集成电路的分类
按集成电路规模分类
• 集成度：每块集成电路芯片中包含的元器件数目 • 小规模集成电路(Small Scale IC，SSI) • 中规模集成电路(Medium Scale IC，MSI) • 大规模集成电路(Large Scale IC，LSI) • 超大规模集成电路(Very Large Scale IC，VLSI) • 特大规模集成电路(Ultra Large Scale IC，ULSI) • 巨大规模集成电路(Gigantic Scale IC，GSI）
微电子技术
微电子学 微电子学（Microelec tronics）是研究在半导体
材料上构成的微小化电路及系统的电子学分支。 微电子技术
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。微电子技术包 括系统电路设计、器件物理、工艺技术、材料制备、 自动测试以及封装等一系列专门的技术，微电子技术 是微电子学中的各项工艺技术的总和。
内含2.91亿晶体管 特征尺寸45nm

集成电路的设计
集成电路的设计
1.传统的设计方法
– 设计和绘制电子线路图 – 集成电路的线路图转绘成芯片布局图 – 数字化成“掩膜（Mask）”图纸 – 在半导体材料（例如硅晶片）上进行注入、退火、光
刻、镀膜…… – 芯片切割、测试
2.目前，集成电路的设计过程：

左起依次为： 巴丁（J. Bardeen） 肖克莱（Shockley） 布兰坦（Brattain）
59年 基尔比& 诺伊斯发明集成电路
59年诺依斯发明平面MOS工艺，集成电路量产
1970 – 第一个商用DRAM存储器 1Kbits 1971 – 第一个微处理器 1000 晶体管 1972 - Intel 8008 3,500 晶体管, 200kHz 时钟
按电路功能分类
• 数字集成电路(Digital IC)：它是指处理数字 信号的集成电路，即采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)：它是指处理模拟 信号(连续变化的信号)的集成电路
– 线性集成电路：又叫做集成放大电路，如运算 放大器、电压比较器、跟随器等
微电子：到底有多微……



15mm
放大2000倍

放大20000倍
放大40000倍
0.15um

100 m 头发丝粗细
30m
50m 30~50m (皮肤细胞的大小)
1m 1m (晶体管的大小)
90年代生产的集成电路中晶体管大小与人 类头发丝粗细、皮肤细胞大小的比较
晶体管：基于半导体晶体的电子器件：二极管、三极管、 场效应管（MOS管），具有开关、整流、放大等功能。
+4
+4
+4
+4
• 微电子技术核心——集成电路
• Integrated Circuit，缩写IC
通过一系列特定的加工工艺，将晶体管器 件，按照一定的电路互连，“集成”在一 块半导体单晶片上，封装在一个外壳内， 执行特定电路或系统功能
集成电路的工艺制造
集成电路芯片制造过程 —制造业—

用掩膜版 重复
20-30次


硅片
由氧化、淀积、离子注入或蒸 发形成新的薄膜或膜层
曝光 刻蚀
测试和封装


SiO2
场效应管
金属
源极s 栅极-g 漏极d
-
-
N+
N+
P衬 底
-
衬底b
Intel Core 2 芯片尺寸为143平方毫米，

定义电路的功能、指标、性能
原理电路设计
电路模拟(SPICE)
不符合
布局(Layout) 原型电路制备
不符合
测试、评测
工艺问题
产品
使用硬件设计语言
– 硬件描述语言Hardware Discription Language， HDL
– 是一种用于电路设计的高级语言。超高速集成电 路硬件描述语言，主要是应用在数字电路的设计
– 非线性集成电路：如振荡器、定时器等电路
• 数模混合集成电路(Digital - Analog IC) ：例 如数模(D/A)转换器和模数(A/D)转换器等
集成电路的制造过程
• 电路设计 • 工艺制造 • 测试封装
集成电路产业的发展趋势：
独立的设计公司（Design House） ARM、qualcomm、nVIDIA、联发科
~2010 1 x 1010 transistors
1947 1 transistor
0.1nm nm
0.1m
原子
DNA
病毒
10m 1mm
头发 灰尘
100mm 10 m
人
微电子
微电子技术发展历史
47年 贝尔实验室制成第一只半导体晶体管
标志着电子时代的到来
肖克莱，布兰坦，巴丁
1948年1月，肖克莱提出了结型晶体管的理论。 1949年，贝尔实验室做出了第一个锗PNP型晶体管。
S S IM S I L S I V L S I U L S I G S I 元 件 数 < 1 0 21 0 2 ~ 1 0 3 1 0 3 ~ 1 0 5 1 0 5 ~ 1 0 7 1 0 7 ~ 1 0 9 > 1 0 9 门 数 < 1 0 1 0 ~ 1 0 21 0 2 ~ 1 0 41 0 4 ~ 1 0 61 0 6 ~ 1 0 8> 1 0 8
– HDL有两种用途：系统仿真和硬件实现 – HDL和传统的原理图输入方法的关系就好比是高
级语言和汇编语言的关系
• 美国国防部的VHDL（VHSIC HDL）
• Verilog HDL • 可以描述硬件电路的功能，信号连接关系及定时关系，
半导体材料、微电子器件的基本概念
电子技术： 电子元器件（电阻、电容、电感、二极管、三极管、 场效应管……）构成的电路

电子管时代

第一台通用电 子计算机：
ENIAC
18,000个电子 管组成
大小：长24m，宽6m，高2.5m 速度：5000次/sec；重量：30吨； 平均无故障运行时间：7min
独立的制造厂家（标准的Foundary） 台积电（50%）、台联电（25%）、sumsang、 中芯国际（4%）
独立的封装厂 日月光、通富微电
集成电路产业的分工
IC设计
晶圆制造
IC制造
封装
测试
投资金额
10 - 100 万
附加价值
50 - 60%
1 - 20 亿 20 - 30%
500-1500万 10 - 20%