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半导体集成电路原理教程


如NEC公司用0.15mCMOS工艺生产的4GB DRAM, 芯 片中含44亿个晶体管,芯片面积985.6mm2。 英特尔公司用0.25 m工艺生产的333MHz的 奔腾Ⅱ处理 器,在一个芯片中集成了750万个晶体管。
集成电路之所以能迅速发展,完全由于巨大的经济 效益。工业发达国家竞相投资。我国在“九五” 期间投 资100个亿组建了集成电路“909”专项工程。2002年推 出首款可商业化、拥有自主知识产权、通用高性能的 CPU-龙芯1号,它采用0.18 m工艺生产,主频最高达 266MHz。
• 2006年度中国集成电路设计前十大企业是: • 炬力集成电路设计有限公司 • 中国华大集成电路设计集团有限公司(包含北京
中电华大电子设计公司等) • 北京中星微电子有限公司 • 大唐微电子技术有限公司 • 深圳海思半导体有限公司 • 无锡华润矽科微电子有限公司 • 杭州士兰微电子股份有限公司 • 上海华虹集成电路有限公司
特尔接触,希望英特尔生产一系列计算器芯片,但当 时任职于英特尔的霍夫 (Macian E. Hoff) 却设计出一 个单一可程序化芯片,

• 1971年11月15日,世界上第一个微处理器 4004诞生了,它包括一个四位的平行加法器、 十六个四位的缓存器、一个储存器 (accumulator) 与一个下推堆栈 (push-down stack),共计约二千三百个晶体管;4004与其 它只读存储器、移位缓存器与随机取内存,结 合成MCS-4微电脑系统;从此之后,各种集成 度更高、功能更强的微处理器开始快速发展, 对电子业产生巨大影响。三十年后,英特尔的 Pentium III已经包含了一千万个以上的晶体 管。
今天,在一个几百平方毫米面积的芯片上,集 成的晶体管数目已经超过10亿。
中国半导体协会(CSIA)发布了2005年度
中国十大IC设计公司排名。
• 珠海炬力以12.575亿元人民币年销售额勇夺桂冠。它
是MP3播放器芯片的主要供货厂商 。
• 中星微电子,2005年销售额为7.678亿元人民币。它 的主要产品是“星光系列”多媒体处理芯片,中星微 电子最初提供PC用的摄像头芯片。后来瞄准了手机用 多媒体处理芯片市场,并成功地打开了欧美市场。 排名第三到第十的分别是华大、士兰、大唐、上海华虹、 杭州友旺、绍兴芯谷、北京清华同方和无锡华润。 2005年中国前十大IC设计公司的销售额已经达到51.63亿 元人民币,根据CCID的预测,2005年中国集成电路设计 业的市场规模约131亿元人民币,前十大IC设计公司的份 额已经40%。

大致而言,
• 1970年有1K的产品;
• 1974年进步到4K (栅极线宽10微米);
• 1976年16K (5微米);
• 1979年64K (3微米);
• 1983年256K (1.5微米);
Hale Waihona Puke • 1986年1M (1.2微米);
• 1989年4M (0.8微米);
• 1992年16M (0.5微米);
今年研制的龙芯2号通过使用SPECE CPU2000对龙芯2 号的性能分析表明,相同主频下龙芯2号的性能已经明显
超过PII的性能,是龙芯1号的3-5倍
预见
根据国际半导体科技进程 (International Technology Roadmap for Semiconductor) 的推估,公元2014年,最小线宽可达0.035微 米,内存容量更高达两亿五千六兆位,尽管新 工艺、新技术的开发越来越困难,但相信半导 体业在未来十五年内,仍会迅速的发展下去。
在 内存芯片方面: 1965年,快捷公司的施密特 (J. D. Schmidt) 使 用金氧半技术做成实验性的随机存取内存。1969 年,英特尔公司推出第一个商业性产品,这是一 个使用硅栅极、p型沟道的256位随机存取内存。
• 发展过程中最重要的一步,就是1969年,IBM 的迪纳 (R. H. Dennard) 发明了只需一个晶体管 和一个电容器,就可以储存一个位的记忆单元; 由于结构简单,密度又高,现今半导体制程的发 展水平常以动态随机存取内存的容量为标志。
• 在1970年代,决定半导体工业发展方向的,有两个最 重要的因素,那就是微处理器 (micro processor)与半 导体内存 (semiconductor memory) 。
• 在微处理器方面: • 1968年,诺宜斯和摩尔成立了英特尔 (Intel) 公司,不
久,葛洛夫 (Andrew Grove) 也加入了。 • 1969年,一个日本计算器公司比吉康 (Busicom) 和英
• 1995年64M (0.3微米);
• 1998年到256M (0.2微米),
• 大约每三年进步一个世代,2001年就迈入千兆位大关。
60年代发展出来的平面工艺,可以把越 来越多的金氧半组件放在一块硅芯片上,从 1960年的不到十个组件,倍数成长到1980年 的十万个,以及1990年约一千万个,这个微芯 片上集成的晶体管数目每两年翻一番的现象称 为摩尔定律 (Moore’s law),是Intel创始人摩 尔(Gordon Moore)在1964年的一次演讲中提 出的,后来竟成了事实。
半导体集成电路原理
课程地位
集成电路 传感器 光电器件 微波器件 MEMS
微电子工艺基础 半导体物理与器件 固体物理 半导体物理 微电子器件原理
集成电路的发展
定义:集成电路就是把许多分立组件制作在同一个半导 体芯片上所形成的电路。在制作的全过程中作为一个整 体单元进行加工。 早在1952年,英国的杜默 (Geoffrey W. A. Dummer) 就提出集成电路的构想。 1958年9月12日,德州仪器公司(Texas Instruments)的 基尔比 (Jack Kilby, 1923~ ),细心地切了一块锗作 为电阻,再用一块pn结面做为电容,制造出一个震荡器 的电路,并在1964年获得专利,首度证明了可以在同一 块半导体芯片上能包含不同的组件。 1964年,快捷半导体(Fairchild Semiconductor)的诺 宜斯(Robert Noyce,1927~1990),则使用平面工艺方 法,即借着蒸镀金属、微影、蚀刻等方式,解决了集成 电路中,不同组件间导线连结的问题。
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