （4）IEEE, Conference on Custom Integrated Circuits (CCIC), 会议地点
13、：美国硅谷的圣约瑟(San Jose) （5）IEEE, GaAs IC Symposium, 会议地点：美国 （6）IEEE, International Solid-state Circuits Conference （ISSCC）会议地点：美国旧金山（San Francisco）,思考题,1. 按规模划分，集成电路的发展已经经历了哪几代？它的 发展遵循了一条业界著名的定律，请说出是什么定律， 其具体内容是什么？ 2. 双极集成电路和MOS集成电路各有何特点？ 3. 集成电路按规模不同，可分为几大类？ 4. 集成电路设计与制造的主要流程是什么？ 5. 给出一份集成电路产业的调研报告。,Thank You !,
