晶体管集成电路比较
集成电路的工作原理
集成电路的工作原理集成电路是现代电子技术的重要组成部分，它的出现使得电子设备变得更加小型化、高效化和可靠化。
本文将详细介绍集成电路的工作原理，从晶体管、逻辑门到集成电路的制造过程等方面进行探讨。
1. 晶体管的基本原理晶体管是集成电路的基本单元，其基本原理是利用半导体材料的特性来实现信号放大和开关控制。
在晶体管中，一般由两个PN结构组成：N型半导体和P型半导体。
当控制端施加适当电压时，PN结的导电性发生变化，使得电流可以通过或被阻断。
2. 逻辑门的构成和功能逻辑门是由晶体管组成的电路，用于处理数字信号。
常见的逻辑门有与门、或门、非门等。
以与门为例，当输入端1和输入端2同时为高电平时，输出端才为高电平；否则输出端为低电平。
逻辑门的功能是根据输入信号的逻辑条件，产生相应的输出信号。
3. 集成电路的分类和特点集成电路可分为模拟集成电路和数字集成电路。
模拟集成电路主要用于信号的放大和处理，数字集成电路用于处理离散的二进制信号。
集成电路的特点包括体积小、功耗低、性能稳定和可靠性高等，这使得它在电子产品中得到广泛应用。
4. 集成电路的制造过程集成电路的制造过程主要包括晶圆制备、光刻、扩散、腐蚀和封装等环节。
首先，通过化学物质对硅晶片进行处理，形成所需的零件结构。
然后，利用光刻技术将图形投射到硅片上，并进行刻蚀。
接着，通过扩散和腐蚀等工艺步骤，形成晶体管和逻辑电路等功能。
最后，将集成电路封装到外壳中，以便安装和连接。
5. 集成电路的应用领域集成电路广泛应用于计算机、通信、消费电子、汽车电子和医疗器械等领域。
在计算机领域，中央处理器和内存芯片等都是基于集成电路技术的。
在通信领域，手机和网络设备等都需要借助集成电路来实现信号处理和通信功能。
总结：集成电路是利用晶体管和逻辑门构成的电路，通过制造工艺将它们集成到一个小的芯片上。
它的工作原理基于晶体管的特性和逻辑门的功能，实现信号的放大、处理和控制。
集成电路具有体积小、功耗低、性能稳定和可靠性高等特点，广泛应用于各个领域。
集成电路的种类与用途全解
集成电路的种类与用途作者：陈建新在电子行业，集成电路的应用非常广泛,每年都有许许多多通用或专用的集成电路被研发与生产出来,本文将对集成电路的知识作一全面的阐述.一、集成电路的种类集成电路的种类很多，按其功能不同可分为模拟集成电路和数字集成电路两大类。
前者用来产生、放大和处理各种模拟电信号；后者则用来产生、放大和处理各种数字电信号。
所谓模拟信号,是指幅度随时间连续变化的信号。
例如，人对着话筒讲话，话筒输出的音频电信号就是模拟信号，收音机、收录机、音响设备及电视机中接收、放大的音频信号、电视信号，也是模拟信号.所谓数字信号，是指在时间上和幅度上离散取值的信号，例如，电报电码信号，按一下电键，产生一个电信号，而产生的电信号是不连续的.这种不连续的电信号，一般叫做电脉冲或脉冲信号，计算机中运行的信号是脉冲信号,但这些脉冲信号均代表着确切的数字，因而又叫做数字信号。
在电子技术中，通常又把模拟信号以外的非连续变化的信号，统称为数字信号。
目前，在家电维修中或一般性电子制作中,所遇到的主要是模拟信号；那么,接触最多的将是模拟集成电路。
集成电路按其制作工艺不同，可分为半导体集成电路、膜集成电路和混合集成电路三类。
半导体集成电路是采用半导体工艺技术，在硅基片上制作包括电阻、电容、三极管、二极管等元器件并具有某种电路功能的集成电路；膜集成电路是在玻璃或陶瓷片等绝缘物体上,以“膜”的形式制作电阻、电容等无源器件。
无源元件的数值范围可以作得很宽，精度可以作得很高.但目前的技术水平尚无法用“膜”的形式制作晶体二极管、三极管等有源器件，因而使膜集成电路的应用范围受到很大的限制。
在实际应用中,多半是在无源膜电路上外加半导体集成电路或分立元件的二极管、三极管等有源器件，使之构成一个整体，这便是混合集成电路。
根据膜的厚薄不同，膜集成电路又分为厚膜集成电路(膜厚为1μm~10μm)和薄膜集成电路（膜厚为1μm以下）两种。
在家电维修和一般性电子制作过程中遇到的主要是半导体集成电路、厚膜电路及少量的混合集成电路。
1模拟电子技术基础简明教程(第三版)杨素行_PPT课件_第一章1
又称正向偏置，简称正偏。
P
空间电荷区
空间电荷区变窄，有利 于扩散运动，电路中有 较大的正向电流。
N
I 内电场方向
外电场方向
V
R
图3 正向偏置PN结
在 PN 结加上一个很小的正向电压，即可得到较大的 正向电流，为防止电流过大，可接入电阻 R。
（2） PN 结外加反向电压(反偏) 反向接法时，外电场与内电场的方向一致，增强了内 电场的作用；
模拟电子技术基础
一、电子技术的发展
• 1947年 • 1958年 • 1969年 • 1975年
贝尔实验室制成第一只晶体管 集成电路 大规模集成电路 超大规模集成电路
第一片集成电路只有4个晶体管，而1997年一片集成电路 中有40亿个晶体管。有科学家预测，集成度还将按10倍/6年 的速度增长，到2015或2020年达到饱和。
3. 本征半导体中自由电子和空穴的浓度相等。
4. 载流子的浓度与温度密切相关，它随着温度 的升高，基本按指数规律增加。
三、杂质半导体
杂质半导体有两种 1、 N 型半导体
N 型半导体 P 型半导体
在硅或锗的晶体中掺入少量的 5 价杂质元素， 如磷、锑、砷等，即构成 N 型半导体(或称电子 型半导体)。
学习电子技术方面的课程需时刻关注电子技术的发展！
电子技术的发展很大程度上反映在元器件的发展 上。从电子管→半导体管→集成电路
1904年 电子管问世
1947年 晶体管诞生
1958年集成电 路研制成功
电子管、晶体管、集成电路比较
值得纪念的几位科学家！
第一只晶体管的发明者
（by John Bardeen , William Schockley and Walter Brattain in Bell Lab）
集成电路版图设计基础场效应晶体管讲解
1. 电学SOA
功率晶体管的电学SOA 源于碰撞电离。背栅去偏置 效应。背栅去偏置超过了源区衬偏电压，源向衬底 注入少子。
2. 热电SOA
MOS 结构中固有寄生双极型晶体管具有和任何其他 双极型晶体管一样的缺点，尤其是会出现热击穿。 在约1ms 的延迟后，聚集的电流就会将雪崩MOS 管 烧毁，这种机制叫做热电SOA。漏区-背栅结温度较 高的部分传导较大的电流，使电流积聚到一个热点。
！！Guard Ring 必须封闭
应该采用后者
噪声抑制——屏蔽
M3
M2
Signal
M1
Coaxial Shielding
via2 M2 via1
GND
！如果需要shielding结构，请电路设计者事先告知 ！！绕线时，先走Shielding结构，再绕其他线
噪声抑制——差分结构
Differential Signal
噪声抑制——去耦
Stacked Power Rails
M3
GND
小电容
M2
VDD
M1
GND
层叠电源线和地线，会形成许多小电容 对于高频噪声的泄放很有用
在做cell ring时，除非工艺方有特定要 求，往往都做成电源线与地线层叠的形式：
方便ESD走线 增大寄生电容。
噪声抑制——电源
PAD
Individual Power Rail
器件的个数是否和原理图一至(有并联的管子时注意)；各器件的尺寸是否和原 理图一致。一般在拿到原理图之后，会对布局有大概的规划，先画器件，(器 件之间不必用最小间距,根据经验考虑连线空间留出空隙)再连线。对每个器件 的各端从什么方向,什么位置与其他物体连线必须先有考虑
集成电路科学与工程导论 第三章 集成电路晶体管器件
发展趋势-摩尔定律
「按比例缩小定律」（英文：Scaling down）“比例缩小”是指，在电场 强度和电流密度保持不变的前提下，如果MOS-FET的面积和电压缩小到 1/2，那么晶体管的延迟时间将缩短为原来的1/2，功耗降低为原来的1/2。 晶体管的面积一般为栅长(L)乘以栅宽(W)，即尺寸缩小为原来的0.7倍：
仅变得越来越小，在器件结构和材料体系上也经过了多次重大变革
集成电路器件发展趋势
国际半导体技术蓝图（International Technology Roadmap for Semiconductors，ITRS）
目录
一．晶体管器件概述 二．金属-氧化物-半导体场效应晶
体管技术 三．绝缘体上晶体管技术 四．三维晶体管技术 五．其他类型晶体管器件
环栅场效应晶体管
「环栅场效应晶体管」（英文：GAAFET） 技术的特点是实现了栅极对沟道的四面包 裹，源极和漏极不再和基底接触，而是利 用线状或者片状（平板状）的多个源极和 漏极垂直于栅极横向放置，实现MOSFET 的基本结构和功能
栅极G
栅极G
硅
硅 (a)
纳米线
硅 (b)
纳米片
平面型 垂直型
互补场效应管
栅极G
n+
e-
n+
p-衬底 (a)
栅极G
n+
e-
n+
氧化物埋层（BOX）
p-衬底 (b)
优势：氧化物埋层降低了源极和漏极之间的寄生电容，大幅降低了会影响器件 性能的漏电流；具有背面偏置能力和极好的晶体管匹配特性，没有闩锁效应， 对外部辐射不敏感，还具有非常高的晶体管本征工作速度等；
挑战：存在一定的负面浮体效应；二氧化硅的热传导率远远低于硅的热传导率 使它成为一个天然“热障” ，引起自加热效应；成本高昂。
TTL电路与CMOS电路的区别
单片机使用的是TTL电路，请记住，单片机上电和复位所有的引脚输出的都是高平，这一点请注意，所以根据发光二极管的导通特性，如果一端接5V电平，那么要让P2。
0口输出低电压才能发光，如果是接地，那么一上电，发光二极管就会亮，两种接法的区别在于：前者的驱动能力大，使发光二极管的亮度加强，不至后者那么微弱，因为单片机输出的功率不是很大，单片机因采用TTL电路，输出的高代电平相对来说固定，要么是5V，要么是0V。
下面是TTL与COMS的区别：什么是ttl电平TTL电平信号被利用的最多是因为通常数据表示采用二进制规定，+5V等价于逻辑"1"，0V等价于逻辑"0"，这被称做TTL（晶体管-晶体管逻辑电平）信号系统，这是计算机处理器控制的设备内部各部分之间通信的标准技术。
TTL电平信号对于计算机处理器控制的设备内部的数据传输是很理想的，首先计算机处理器控制的设备内部的数据传输对于电源的要求不高以及热损耗也较低，另外TTL电平信号直接与集成电路连接而不需要价格昂贵的线路驱动器以及接收器电路；再者，计算机处理器控制的设备内部的数据传输是在高速下进行的，而TTL接口的操作恰能满足这个要求。
TTL型通信大多数情况下，是采用并行数据传输方式，而并行数据传输对于超过10英尺的距离就不适合了。
这是由于可靠性和成本两面的原因。
因为在并行接口中存在着偏相和不对称的问题，这些问题对可靠性均有影响；另外对于并行数据传输，电缆以及连接器的费用比起串行通信方式来也要高一些。
TTL电路的电平就叫TTL 电平，CMOS电路的电平就叫CMOS电平TTL集成电路的全名是晶体管-晶体管逻辑集成电路（Transistor-Transistor Logic),主要有54/74系列标准TTL、高速型TTL（H-TTL）、低功耗型TTL（L-TTL）、肖特基型TTL（S-TTL）、低功耗肖特基型TTL（LS-TTL）五个系列。
晶体管和集成电路的成长史
晶体管和集成电路的成长史
晶体管和集成电路是现代电子工业的基础。
它们的发展历程不仅是一段技术革命史，更是人类智慧和创新的结晶。
本文将带您回顾晶体管和集成电路的成长史。
20世纪40年代，美国贝尔实验室的三位科学家沃尔顿·布拉顿、约翰·巴丁和威廉·肖克利发明了第一台晶体管。
晶体管的发明标志着电子器件从真空管时代进入了半导体时代。
晶体管的小型化、可靠性和低功耗等特点，极大地提高了电子器件的性能，也为计算机、通讯、医疗、工业控制等领域的发展带来了巨大的帮助。
20世纪60年代，集成电路的发明更是让电子工业迎来了一次革命。
美国德州仪器公司的杰克·基尔比和罗伯特·劳斯特发明了第一块集成电路，它将多个晶体管、电容器、电阻器等元器件集成在一块硅片上，从而实现了电路的小型化和集成化。
这种新型电路不仅减少了电路的体积和重量，还能提高电路的可靠性和稳定性。
20世纪70年代，随着半导体技术的不断发展，集成电路的规模不断扩大，从几十个晶体管到数百万个晶体管，从单片集成电路到超大规模集成电路，电子器件的性能和功能得到了极大的提升，为人类社会的发展带来了无限的可能。
总之，晶体管和集成电路的发明和发展，让人们看到了电子科技的巨大潜力，也让人们更加相信科技对人类社会的推动作用。
而我们今天所拥有的各种高科技产品，也离不开晶体管和集成电路的成果。
- 1 -。
集成电路发展史
欢迎共阅集成电路发展史集成电路对一般人来说也许会有陌生感，但其实我们和它打交道的机会很多。
计算机、电视机、手机、网站、取款机等等，数不胜数。
除此之外在航空航天、星际飞行、医疗卫生、交通运输、武器装备等许多领域，几乎都离不开集成电路的应用，当今世界，说它无孔不入并不过分。
在当今这信息化的社会中,集成电路已成为各行各业实现信息化、智能化的基础。
无论是在军事还是民用上,它已起着不可替代的作用。
放大或振荡的电子器件。
由于电子管体积大、功耗大、发热厉害、寿命短、电源利用效率低、结构脆弱而且需要高压电源的缺点，很快就不适合发展的需求，被淘汰的命运就没躲过。
[4]晶体管，是一种固体半导体器件，可以用于检波、整流、放大、开关、稳压、信号调制和许多其它功能。
晶体管很快就成为计算机“理想的神经细胞”，从而得到广泛的使用。
虽然晶体管的功能比电子管大了很多，但由于电子信息技术的发展，晶体管也越来越不适合科技的发展，随之出现的就是能力更强的集成电路了。
[5]（图1）老式电子管[6]（图2）晶体管[7]2.1.2集成电路的诞生几根零乱的电线将五个电子元件连接在一起，不美观，但事实证明，-电容器等。
其实，在20世纪50年代，人罗伯特-“奖章”以后，构成整体立体结构的工艺。
这样物理的功能，使之转变为适用于整机或系统的形式，就大大加速了集成电路工艺的发展。
[10]随着电子技术的继续发展，超大规模集成电路应运而生。
1967年出现了大规模集成电路，集成度迅速提高；1977年超大规模集成电路面世，一个硅晶片中已经可以集成15万个以上的晶体管；1988年，16MDRAM问世，1平方厘米大小的硅片上集成有3500万个晶体管，标志着进入超大规模集成电路（VLSI）阶段；1997年，300MHz奔腾Ⅱ问世,采用0.25μｍ工艺，奔腾系列芯片的推出让计算机的发展如虎添翼，发展速度让人惊叹，至此，超大规模集成电路的发展又到了一个新的高度。
2009年，intel酷睿i系列全新推出，创纪录采用了领先的32纳米工艺，并且下一代22纳米工艺正在研发。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
电子技术基础
二极管
• 二极管又称晶体二极管,简称二极管(diode)，它是 一种具有单向传导电流的电子器件。 正向导通， 反向截止。
电子技术基础
一、常用二极管
1、整流二极管 2、稳压二极管 3、发光二极管
小功率 二极管
大功率 二极管
稳压 二极管
发光 二极管
电子技术基础
四、二极管的主要参数
中功率管
小功率管
电子技术基础
一、晶体管的结构和符号
电子技术基础
1、开关特性
电子技术基础
集成芯片
• 指内含集成电路的硅片
• IC，是在硅板上集合多种电子元器件实现 某种特定功能的电路模块。它是电子设备 中最重要的部分，承担着运算和存储的功 能。
电子技术基础
电阻
• 电阻，在物理学中，用电阻来表示导体对 电流阻碍作用的大小。导体的电阻越大， 表示导体对电流的阻碍作用越大。不同的 导体，电阻一般不同，电阻是导体本身的 一种特性。电阻元件是对电流呈现阻碍作 用的耗能元件。单位是欧姆。
第一片集成电路只有4个晶体管，而1997年一片集成电路 中有40亿个晶体管。有科学家预测，集成度还将按10倍/6年 的速度增长，到2015或2020年达到饱和。
学习电子技术方面的课程需时刻关注电子技术的发展！
电子技术基础
电子技术的发展很大程度上反映在元器件的发展 上。从电子管→半导体管→集成电路
1904年 电子管问世
电子技术基础
焊接电路板
• 1、先插小元件，后插大元件。 • 2、插件要注意元件正负极性。 • 3、检查是否有连锡，虚焊等等。 • 4、焊接工艺要，正确，美观，牢固。 • 5、测试。
电子技术基础
色环电阻
电子技术基础
电容
• 电容（或电容量， Capacitance）指的是在 给定电位差下的电荷储藏量；记为C，国际 单位是法拉（F）。
• 在电路学里，给定电势差，电容器储存电 荷的能力，称为电容。
铝电解电容器
独石电容
陶瓷电容
电子技术基础
• 符号
电解电容
1、用字母C表示 2、有极性，插件要分正负 3、可用来滤波，移相 4、在放大器当中用来阻直通交
电子技术基础
一、电子技术的发展
电子技术的发展，推动计算机技术的发展，使之“无 孔不入”，应用广泛！
• 广播通信：发射机、接收机、扩音、录音、程控交换机、电 话、手机
• 网络：路由器、ATM交换机、收发器、调制解调器 • 工业：钢铁、石油化工、机加工、数控机床 • 交通：飞机、火车、轮船、汽车 • 军事：雷达、电子导航 • 航空航天：卫星定位、监测
• 医学：γ刀、CT、B超、微创手术
• 消费类电子：家电（空调、冰箱、电视、音响、摄像机、照 相机、电子表）、电子玩具、各类报警器、保安系统
电子技术基础
半导体元器件的发展
• 1947年 • 1958年 • 1969年 • 1975年
贝尔实验室制成第一只晶体管 集成电路 大规模集成电路 超大规模集成电路
1947年 晶体管诞生
1958年集成电 路研制成功
Байду номын сангаас
电子管、晶体管、集成电路比较
电子技术基础
一、本征半导体
1、什么是半导体？什么是本征半导体？
导电性介于导体与绝缘体之间的物质称为半导体。 导体－－铁、铝、铜等金属元素等低价元素，其最外层电 子在外电场作用下很容易产生定向移动，形成电流。 绝缘体－－惰性气体、橡胶等，其原子的最外层电子受原 子核的束缚力很强，只有在外电场强到一定程度时才可能导 电。 半导体－－硅（Si）、锗（Ge），均为四价元素，它们原 子的最外层电子受原子核的束缚力介于导体与绝缘体之间。 本征半导体是纯净的晶体结构的半导体。
电子技术基础
PCB
• PCB（PrintedCircuitBoard），中文名称 为印制电路板，又称印刷电路板、印刷线 路板，是重要的电子部件，是电子元器件 的支撑体，是电子元器件电气连接的提供 者。由于它是采用电子印刷术制作的，故 被称为“印刷”电路板。
电子技术基础
PCB板
电子技术基础
PCB文件
• 最大整流电流IF：最大平均值 • 最大反向工作电压UR：最大瞬时值 • 反向电流 IR：即IS • 最高工作频率fM：因PN结有电容效应
电子技术基础
简单电路
电子技术基础
电子技术基础
晶体三极管
• 半导体三极管又称“晶体三极管”或“晶 体管”。在半导体锗或硅的单晶上制备两 个能相互影响的PN结，组成一个PNP（或 NPN）结构。是能起放大、振荡或开关等 作用的半导体电子器件。