微电子集成电路设计
集成电路分析与设计
第一章集成电路的发展1.何谓集成电路(Integrated Circuits)？集成电路:指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,电感等无源器件,按照一定的电路互连,”集成”在一块半导体晶片上,封装在一个外壳内,执行特定电路或系统功能的一种器件.2.什么是摩尔定律(Moore’s Law)？它对集成电路的发展有什么作用？集成度：大约每三年翻两番，特征尺寸：每六年缩小近一倍事实上，摩尔定律并不是一个物理定律，而是一种预言，一张时间表。
它鞭策半导体产业界不断进步，并努力去实现它。
从根本上讲，摩尔定律是一种产业自我激励的机制，它让人们无法抗拒，并努力追赶，谁跟不上，谁就可能被残酷地淘汰。
摩尔定律已成为一盏照亮全球半导体产业前进方向的明灯。
3.IC发展水平的指标是什么？随着IC工业的发展，这些指标如何变化？集成规模(Integration scale)和特征尺寸(Feature size) 单个芯片上已经可以制作含有几百万个晶体管的一个完整的数字系统或数模混合的电子系统，集成电路的特征尺寸也已发展到深亚微米水平，0.18μm工艺已经走向规模化生产.4.什么是IDM、Fabless和Foundry？理解他们之间的关系。
IDM:集成电路发展的前三十年中，设计、制造和封装都是集中在半导体生产厂家内进行的，称之为一体化制造(IDM，Integrated Device Manufacturer)的集成电路实现模式。
无生产线（Fabless）集成电路设计提供了条件，为微电子领域发展知识经济提供了条件。
Fabless:1.设计公司拥有设计人才和设计技术，但不拥有生产线2.芯片设计公司不拥有生产线而存在和发展，而芯片制造单位致力于工艺实现(代客户加工，简称代工)3.设计单位与代工单位以信息流和物流的渠道建立联系Foundry:Foundry(代客户加工)第二章PN结的形成1.P型、N型半导体的形成及其能带结构图（EF与掺杂的关系）在纯净的硅晶体中掺入三价元素（如硼），使之取代晶格中硅原子的位置，此时自由电子和空穴浓度远远小于由于掺杂带来的空穴浓度,因此自由电子的导电基本可以忽略,这样的半导体叫做P型半导体。
复旦大学微电子专业专用集成电路内部电子版教程
Language) – VHDL
• VHDL描述能力强，覆盖面广，可用于多种层次 的电路描述， • VHDL的硬件描述与工艺技术无关，· 不会因工艺 变化而使描述无效。 • VHDL支持设计再利用(Reuse)方法，支持超大规 模集成电路设计的分解和组合。 • 可读性好，易于理解,国际标准,具备通用性。
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复旦大学专用集成电路与系统实验室
第二章ASIC设计流程和方法
– Verilog HDL
• 能用于行为描述和结构描述，电路描述同时可以 包含不同层次，且能和混合模式的模型一起进行 模拟 • Verilog使用四值逻辑，即0，l，X和Z，· 其中“X” 为不定态，Z为悬空态 • 使用的基本数据类型是 "与"和 "寄存器"。
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第一章 专用集成电路概述
– 专用标准电路ASSP(Application-Specific Standard Products)
• Modem 芯片, DVD decoder , VCD decoder, audio DAC, Motor Servo DSP 等
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第二章ASIC设计流程和方法
– 2.23结构描述
• • • • RTL (register Transfer Level) 级 门级(Gate Level) 开关级(Switch Level) 电路级(Circuit Level)
一分钟了解大学专业——微电子技术
一分钟了解大学专业——微电子技术一、专业介绍微电子技术是普通高等学校专科专业，属于集成电路类，修业年限为三年. 该专业主要教授半导体材料、器件、工艺、集成电路设计等方面的基本知识和技能，培养学生具有从事集成电路应用推广和销售工作的能力，使毕业生能够在集成电路制造工艺、封装与测试、版图设计、辅助设计、应用与产品开发、嵌入式/ FPGA 应用开发等岗位就业.二、专业学科背景与发展历程微电子技术的发展可以追溯到20 世纪50 年代，当时晶体管的发明和集成电路的初步研究为其奠定了基础.1947 年，贝尔实验室发明了第一台晶体管，标志着微电子技术的诞生；1958 年，第一块集成电路被发明，多个晶体管能够集成在同一块芯片上，极大地推动了该技术的发展；1971 年，英特尔公司推出了世界上第一颗微处理器4004，开启了微处理器时代，为个人电脑和信息技术的发展奠定了基础. 此后，随着半导体材料和工艺的不断改进，微电子器件的集成度不断提高，功耗不断降低，性能不断提升，推动了信息技术的飞速发展.三、培养目标本专业培养德智体美劳全面发展，掌握扎实的科学文化基础和半导体器件与集成电路设计、制造、封测等知识，具备半导体工艺维护和设备操作、集成电路版图设计和产品应用开发等能力，具有工匠精神和信息素养，能够从事芯片制造与封测工艺管理、产品检验、芯片版图设计、芯片验证及应用方案开发、产品营销等工作的高素质技术技能人才.四、课程体系●专业基础课程：电路分析与测试、模拟电子技术、数字电子技术、C 语言程序设计、单片机应用技术、PCB 设计等.●专业核心课程：集成电路导论、半导体器件物理、集成电路制造工艺、集成电路封装与测试基础、半导体集成电路、集成电路版图设计技术、FPGA 应用与开发等.五、实践教学实践教学环节要求对接真实职业场景或工作情境，在校内外进行电子技术、芯片制造、芯片封装测试、集成电路版图设计等实训，并在集成电路制造和封测、集成电路设计等单位进行岗位实习.六、就业领域主要面向电子类企事业单位，涵盖半导体集成电路芯片制造、产品检测、产品封装、版图设计、质量控制、生产管理、设备维护及技术研发等相关领域.七、就业岗位包括集成电路制造工艺工程师、集成电路封装与测试工程师、集成电路版图设计工程师、集成电路辅助设计工程师、集成电路应用与产品开发工程师、嵌入式/ FPGA 应用开发工程师以及相关的产品营销和技术支持人员等.八、薪资水平应届生月薪一般在4000 元左右，毕业2 年月薪约8000 元，毕业5 年月薪可达到12000 元左右，经验丰富的工程师薪资会更高，且在一线城市及经济发达地区，薪资水平相对更高.九、专业前沿技术纳米电子技术：研究纳米尺度下的电子器件和电路，如纳米晶体管、纳米线等，可实现更高的集成度和性能。
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
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2 集成电路发展
集成电路发展里程碑
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2 集成电路发展
集成电路发展里程碑
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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
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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！
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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。
集成电路原理课件-cmos
1
微电子学
• 微电子技术是电子计算机和通信的核心技术 • 微电子技术的核心是集成电路（Integrated Circuit, IC） 技术 • 微电子学是电子学的一门分支，主要研究电子或离 子在固体材料中的运动规律及其应用 • 微电子学是以实现电路和系统的集成为目的，研究 如何利用半导体的微观特性以及一些特殊工艺，在 一块半导体芯片上制作大量的器件，从而在一个微 小面积中制造出复杂的电子系统。
I
D
dx
V 0
WC
ox
n [VGS V ( x) VTH ]dV
I/V特性的推导（3）
W 1 2 I D = nCox [(VGS - VTH )VDS - VDS ] （2.8） L 2 W VGS - VTH 称为过驱动电压； 称为宽长比 L 三极管区(线性区)
每条曲线在VDS＝VGS－VTH时取最 大值，且大小为：
CGD CGS
WLCOX WCOv 2
CGB可以忽略不计
CSB = CDB =
WE源极Cj (1 VSB /B ) WE漏极Cj (1 VDB /B )
mj mj
源极周长 C jsw (1 VSB /B )
m jsw
漏极周长 C jsw (1 VDB/B )
MOS器件电容
栅源、栅漏、栅衬电容与VGS关系
1) VGS < VTH截止区
CGD CGS WCOv
CGB W 2 L2 COX q si N sub / 4 F WLCOX Cd = 其中Cd＝WL q si N sub / 4 F WLCOX Cd WLCOX WL q si N sub / 4 F
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。
集成电路设计的EDA系统概述
集成电路设计实例
要点一
总结词
集成电路设计是EDA系统的核心应用之一，通过使用EDA 系统，设计师可以完成集成电路的物理设计、验证和优化 。
要点二
详细描述
集成电路设计实例包括微处理器芯片、数字信号处理芯片 等复杂集成电路。EDA系统提供了集成电路物理设计、布 局布线、DRC/LVS检查等功能，确保了集成电路设计的正 确性和可靠性，缩短了产品上市时间。
随着云计算技术的发展，EDA系统将更加 云化，能够提供更加灵活和高效的设计服 务。
协同设计
可定制化设计
随着多项目和跨领域协同设计的需求增加 ，EDA系统将更加注重协同设计功能的建 设和完善。
随着集成电路设计的多样化和个性化需求 增加，EDA系统将更加注重可定制化设计 功能的建设和完善。
05
EDA系统的应用实例
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物理设计
布图规划
根据电路设计和仿真结果，进行版图规划，确定元件布局和布线策略。
布线设计
根据布图规划结果，进行实际的布线设计，生成物理版图。
布图规划
自动布线
布线优化
支持自动布线功能，提高布线效率和准确性。
对布线结果进行优化，降低信号延迟和功耗。
验证和测试
形式验证
通过数学方法验证电路设计的正确性。
系统复杂性高
EDA系统的功能和模块越来越多，系 统复杂性也越来越高，使用和维护的 难度也随之增加。
数据安全风险
EDA系统涉及大量的设计数据和知识 产权，需要采取有效的安全措施以保 障数据安全。
未来的发展趋势
智能化设计
云化服务
随着人工智能和机器学习技术的发展， EDA系统将更加智能化，能够自动学习和 优化设计过程。
微电子学、集成电路
5.0nm时，器件具有最低的启动电压与最高的发光效率；当DLC厚度继续增加时，器件的性能随着DLC厚度增加而变差。
并对ITO/MEH-PPV/DLC/Al和ITO/MEH-PPV/LiF/Al的器件性能进行了比较研究。
图3表0参15TN386.12007010754双栅动态阈值S O I nM O SFE T数值模拟/毕津顺，吴峻峰，海潮和(中国科学院微电子研究所)//半导体学报.―2006，27（1）.―35～40.提出了新型全耗尽SOI平面双栅动态阈值Nmos场效应晶体管，模拟并讨论了器件结构、相应的工艺技术和工作机理。
对于Nmos器件，背栅n 阱是通过剂量为3×1013cm-2，能量为250keV的磷离子注入实现的，并与n＋前栅多晶硅直接相连。
该技术与体硅工艺完全兼容。
通过Tsuprem4和Medi ci模拟，发现全耗尽SOI平面双栅动态阈值Nmosfet保持了传统全耗尽SOI nMOSFET的优势，消除了反常亚阈值斜率和kink效应，同时较传统全耗尽SOI nMOSFET有更加优秀的电流驱动能力和跨导特性。
图9表0参14TN386.12007010755功率LD M O S阈值电压温度系数的优化分析/丁峰，柯导明，陈军宁，叶云飞，刘磊，徐太龙(安徽大学电子科学与技术学院)//安徽大学学报（自然科学版）.―2006，30（1）.―36～40.讨论高压LDMOS阈值电压的温度特性，并给出了它的温度系数计算公式。
根据计算结果，可以得到以下结论：通过提高沟道掺杂浓度或减少栅氧化层能够降低阈值电压随温度的变化。
阈值电压的温度系数可以用温度的线性表达式来计算，从而可以得出功率LDMOS阈值电压的温度系数最优化分析。
图4表1参8TN386.22007010756 IG B T串联应用中动态过压的控制/李勇，邵诚(大连理工大学先进控制技术研究所)//华南理工大学学报（自然科学版）.―2006，34（1）.―43～47.对高压大功率变流设备中绝缘栅双极型晶体管（IGBT）串联应用的动态过压问题进行了研究。