微电子学与集成电路分析
微电子学 和集成电路打交道
跳跳迈 进大学 校园报到 的时候 ，果然 发现 同系女生 不多 。我 们系 只有 一个 班 ，全班 ４ 人 ，女 生 只 占四分 之 一 ８
（ 个比例在 我们整 个信息 学院也差 这
只盼 着这个专 业不要 录取我 ，后面的
４ ２
不多 ）——其实在 理科专 业 中 ，这个
言 的 指令 与 高 中学 习的 ｂ ｓ 大 同 小 ａｉ ｃ 异 ，编 程思 路无非都 是那样 ……或 许
“
学翻过 了与 高中衔接 的内容 ，大学物
理 （１ ）的 力学和 电磁学 也 以真 正 的 微积 分面 目登场 ，ｃ ＋ 到 了类的部 ＋学
分 ，程 序 变 得 更 加 复 杂 ，英 语 里 陌 生 的单词越 来越 多……和第 一学期相
ｗｈ ｎ ｅ …”之 类的 循环 小 程 序就 如
电路 图示
只有新鲜的线性代数有点认真 学习的必 要……总之，—切ｆ 鄢 能从容应对。 可是 第二学 期就 不 同了 ，高等数
之 门的理科基 础学科 ，怎么也 要露够
了 脸 才 肯 华 丽 丽 地 谢幕 ，而它 即 使 谢 幕 也 余 音 绕 梁 ，让 人 想 忘 也不 敢
忘 。这 一 年 ，除 了 英 语 要 考 四级 ， ｃ ＋ 来到 了它最 高潮 也最复 杂的阶 ＋也 段 。此前 “ｆ一 ｌ …”、 “ｏ …” 、 ｉ ｅｓ ＂ ｅ ｆｒ
时 ，不 知 是被 向我 招 手 的专 业 知 识
蛊惑 ，还是忘记 了言之 凿凿 的转 系志
愿 ，即 使想起转 系的事 ，我也 不再对 此关心 ，觉得 微 电子 嘛——似 乎还是 不错 的 。无论数 学 、物 理 、计算机哪
了 。每 一个信 息学院 的学生都 要学 习
微电子与集成电路技术的发展
微电子与集成电路技术的发展随着社会的发展，微电子与集成电路技术也不断地得到了改进和革新。
它们的发展带来了许多新的机遇和挑战，为人们的生活、工作和娱乐带来了许多的便利。
本文将从微电子、集成电路技术的发展历程、应用领域、未来趋势等方面进行探讨。
一、微电子与集成电路技术的发展历程微电子作为电子学的一个分支，与传统的电子学相比，它更加注重在微观层面上对电子器件的设计和制造。
微电子技术的出现是伴随着半导体材料和晶体管等器件的发明而来的。
1947年，贝尔实验室的威廉·肖克利发明了第一个晶体管，这标志着晶体管时代的来临。
经过长期的发展，1958年，Jacques Beurrier教授在法国成功制造出了第一片晶体管集成电路。
而到了1960年，犹太大学的Jack S. Kilby也在美国研制出了第一片微型集成电路，这标志着微电子和集成电路技术的开端。
然而，最初的微电子和集成电路依然面对着许多的挑战。
微电子器件体积大、精度不够，工艺控制水平不够，集成电路缺乏标准化等问题一直未得到很好的解决。
为了解决这些问题，人们在不断地研究和实践中不断地革新和改进微电子和集成电路技术。
现在，微电子技术已经成为一个成熟的学科，而集成电路技术也得到了广泛应用。
从最早的模拟集成电路、数字集成电路到现在的微处理器、存储芯片、微机电系统、光电集成电路等，微电子和集成电路技术在各个领域的应用都不断地增加。
二、微电子与集成电路技术的应用领域微电子和集成电路技术的应用十分广泛，几乎覆盖了人们的生活和工作的各个方面。
在通信领域中，现代的移动电话、计算机、电视机、收音机等设备都是采用集成电路技术制成的。
而现代的互联网、无线通信、3G、4G、5G等技术的发展在很大程度上依赖于微电子和集成电路技术的进步。
在计算机领域中，微处理器的出现极大地推动了计算机领域的发展。
现代计算机和服务器都是依靠微处理器、存储芯片、芯片组等集成电路制成的。
在汽车、医疗等领域中，微电子和集成电路技术也被广泛的应用。
微电子技术中的集成电路设计原则
微电子技术中的集成电路设计原则在微电子技术中，集成电路设计是一个关键的环节。
集成电路作为现代电子设备中的核心组成部分，其设计原则决定了其性能和可靠性。
下面将介绍几个重要的集成电路设计原则。
首先，集成电路设计应遵循电路设计的基本原则。
电路设计中的基本原则包括电路功能规范、电源设计、信号处理和传输、信号完整性、电磁兼容性等。
集成电路设计在遵循这些基本原则的基础上，根据具体应用的需求进行进一步优化。
其次，集成电路设计应考虑功耗和散热问题。
随着集成电路规模的不断缩小，功耗和散热问题变得越来越突出。
在设计中应尽量采用低功耗电路结构，合理优化电路拓扑，减少功耗。
同时，设计中应考虑散热措施，以确保电路的稳定工作。
另外，集成电路设计中的布局规划也非常重要。
合理的布局设计可以减少电路中的互模干扰和串扰问题。
布局设计时应尽量避免长连线和交叉连线，以减少电路中的电磁干扰。
此外，还需考虑电源线和地线的布局，以确保稳定的供电和良好的接地。
此外，集成电路设计中的时钟和时序设计也是重要的考虑因素。
时钟是集成电路中最核心的信号，时序设计是指对时钟和其他信号进行精确控制和同步。
在设计中，应综合考虑时钟频率、时钟稳定性、时钟分频和同步等因素，以确保电路的正确工作。
此外，集成电路设计还需考虑抗噪声和灵敏度问题。
抗噪声设计是指对电路中的噪声进行有效抑制和滤波，以提高电路的信噪比。
灵敏度设计是指对电路的输入信号进行合理放大或衰减，以达到最佳的信号处理效果。
最后，集成电路设计中的测试和验证也是不可忽视的。
在设计完成后，需要对电路进行全面的测试和验证，以确保电路满足设计要求。
测试和验证工作应充分考虑电路的功能性、性能指标、可靠性和稳定性，以及与其他电路的兼容性。
综上所述，微电子技术中的集成电路设计原则包括了电路设计的基本原则、功耗和散热问题、布局规划、时钟和时序设计、抗噪声和灵敏度问题，以及测试和验证等。
在实际设计过程中，需要综合考虑这些原则，根据具体的应用需求进行合理的优化和调整。
对半导体技术、微电子技术、集成电路技术三者的浅略认识
对半导体技术、微电子技术、集成电路技术三者的浅略认识一、半导体技术、微电子技术、集成电路技术三者的联系与区别我们首先从三者的概念或定义上来分别了解一下这三种技术。
半导体技术就是以半导体为材料，制作成组件及集成电路的技术。
在电子信息方面，绝大多数的电子组件都是以硅为基材做成的，因此电子产业又称为半导体产业。
半导体技术最大的应用便是集成电路，它们被用来发挥各式各样的控制功能，犹如人体中的大脑与神经。
微电子技术是随着集成电路，尤其是超大型规模集成电路而发展起来的一门新的技术，是建立在以集成电路为核心的各种半导体器件基础上的高新电子技术，为微电子学中的各项工艺技术的总和。
集成电路技术，在电子学中是一种把电路小型化的技术。
采用一定的工艺，把一个电路中所需的各种电子元件及布线互连一起，制作在一小块或几小块半导体晶片或介质基片上，然后封装在一个管壳内，成为具有所需电路功能的微型结构。
（以上三者概念均来源于网络）这般看来，三者概念上互相交叉，却也略有区别。
依我这个初次接触这三个名词、对电子信息几乎一窍不通的大一新生来看，半导体技术是其他二者技术的基础，因为半导体是承载整个电子信息的基石，不管是微电子还是集成电路，便是以半导体为材料才可以建造、发展。
而微电子技术，个人感觉比较广泛，甚至集成电路技术可以包含在微电子技术里。
除此之外，诸如小型元件，如纳米级电子元件制造技术，都可以归为微电子技术。
而集成电路技术概念上比较狭窄，单单只把电路小型化、集成化技术，上面列举的小型元件制造，便不能归为集成电路技术，但可以归为微电子技术。
以上便是鄙人对三者概念上、应用上联系与区别的区区之见，如有错误之处还望谅解。
二、对集成电路技术的详细介绍首先我们了解一下什么是集成电路。
集成电路是一种微型电子器件或部件。
人们采用一定的工艺，把一个电路中所需的各种元件及布线互连一起，制作在一小块或几小块半导体晶片或介质基片上，然后封装在一个管壳内，成为具有所需电路功能的微型结构。
《微电子与集成电路设计导论》第五章 集成电路基础
图5.2.10 与非门电路
图5.2.11-5.2.14 电路图
图5.2.15 与非门输出响应
当A、B取不同组合的 逻辑电平时，与非门 电路的输出响应如图 5.2.15所示。
2. 或非门电路
A=0,B=0
A=0,B=1
A=1,B=0
A=1,B=1
图5.2.16 或非门电路
图5.2.17-5.2.20 A=0，B=0时的电路图
性能指标：除增益和速度外，功耗、电源电压、线性度、噪声和最大 电压摆幅等也是放大器的重要指标。此外，放大器的输入输出阻抗将 决定其应如何与前级和后级电路进行相互配合。在实际中，这些参数 几乎都会相互牵制，一般称为“八边形法则”，茹右下图所示。
➢ 增益：输出量Xout与输入量Xin的比值
➢ 带宽：指放大器的小信号带宽。
特性参数相同，当电压翻转上升时，漏极电流
ID
Kn
W L
Vin
VTN
2
0
I
Imax
即一周期的平均电流
Imean
1 6
Kn
W L
1 VDD
VDD VTN
3
Tclk
综上，短路功耗最终为
Psc VDDImean
CMOS逻辑门电路
1.与非门电路
A=0,B=0
A=0,B=1
A=1,B=0
A=1,B=1
许的临界电平和理想逻辑电平之间的范围为 CMOS电路的直流噪声容限，定义为
VNH VOH VIH
VNL VIL VOL
图5.2.6 极限输出电平定义的噪声容限
（2）极限输出电平定义的噪声容限 根据实际工作确定所允许的最低的输出
高电平VOHmin，它所对应的输入电平定义为 关门电平VOFF；给定允许的最高的输出低电 平VOLmax，它所对应的输入电平定义为开门 电平VON。开门电平和关门电平与CMOS电 路的理想输入逻辑电平之间的范围就是 CMOS电路的噪声容限。如左图所示是反相 器的噪声容限 输入高电平噪声容限：
集成电路分析与设计PPT课件
Intel公司微处理 器—Pentium® 4
25
2 集成电路发展
Intel公司微处理 器—Pentium® 6
26
2 集成电路发展 Intel Pentium 4微处理器
27
2 集成电路发展 Intel XeonTM微处理器
28
2 集成电路发展 Intel Itanium微处理器
29
2 集成电路发展
集成电路发展里程碑
30
2 集成电路发展
集成电路发展里程碑
31
2 集成电路发展
晶体管数目
2003年一年内制造出的晶 体管数目达到1018个，相 当于地球上所有蚂蚁数量 的100倍
32
2 集成电路发展
芯片制造水平
2003年制造的芯片尺寸控制 精度已经达到头发丝直径的1 万分之一，相当于驾驶一辆 汽车直行400英里，偏离误差 不到1英寸！
33
2 集成电路发展
晶体管的工作速度
1个晶体管每秒钟的开关 速度已超过1.5万亿次。 如果你要用手开关电灯 达到这样多的次数，需 要2万5千年的时间！
34
2 集成电路发展
半导体业的发展速度
1978年巴黎飞到纽约的 机票价格为900美元，需 要飞7个小时。如果航空 业的发展速度和半导体业
1960年，Kang和Atalla研制出第一个利用硅半导体材料制成的MOSFET
1962年出现了由金属-氧化物-半导体（MOS）场效应晶体管组成的MOS 集成电路
早期MOS技术中，铝栅P沟MOS管是最主要的技术，60年代后期，多晶 硅取代铝成为MOS晶体管的栅材料
1970’s解决了MOS器件稳定性及工艺复杂性之后，MOS数字集成电路 开始成功应用
一个有关集成电路发展趋势的著名 预言，该预言直至今日依然准确。
微电子学、集成电路
TN386.32006020387跨导线性原理及应用研究/郭继昌，汪林，滕建辅(天津大学电子信息工程学院)//固体电子学研究与进展.―2005,25(2).―250～254.跨导线性电路是电流模式电路中应用非常广泛的电路形式，可以用于分析和构造很多实用的电路。
文中介绍了跨导线性的基本原理，给出了几种用双极型晶体管和MOS管实现的跨导线性电路形式。
最后给出了跨导线性电路在电流模式电路中的应用实例。
图6表0参12TN386.32006020388大束流离子注入形成C O Si2/Si肖特基结电学特性/张浩，李英，王燕，田立林(清华大学微电子学研究所)//固体电子学研究与进展.―2005,25(2).―265～268.文中研究了使用大束流金属离子注入形成的COSi2/Si肖特基结的特性。
肖特基结由离子注入和快速热退火两步工艺形成。
Co离子注入剂量为3×1017ion/cm2，注入电压25kV。
快速热退火温度为850℃，时间为1min。
应用I-V和C-V测量进行参数提取。
I-V分析得到势垒高度约为0.64eV，理想因子为1.11，C-V分析得到势垒为0.72eV。
最后依据实验结果对工艺提出了改进意见。
图4表1参5TN386.3，TM304.2+42006020389 n沟道4H-S i C M ESFET研究/陈刚(南京电子器件研究所)//固体电子学研究与进展.―2005,25(2).―177～179,218.报告了4H-SiC MESFET的研制。
通过对SiC关键工艺技术进行研究，设计出初步可行的工艺流程，并且制成单栅宽120μm n沟道4H-SiC MESFET，其主要直流特性为：在V d s=30V时，最大漏电流密度I d ss为56mA/mm，最大跨导G m为15mS/mm；漏源击穿电压最高达150V；微波特性测试结果：在f0=1GHz、V d s=32V时该器件最大输出功率7.05mW，在f o=1.8GHz、V d s=32V时最大输出功率3.1mW。
微电子学、集成电路
的衬底材料应满足的吸收曲线。
数值模拟结果表明：利用这种新材料制成的三沟道BCCD，其光敏特性曲线可以分别在1.0，1.1和1.26μm处出现最大值。
图6表0参11TN386.52006010538红外焦平面阵列盲元检测技术研究/赖睿，刘上乾，周慧鑫，申建华(西安电子科技大学技术物理学院)//半导体光电.―2005,26(3).―199～201.盲元的数量及其分布对红外焦乎面阵列器件成像质量的影响较大。
在给出盲元定义的基础上，对盲元的各种产生机理进行了分析，并给出了具体的盲元检测方法，为盲元补偿技术的研究提供了理论基础。
图3表0参7TN386.52006010539多CCD拼接相机中图像传感器不均匀性校正/王军，杨会玲，刘亚侠，何昕，郝志航(中国科学院长春光学精密机械与物理研究所)//半导体光电.―2005,26(3).―261～263.CCD图像传感器不均匀特性是影响光电测量设备精度的一个重要因素。
在分析了单片CCD图像传感器不均匀特性基础上，提出了多CCD拼接相机系统中不均匀特性的校正方法。
大量实验结果表明，利用该校正方法不仅保持原图像的目标，而且简单快速，具有通用性，能够显著提高系统测量精度。
该方法可行且对其他光电测量设备有参考意义。
图4表0参6TN386.52006010540 CCD微阵列生物芯片扫描仪的研制/周强，宗光华，毕树生，赵然(北京航空航天大学机器人研究所)//仪器仪表学报.―2005,26(2).―164～167,176.报导了CCD微阵列生物芯片扫描仪的光学系统，给出了光学系统的参考标准构型，并依据该构型研制出多分辨率CCD生物芯片扫描仪。
实验采用不同浓度系列Cy3NHS ester的DMS0溶液样点与微池溶液测定CCD 生物芯片扫描仪的检测性能。
初步实验数据表明，该扫描仪光路合理，精度满足生物芯片检测要求。
图9表3参10TN386.52006010541面阵CCD摄像机光学镜头参数及选用/杨明，白烨，王秋良，余运佳(中科院电工研究所)//光电子技术与信息.―2005,18(3).―27～30,43.先简要介绍面阵CCD光学摄像机以及摄像机镜头的参数，比如成像尺寸规格、焦距、F数、景深、卡口等，然后介绍各个参数的相互关系，为如何合理选择面阵CCD光学镜头提供参考。
- 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)。
微电子学与集成电路分析
1微电子学与集成电路解读
微电子学是电子学的分支学科，主要致力于电子产品的微型化，达到提升电子产品应用便利和应用空间的目的。
微电子学还属于一门综合性较强学科类型，具体的微电子研究中，会用到相关物理学、量子力学和材料工艺等知识。
微电子学研究中，切实将集成电路纳入到研究体系中。
此外，微电子学还对集成电子器件和集成超导器件等展开研究和解读。
微电子学的发展目标是低能耗、高性能和高集成度等特点。
集成电路是通过相关电子元件的组合，形成一个具备相关功能的电路或系，并可以将集成电路视为微电子学之一。
集成电路在实际的应用中具有体积小、成本低、能耗小等特点，满足诸多高新技术的基本需求。
而且，随着集成电路的相关技术完善，集成电路逐渐成为人们生产生活中不可缺少的重要部分。
2微电子发展状态与趋势分析
2.1发展与现状
从晶体管的研发到微电子技术逐渐成熟经历漫长的演变史，由晶体管的研发→以组件为基础的混合元件（锗集成电路）→半导体场效应晶体管→MOS电路→微电子。
这一发展过程中，电路涉及的内容逐渐增多，电路的设计和过程也更加复杂，电路制造成本也逐渐增高，单纯的人工设计逐渐不能满足电路的发展需求，并朝向信息化、高集成和高性能的发展方向。
现阶段，国内对微电子的发展创造了良好的发展空间，目前国内微电电子发展特点如下：（1）微电子技术创新取得了具有突破性的进展，且逐渐形成具有较大规模的集成电路设计产业规模。
对于集成电路的技术水平在0.8~1.5μm，部分尖端企业的技术水平可以达到0.13μm。
（2）微电子产业结构不断优化，随着技术的革新产业结构逐渐生成完整的产业链，上下游关系处理完善。
（3）产业规模不断扩大，更多企业参与到微电子学的研究和电路中，有效推动了微电子产业的发展，促使微电子技术得到了进一步的完善和发展。
2.2发展趋势
微电子技术的发展中，将微电子技术与其他技术联合应用，可以衍生出更多
新型电子器件，为推动学科完善提供帮助。
另外微电子技术与其他产业结合，可以极大的拉动产业的发展，推动国内生产总值的增加。
微电子芯片的发展遵循摩尔定律，其CAGR累计平均增长可以达到每年58%。
在未来一段时间内，微电子技术将按照提升集团系统的性能和性价比，如下为当前微电子的发展方向。
2.2.1硅基互补金属氧化物半导体（CMOS）
CMOS电路将成为微电子的主流工艺，主要是借助MOS技术，完成对沟道程度的缩小，达到提升电路的集成度和速度的效果。
运用CMOS电路，改善芯片的信号延迟、提升电路的稳定性，再改善电路生产成本，从而使得整个系统得到提升，具有极高研究和应用价值。
可以将CMOS电路将成为未来一段时间的主要研究对象，且不断对CMOS电路进行缩小和优化，满足更多设备的需求。
2.2.2集成电路是当前微电子技术的发展重点
微电子芯片是建立在的集成电路的基础上，所以微电子学的研究中，要重视对集成电路研究和分析。
为了迎合信息系统的发展趋势，对于集成电路暴露出的延时、可靠性等因素，需要及时的进行处理。
在未来一段时间内对于集成电路的研究和转变势在必行。
2.2.3微电子技术与其他技术结合
借助微电子技术与其他技术结合，可以衍生出诸多新型技术类型。
当前与微电子技术结合的技术实例较多，积极为社会经济发展奠定基础。
例如：微光机电系统和DNA生物芯片，微光机电系统是将微电子技术与光学理论、机械技术等结合，可以发挥三者的综合性能，可以实现光开关、扫描和成像等功能。
DNA生物芯片是将微电子技术与生物技术相结合，能有效完成对DNA、RNA和蛋白质等的高通量快速分析。
借助微电子技术与其他技术结合衍生的新技术，能够更为有效推动相关产业的发展，为经济发展奠定基础。
3微电子技术的应用解读
微电子学与集成电路的研究不断深入，微电子技术逐渐的应用到人们的日常生活中，对于改变人们的生活品质具有积极的作用。
且微电子技术逐渐成为一个国家科学技术水平和综合国力的指标。
在实际的微电子技术应用中，借助微电子技术和微加工技术可以完成对微机电系统的构建，在完成信息采集、处理、传递等功能的基础上，还可以自主或是被动的执行相关操作，具有极高的应用价值。
对于DNA生物芯片可以用于生物学研究和相关医疗中，效果显著，对改善人类生活具有积极的作用和意义。
4结束语
微电子学与集成电路均为信息技术的基础，其中微电子学中囊括集成电路。
在对微电子学和集成电路的解析中，需要对集成电路和微电子技术展开综合解读，分析微电子技术的现状和发展趋势，再结合具体情况对微电子技术的当前应用展开解读，为微电子学与集成电路的创新和完善提供参考，进而推动微电子技术的发展，创造更大的产值，实现国家的持续健康发展。
参考文献
[1]张明文.当前微电子学与集成电路分析[J].无线互联科技,2016(17):15-16.
[2]方圆,徐小田.集成电路技术和产业发展现状与趋势[J].微电子学,2014(01):81-84.
[3]柏正香.集成电路测试数据的处理[J].微电子学,2010,40(01):149-152.
[4]可卿.微电子学和集成电路打交道[J].大学指南,2010(07):42-45.。