电路人生——微电子集成电路大牛Willy Sansen自传《Circuit of Life》中文翻译

电路人生——Willy Sansen

自传

《Circuit of Life》翻译，译者：东邪他爹作者简介：Willy Sansen教授于1972年从加州大学伯克利分校获得博士学位；从1980年起在比利时天主教鲁汶大学担任全职教授。从1984年到2008年，Willy Sansen教授担任ESAT-MICAS实验室的模拟设计带头人。他指导过63名博士，发表过635篇文章，出版了6本专著。他是IEEE Solid-State Circuits Scoiety的前主席，并担任过2002年国际固态电路会议的程序委员会主席。2011年，Willy Sansen教授由于在固态电路领域做的突出贡献被IEEE Solid-State Circuits Scoiety授予Donald O. Pederson奖。Donald O. Pederson奖是IEEE固态电路的一个技术领域奖，该奖每年由IEEE固态电路委员会颁发给那些“对固态电路领域有突出贡献”的人。同时他还是IEEE终身Fellow。Willy 教授分别于1978年在斯坦福大学，1981年在洛桑联邦理工学院，1985年在美国费城宾夕法尼亚大学，1994年在T.H. Ulm，2004年在菲拉赫英飞凌任客座教授。

我很荣幸受邀来说说我自己，但我想说的很简单。那就是我一直在努力做一个更好的模拟设计者。我会解释我一生中哪些方面促成了这一切。或许这会帮助你也成为一个更好的设计者。

模拟设计永不止步。永远有东西被发明或改进。进步一直有可能出现。但在努力实现最优的解决方案的路上，设计者可能会沮丧。尽管他知道他不可能真正找到最好的答案。这是个持续不断的沮丧。也许他会借助于醉酒，或者听一听音乐，来忘掉这不愉快。

1999年在夏威夷举行的超大规模集成电路会议上，我在演讲开始表达了模拟设计既是科学又是艺术的想法。艺术充满了灵感，而科学充满了insight。模拟设计则两者都需要。基于电流和电压来构造你的放大器和滤波器的功能就是这么奇妙。这给你很大满足感同时又带来沮丧感，因为这里永远存在做得更好的可能。

模拟设计不仅仅只关乎电流和电压。事实上，他还娶了噪声和失真为妻。她们在电路图中看不到，所以更难以处理好。这些就是前面所说的因素所在，然而他们在艺术和音乐中至关重要。

在本文中，我会努力发现在模拟设计中，科学在哪里停止，艺术在哪里开始，或者反过来？艺术会让你成为更好的模拟设计者吗？音乐会让你成为更好的模拟设计者吗？抑或你仅仅从网上寻找这一切？

我会基于自身经历来回答这个问题。其中有许多都和我有幸指导的博士生有关。我经常引用文献的原因，就是要给出他们的名字和毕业的时间。在下面的《Willy Sansen 指导或共同指导过的博士生》中将给出完整的名单。本文因此在相当程度上是一个什么让我成为更好的模拟设计者的个人清单。

我的第一个电子玩物

当我还是个小男孩的时候，我对看不到电流是否在流动的现象很好奇。看着五颜六色的导线在布满了元器件的电路板和连接器之间穿梭，我不能分辨这一切是否在工作。这就是一个喇叭的美妙之处。没人能看出是否有东西进出，但播放出来的音乐的确美妙。我依然认为音乐是这么多工程师被引诱到模拟电子世界的最重要原因。在我7岁开始玩音乐的时候我就深信于此。

因此我开始把不同的器件连接在一起：把录放机和收音机连在一起，把宽带记录器和带有分离喇叭盒的放大器连在一起，等等。并不是所有的组合都能工作，因为一些以后我才能懂得的原因。我16岁那年，我在中学加入了如何搭建一个无线电接收机的课程。我学了欧姆定律和基尔霍夫定律的应用，并构造了一个无线电接收机。它是一个美丽的收音机（见图1）。它有一个具有大银色圆顶和四个引脚的真空管Valvo 385。电子管的旁边是一个Amroh Mu-CORE 超外差线圈。轻轻拨动前面板上的云母变容二极管，你就可以通过耳机听到广播了。这时我就想，也许我应该做更多。

图1 我的第一个收音机

我开始用MBLE公司生产的套件搭建放大器和收音机，MBLE是一家做了像Heathkit公司一样工作的公司。我把BBO 845重命名为2*10-W超线性高保真放大器，它可以用MBLE的9710M喇叭放出美妙的声音。我经常在姐姐的派对上用它放音乐。我的几个朋友对于能够以这么低的价格搭建一个放大器非常高兴。

然而，最令人惊奇的无线电接收机是我的Galene装置。它只用了一个晶体和一个变容器，甚至没有电池！电路图如图2所示。它非常简单。它也需要电线作为天线，还有一个2kΩ的耳机。中学的时候我在床下面拿它来听布鲁塞尔的广播。金属的床垫网格就成了天线。不需要电池或者太阳能就能播放声音令人惊奇。

图2 无电源Galene收音机

接收器B是可变电容，D是晶体。

我在中学学到最重要的东西是“mens sana in corpore sano”，好身体孕育好精神，意思是如果你感觉良好，你就能做的好。比利时的中学教育是你以后人生的基础。我去阿尔斯特的耶稣会学校上了学。这儿是人文科学的真正中心。大部分时间花在人文科学和像拉丁语、希腊语、法语、英语和德育这样的语言学上。由于花了这么多时间在人文和语言上，我不得不在学习工程学之前在大学花了一年时间在数学上。

我从耶稣会学校学到的另一个东西是即使最好的东西也不够好。这个思想从没离开过我的头脑。我会向听我说话的任何人解释说你必须在你的学科成为世界最佳。如果十年以后这还不明显，你最好尝试点别的。

当然，总是追求最好必然带给你很多挫败感和压力。为了抵消这些，我在办公室里挂了一张镰仓大佛的照片。很多年里这是我办公室唯一的照片。那里没有炫耀的牌匾，没有让我分心的妻子和孩子的照片，只有镰仓大佛（见图3）。参观者认为我喜欢旅游，确实我喜欢。但这和旅游没有关系，仅仅是追求a mens sana in corpore sano。这里要解释一下：1981年我作为Osaka Jaycees选出的第一届十大杰出青年（TOYP项目）之一被邀请到日本。两周的时间里，十个欧洲人了解了日本文化、生活方式、经济等。另一个比利时参与者是小提琴家Edith V olckaert，很令人悲伤，他几年以后英年早逝。我是其中唯一的工程师。我一度花了24个小时在一家佛教客栈讨论宗教和打坐。在这里我学习到四大皆空的成语是一条通往佛化和更多生活快乐的路。我发现这是对总想成为最好的痴迷的反麻醉药。从此我在我大学里的办公室挂起了镰仓大佛（镰仓是横滨附件的一座城市）。至少十年时间里它是我办公室里唯一一张照片。它提醒我大多数失误并没有看起来那么重要。

图3 镰仓大佛

我自己搭建的最复杂的设备是一台高频自动增益控制放大器的测量设备。这是我的博士论文，1971年在加州伯克利大学Bob Meyer的指导下完成的。（参考Bob Meyer 对Willy的研究的一个综述《Willy Sansen 的研究：一个综述》）。这全部都是关于噪声和失真的。我学了接地和去耦合来让它工作。然而，在当时我不能说这是全部都关于硬件的。我们在算出想要的东西时得到了早期版本的SPICE的极大帮助。我甚至写了SPICE的第一个傅里叶分析去查明我的电路里究竟存在什么谐波。

我自己搭建的最后一个电子设备是为一家小公司做的12路公共地址系统和一个用于数字门电路演示板的10V/10A 电源。那时我23岁，完成了大学学业和兵役，迫切要进入实际微电子设计领域。到那时我已经形成了测量设备的意识。的确，我被教导过没有测量就没有模拟设计，没有硬件就没有模拟设计。

我最后一次和硬件打交道时在一次我的学生组织的实验室内部比赛中。我们需要在尽量短的时间内搭建一个触发器，而且要能工作！Wim Dehaene和我第一个完成比赛（见图4）。

图4 和Wim Dehaene一起做触发器

无处不在的圆

如此多的电子设备正涌向我们的世界。持续增多的工具控制了我们的生活。这一切从哪儿开始的呢？最简单的电子设备在哪里？什么最先出现的呢？

一个电子工程师在实际中最先碰到的事情就是测阻抗。的确，在整个电子领域，施加一个电流然后看产生什么电压或者施加一个电压然后看产生什么电流可能是最基本的事情。早期的例子有放大器的输入和输出阻抗的测量，电阻式传感器的特性，生物阻抗的处理等。更近的例子包括水果新鲜程度的测量，墙壁湿度的测量，活组织中电极接触电阻的测量。

图5 (a)电路(b)RC低通滤波器的圆

所有类似测量都服从于相同的电学模型——一个并联RC电路串联一个小损耗电阻，如图5所示。在波特图中，这个阻抗看起来像一个低通滤波器，但在极坐标图中，它是一个圆（见图5）。很容易就知道所有的阻抗都服从于圆——无所不在的圆。

一个圆的美丽在于你知道它是一个圆。结果，曲线拟合允许高精度参数的提取。一个著名的例子就是双极性晶体管阻抗的测量，串联电阻r是看做放大器的晶体管的基本电阻。并联RC电路由rπ和Cπ构成。最低频率是增益截止频率f T除以晶体管的beta 值。这个测量完全描绘了晶体管的特性。像这样一个测量很容易移植到有栅漏电流的MOS晶体管中去。

现在的问题是当你插入两个电极要测量一个苹果、香蕉或者活组织的阻抗，施加一个持续的电流，找不到这样的圆。它是一个中心偏离坐标的椭圆或圆，如图6所示。出现了一个新的参数叫做φ，它不是90°。

它是由图6中电阻和电容的分布特性造成的。电阻不再是一个分立的电阻而是一种RC传输线。这也是苹果的细胞结构造成的。新鲜的苹果具有较强的纹理结构，因此造成φ接近于90°。软软的苹果服从于更低的F 值。这就是为什么参数φ可以用来作为苹果、香蕉或猕猴桃新鲜度的衡量指标。

图6 组织或水果的阻抗

现在这个阻抗可以用图6来描述，其中参数n与新参数φ有关。至于图5中的分立结构电路，参数n不再统一，而是介于0.6和0.8之间，取决于材料的纹理结构（水果的新鲜度）。比如，当n=0.8时，φ大约是75°——这是软苹果的典型参数。

电子工程师在此碰到一个问题。像RCs （其中s=jw）这样的式子只有取决于滤波器阶数的指数1,2,3,…。像0.6和0.8这样的小数在电子电路中是无法生成的。画波特图不再那么明显。一些无处不在的圆看起来像椭圆。我们不能再用恒定的电阻和电容值来表示阻抗。在某些领域，电阻值本身取决于频率，电容也是。这是一个噩梦。我们都知道电容的阻抗取决于频率，但电容本身决计不是。

生物阻抗也出现了类似的结果。活组织（或者鲜肉）中两个电极之间的阻抗给出了一个如图6所示的椭圆状曲线。一般至少需要3个电极来从接触阻抗中分离出大部分阻抗。这是一个零级讨论，然而，这里只用了两个电极。这个生物阻抗测量用来检查电极和组织的接触良好程度。它的应用宝库心脏起搏器的电极和人工电子耳蜗的电极。毕竟活组织会排斥像电极这样的外来材料。它在电极周围产生一层隔离层，不时地增大R和C的值（见图6）。表面阻抗会有类似的结果。很显然，无所不在的圆全部转换成了椭圆。

我第一次测量生物阻抗是为一个骨折刺激器。滑雪事故中的骨折像其他骨折一样经常不能愈合，因为这些骨头被频繁旋转和分裂。每个电极加上50μA的阴极电流可以促进愈合。我们用一个主振荡器和射频发射机搭建了一个四通道遥测系统来输入这样的电流，测量电极阻抗并把信息用无线遥测系统发送出去。这个系统源于和比利时鲁汶大学医院的Pellenberg学院的整形医生J. Mulier 和M. Hoogmartens的一次合作。它在1980年日本举行的生物遥测技术会议上展示。然而这个系统要能被植入生物体。众多患者反对在未愈合的骨折上接受植入而兴趣衰减。所有的功能集成在一片1.3V供电的双极技术的芯片上（见图7）。这个系统是我们第一次进入生物领域的尝试，所以我们叫它BIO 1。在无数医学应用中，接下来会有很多。能够做一些对医学和人类有帮助的事情感觉非常好。

图7 骨折遥测和刺激芯片

我们第二次涉足的是测量人工电子耳蜗的生物阻抗。同样地，用一片芯片实现了内耳或耳蜗的八通道电流刺激。耳蜗中的电流诱导听力恢复。为了查明那个电极仍然在作用，也就是哪个电极仍然和组织具有低的欧姆接触，必须测量这个阻抗。然后起作用的电极必须用来刺激(Peeters, 1979; Van Paemel, 1990)。这项技术由比利时安特卫普大学的J. Marquet 教授和E. Offeciers教授开发。它是今天仍在发展的人工电子耳蜗技术长长发展之路的起点。

我们仍在测量生物阻抗，不过今天这种设备叫做伏安传感器。一张能过滤掉特定离子的薄膜被加在一个三电极结构之上。就构成了一个化学传感器。提供能找到的正确的

过滤薄膜并附在硅基底上，它就可以用来测量葡萄糖或者胆固醇了(Lambrechts, 1989; Jacobs 1996)。

由于每年两次的更小的沟道长度所增加的掩膜费用，设计被集成到多项目芯片（MPCs）上。我们从1983年春天开始做这个。1984年8月设计的采用3-μm CMOS 工艺的MPC 4的一部分如图8所示。在左侧可以清晰地看到耳刺激芯片。用前置放大器和驱动连接在一起的化学传感器正面朝上在中间。

图8 MPC4正面的耳朵刺激器和化学传感器

所有这些早期的生物项目都被归类到生物电子学下面。这样正确吗？

生物电子学真的存在吗？

现在，生物电子学是个热门话题，正如它融合了这个世界上两个最壮大的经济：微电子和医药。事实上，电子学的医学应用正是电子学的第一个应用领域。1750年，电学刺激就已经被应用到人体所有可能的部位来提升它们的功能（见图9）。由于这种方法被滥用而导致大多数欧洲国家禁止使用它。后来，它作为神经和很多其他器官的功能性刺激重新出现。

图9 大约1750年电学刺激的应用

我们为医学应用做的第一个电子刺激器是用来帮助治愈骨折的，前面介绍过。这是生物电子学吗？显然，在一片芯片上很多功能的集成式微电子学。数据从体内到体外的传输同样是个技术问题。为此很多射频耦合系统被开发出了。可能在组织或骨骼上电流的效应是生物电子学，但它事实上属于生理学的范畴。的确，我们的研究继续沿着这个方向：电学刺激对细胞生长的影响。这个研究仍在进行，而且将永远进行。原因是细胞是活的材料。他们被刺激所改良，无论刺激是机械的、化学的、电学的、或者磁学的。刺激的参数，比如幅度、脉冲宽度、脉冲列长度等，都必须为了保持有效而修改。

一些早期的芯片为全编程系统做了铺路。因为技术参数一直在变，所以这种可编程性是很需要的。无论是因为一次会议而改变了想法的医生，或是车间，或是患者变化，或是应用领域，都不得不扩展。只有最大的市场——比如心脏起搏器、糖尿病患者、老年人的不便——能够承担得起定制芯片。其他的需要可编程的芯片。一个这样的可编程系统叫做人体内部调节系统（IHCS）。IHCS 是为解决所有生物医学问题的芯片的一个起点。它包含三个芯片，一个可编程前置放大器，一个可编程刺激器，和一个工作在低频的低功耗微处理器。

我在1980至1992年间，我作为布鲁塞尔COMAC的一员，学了很多生物医学难题和解决方案。COMAC是一个生物医学领域的专家建议组；它有2组来自各个参与国家的专家组成（医生和工程师组）。我是来自

布鲁塞尔的工程师。布鲁塞尔自由大学核医学系的AndréErmans教授是我的比利时同事。COMAC在欧洲生物医学团体的融资方面提建议。大约35个项目被确定，项目范围从心电图处理，到人工皮肤，到生物相容性。每个项目都会有一个项目负责人来在欧洲某个地方组织研讨会——通常在一个希腊小岛——并在布鲁塞尔汇报给我们。每年大约会组织110个这样的研讨会。当然，你不可能全都参加。我挑选出遥测技术、人工电子耳蜗、心电图处理、生物化学传感器等。这真的是了解生物电子学的绝佳机会。

在我人生这个阶段我学会了两件事。第一，没有生物电子学这码事。电子学在医学应用的所有方面都能被其他学科很好地覆盖，比如微电子设计、生物化学、生理学和矫形外科学。声称是生物电子学专家的人必须也是在这些方面都是专家的人。第二，没有最终答案，只有进步。在技术领域比如电子学，会有一个最终的产品，它依据有限的技术参数工作。在生物医学领域不是这样的。事物一直在改善；他们永远不会达到最终状态。所以，一个人的一生都可以奉献给这些“生物电子学”问题中的任一个。

更多欧洲层面的事

在20世纪70年代早期，我们都有点更欧洲化了。1976年，我成为布鲁塞尔Esprit 咨询委员会的一员，它是欧盟支持研究的第一个框架项目。大多数支付的资金都用于技术，就像12家公司——飞利浦、西门子和意法半导体名列其中——所说的这是欧洲的未来。现在框架项目7正在进行，内容更应用驱动化，这被认为是欧洲的未来。

大约同时，我成了半导体大学公报（SUB）的秘书长。SUB是欧洲拥有半导体技术实验室和半导体物理教学的大学的组织。它由屯特的O. Memelink教授、亚琛的W. Engl教授、劳万拉奴富的P. Jespers教授、鲁汶的R. Van Overstraeten教授创建。我成为这个组织的秘书长时，SUB已经拥有近30个来自全欧洲及南非的成员。成员需要在公报做报告和参加由某个成员组织的年度会议。我发现在一些技术设备比如熔炉、溅射系统、离子注入设备等方面的讨论很有用。不同大学在微电子领域的教育规划被讨论和比较，这还是第一次。在欧洲半导体技术领域思想建立过程中，SUB扮演了重要角色。它成了所有半导体活动组织的聚集地。这个欧洲网络在欧洲层次上获取科研经费是必需的。然而SUB最近解散了，由于不同的泛欧州项目已经提供了足够多的机会去见面和交换经验。

一个甚至更有效的定义项目的网络是欧洲模拟研究网络（NEAR），由来自不同机构和大学的代表 D. Samani, H. Casier, D. Logie, F. Dielacher, L. Moore, F. Maloberti, Y. Tsividis, J. da Franca, 和J. L. Huertas，还有作为主席的我，欧盟办公室的D. Broster 和M. Cecchini发起。NEAR的目的是在欧洲产生更多的模拟设计者。NEAR组织了研讨会和定义了项目。我们还有一个NEAR新闻通讯，里面列出了与模拟设计相关的时事和对会议的印象。它还有一个用来讨论问题的角落。你可以向模拟博士（见图10）问具体设计问题的答案。它一度曾有220个成员。不幸的是，由于缺乏欧盟的资金支持，NEAR 四年后消失了。尽管如此，它仍是一个伟大的倡议。不管怎样，这些年仍有很多模拟设计者问起它。

图10 模拟博士

在我们领域合作方面欧洲最重要的发展史模拟设计进展研讨会（AACD）的建立。代尔夫特大学的Han Huijsing提出了模拟设计的真实研讨会的想法。Rudy van de Plassche和我都赞同形成一个这样的研讨会，只要满足三个条件：它必须包含三天，每天由6个邀请的演讲人讨论一个话题，每天的最后选出一个专家组。它必须放在一个方圆100千米以内能找到100个设计者的地

方。最后，它必须足够贵以限制有60个左右参与者。（否则，它就不再叫研讨会啦。）AACD于1992年在荷兰席凡宁根开启（见图11）并且仍在进行。第20届AACD研讨会将由Michiel Steyaert组织，于2011年四月5日至7日在鲁汶召开。它是全世界最好的模拟设计研讨会，因为它允许大量的讨论。严肃地讲，这是那些从事模拟设计的人所必须的。

图11 1992年AACD创始会员：（左至右）Rudy Van de Plassche, Willy Sansen, and Han Huijsing

我职业生涯中最重要的欧洲层面的事当属欧洲固体电路会议（ESSCIRC）。第一次会议于1975年在英国坎特伯雷举行，我也参加了。ESSCIRC都是于九月在欧洲一个地方召开。下一次会议将于2011年在赫尔辛基召开；接下来几年将陆续在波尔多、布加勒斯特、威尼斯召开。图12展示了我和ESSCIRC2007主席Doris Schmitt-Landsiedel教授、SSCS执行理事Anne O’Neill在慕尼黑的合影。

图12 Willy Sansen, Anne O’Neill, 和Doris Schmitt-Landsiedel 在慕尼黑的ESSCIRC 2007会议我参加了所有的ESSCIRC会议，除了两个——这两次我都在美国休假。它已经成了设计者、管理者、学者等讨论项目和各种合作的在欧洲最重要的聚集地。这是为什么我发现参与所有列入IEEE Xplore的ESSCIRC，甚至1975年的第一次，如此重要。

国际固体电路会议（ISSCC）是ESSCIRC的大哥哥。它是固体电路界最重要的会议，因为它有最高的与会人数和发表的论文数之比（大约是15，这个数字比其他会议高很多）。在鲁汶，这个数字被称为Sansen因子因为我经常用它来比较会议并建立它们的优质因子。在ISSCC上发表一篇论文足以让全世界都知道。这样做极大地促进了公司的项目，因为所有公司都参加ISSCC。我不能看出一个模拟设计者怎样才能跳过这个会议而仍称自己是专家。

我是第一个成为这个会议的项目主席的欧洲人。这是在2002年。这一年以前，在2001年9月11日，我在前往华盛顿出席论文排序会议的飞机上。我从没这样过。在飞机应该着陆前几个小时，它改航飞往纽芬兰省圣约翰市。没给出任何解释。我们是停在那个小飞机场门口的五架飞机之一，我们在飞机里面等啊等。几个小时以后，17架飞机并排停着。当我最终用我的三重频带手机和夫人接通电话，我努力让她安心说我遇到一个小延误并且很快继续飞往华盛顿。她说：“让我告诉你发生了什么。”她已经在电视上看到了这一切。我不能让我飞机上的邻居相信发生了什么。我们花了几个小时才从飞机上出来进入一辆大巴前往圣约翰的冰球体育场。在那里我们看挂在冰上的大屏幕和那架飞机一次又一次撞击塔而看到麻木。然后我们坐上另一辆大巴并在圣约翰市游荡收集宾馆的人们，那里被送去了太多人。最终，我们到了一个叫神圣之心的学校的一个橡胶垫上。我在和其他15个人在412教室。我们感觉极度疲惫并很感激神圣之心学校，这一幕我历历在目。三天以后我成功回到家里。这之后再也没有论文排序会议了。会议电话取而代之。

有趣的电路

像ISSCC和ESSCIRC这样的会议报告模拟设计的各个方面。大多数电路使用基本

的电路模块构成。我们都知道电路模块都是用差分对和镜像电流构建的。然而，这里有一个应该得到更多关注的电路模块。它是个四输入差分电流放大器（见图13）——所有模拟电路中最有趣和万能的信号处理模块之一。它有达4个输入和2个输出，能工作在近0.5V的供压。

图13 (a)四输入差分电流放大器(b)电压输入

这个电路是一个镜像电流的两个共源共栅级插入的结果，第一次由Rijns完成。只有输入电流I3和I4被用到。另外两个输入电流I1和I2可以被加上，导致出一个双电流差分放大器。通常不是所有输入电流含有交流分量，但它们可以。这种情况下，输出电流在图13(a)中给出。输入电源的一部分可以用电压源来替代。一种聪明的引入电压源的方法如图13(b)所示，它把这个放大器转换成AB级放大器。许多设计者称为了节省能耗，未来所有模拟电路都将会是AB 级。然而，失真会阻止他们采取这样的路线。或许这个有趣的电路最大的挑战是它能在很低的供压下工作。无论哪个通路，它都只需要一个VGS+VDSsat的电压。对于一个0.3V的VT，供压因此可以仅仅为0.7V（如果晶体管在微弱的反相工作，会小更多）。

会议上多数注意力在模数转换器（ADCs）和Δ-Σ转换器上。我第一次听说Δ-Σ信号处理是1978年从意大利比萨大学的一个信号处理领域教授那里听说的。他想要用Δ-Σ技术来抽取心电图（ECG）信号的基本参数。后来，我的第一个博士在Frank Op ‘t Eynde的指导下把这样的技术用于非对称数字用户线路（ADSL）技术（1990），以安特卫普的阿尔卡特公司的名义。

Δ-Σ转换器的美丽在于你不用知道它的全部也可以让它工作。所有技术参数都和失真与噪声有关，它们是模拟设计基本的限制。此外，它混合了模拟和数字信号。这是为什么它对任何声称要成为更好的模拟设计者所必须掌握的。我的学生和我从那时起已经设计了如此多这样的转换器！

Δ-Σ转换器努力做功耗妥协，所有ADCs，而且所有模拟电路都面临着同样的挑战。事实上，功耗用来增加速度和减少噪声（和失真）。所有品质因数因此包括功耗、信噪比（SNR）或信号噪声失真比（SNDR）、和速度。多年来看这些品质因数来怎么改变已经成为一种兴奋，但它们从来不像要饱和的样子。然后，不清楚这是因为技术的进步使得它们的沟道长度一直减小，还是由于设计者的独具匠心。

网上模拟设计

一些设计者在做模拟设计中失去了他们的快乐。他们再也不能接受来自可能成不了最好的设计者的挫折感。他们看着可能的选择。他们在网上寻找模拟IP。当然，他们绝不会找到他们要找的东西——那根本不存在。然而，搜索是很好的。它产生接下来设计什么的想法。出售IP是个好生意：它们一夜之间就可能过时，常常是因为技术升级或技术参数被稍微改动。它像气泡一样出售，那么谁会说能够出售气派不是好生意？

基于网络内容的模拟设计是一种短期答案。设计者希望跳过insight阶段，无论如何解决问题。不用说，这是一种冒险的设计途径。一个已被设计的特定模块的技术参数和设计者必须遇到的一样，这个概率很低。当然，技术参数的相对重要性是不一样的。网上找到的模块因此不是最佳的，从对应于所需要的速度、噪声等的功耗的方面来说。对非最优的设计满意的设计者的确能凭借搜索关键词IP 模块在网上找到一切。然而，他们决不能提供最好的答案。

此外，从网上挑模块让设计者跳过了设计中最重要的任务，那就是建立insight。随着时间推移请我们不要怀疑insight。没有insight的产生，大量时间会被浪费。如果设计步骤正确，短时间内也能得到许多insight。模拟设计变得越来越复杂，而数字设计用来解决简单的问题。只有更好的insight才能满足永远复杂的模拟答案的设

计。更多insight是一种长期的答案，是设计者本身的未来的一种投资。

没有insight模拟设计是不可能的。通常的电子学并非如此（见图14）。在网上搜索百科全书不会有大帮助。

图14 模拟设计比普通电子设计需要和服从更多的insight

Insight让设计者在无数技术参数中“抓住”正确的妥协。模拟设计需要妥协。人生也是！另一方面，做出妥协很有趣。它给一个人以能力的感觉。模拟设计，和它的妥协，引导出更大的insight。它产生直觉，要变得对下一个设计更有效率，直觉是很必要的。

问题是这样的：如果我们同意创造一个专家需要10000个小时，那么我们怎样改变网络内容从而我们需要小于10000个小时就做到？很清楚，像多数出版纸制品一样的含有图片的文字的叠加，不是正确的格式。同样很清楚，网络的使用总是断裂的。我们绝没有投入足够长时间的精力去完全消化我们阅读的东西。在更多技术方面，网络反馈的是短期或工作记忆而不是对insight有增长作用的长期记忆。使用网络改变我们的大脑。当然正面的改变会超过负面的改变。我只是不能相信掌握大量数据只会带来负面效应。

我们怎样把掌握大量模拟电路转变为一种优势呢？我们怎样减少那10000个小时呢？我看有2个要求。我们首先需要选择，然后是数据层次。一些同行评审，需要决定什么是值得阅读的。举个例子，一份像IEEE 固体电路大会这样的综述是必须的。我们甚至可以走更远一步，评审者的评论和他们的名字可以同内容一道出版。这样，做一个更有效率的选择将会是有可能的。

第二个要求是层次。技术论文仍像几世纪以前创作的文本一样的方式书写。他们包含连续不断的文字和图片。很显然有另一种方法来传递一个模拟电路后面的信息。在最高的层次上，我们需要一些索引；下面一个层次，需要一个摘要；然后是所有技术参数；然后是一个电路；然后是所有子电路；最后，它是怎么和为什么工作的。有了这样一个层次，在网上浏览会更有效率。

为什么音乐产生更好的模拟设计

早年玩音乐导致更好的左右脑连接。它当然在我的人生中扮演了重要角色。在我7岁的时候音乐出现在我面前，它从没离开过。作为一个小孩，我在当地乐队学会了音乐。我爸爸想学会念字之后，读音乐是自然的第二步。一年以后，我收到一个礼物单簧管来吹奏。它必须很小因为我才7岁。这是我如何开始吹奏一个E调单簧管，这我保持到16岁。然后我换去吹B调单簧管，它差不多比E调的长50%重50%，但它能吹出如此甜美的音调所以我仍然在吹奏它。

当地乐队不是个草坪乐队。它包括单簧管手，扮演着交响乐团中小提琴手的角色。它主要表演古典影月，特别是歌剧选段。我加入了那支乐队因为我爸爸在那里吹奏长笛，我爷爷也是成员，他演奏bariton——一种更小版本的大号。

我在这个乐队演奏直到我去上大学为止。在那儿我学会了双簧管并在大学的交响乐团演奏。我大学的最后一年，我在根特的心理声学和电子音乐学院（IPEM）上了一个课。我发现这非常有趣因为我最终形成了一些在电学信号和他们产生的声音之间的关系的insight。这也从未离开过。

现在我在一个演奏古典室内音乐的三重奏里演奏单簧管。图15所示的照片摄于2006年，是在一个勃拉姆斯单簧管三重奏排练之后。

图15 由Raoul Vereecken (钢琴), Willy Sansen (单簧管), 和Arthur Spaepen (大提琴)组成的三重奏为什么音乐跟模拟设计有很多相似之处是有很多原因的。它需要妥协，而且它很有趣。你永远达不到完美。那里总有提升的空间。你在这方面做得越多，你建立起越多insight和直觉，这能让你下一次表现更好。

此外，音乐诗在一个更高层次的交流。它反馈给你直觉和思考能力。它能产生和他人分享，事实上是更丰富的感情和感觉。它提升了生活的品质。

一个更好的老师

一个好老师要满足两个要求：他是一个专家，而且他富有热情地展示他的知识。也许我们都知道这，但不止这些。Gardner写了一本优秀的关于教育的书籍。

我第一次经历我叫做“教育的二分法”的事情是我开始去向其他学生解释乐谱阅读时。到14岁时，我懂得足够的音乐知识因此我和其他五个同学一起参与教音乐，学生是在比利时波珀灵厄我的学校成立的一个新乐队。那是一种奇怪的感觉。

首先，你对学生似乎并不懂对你来说很显然的东西而烦恼。你感觉被迫地去展示你的确知道。这是那么容易允许你自己炫耀！另一方面，你为似乎不懂如此基本的信息的人为遗憾。你从哪里开始去帮助他呢？我逐渐明白帮学生学会你知道的1%，下一次学会另外1%是足够的。在一个课堂上一个学生马上明白被教的至少1%真的很重要。没有掌握一些东西他不能离开教室。在所有方面至少一样必须被解释得非常详细。我从没忘记这点。它让我成为一个更好的老师。

我第二次学习教育是我17岁上中学时。同学们被鼓励坐在我教室里的座位旁边来讨论数学和物理问题的答案。让我吃惊的是，居然有这么多人来，虽然我并不知道所有答案。从这里我学习了discere docendi，意思是“以教为学”。如果你被迫去解释一些你不知道的东西，然后那个问题中会出现一个裂缝，光就照进来了。

我第三次学习教育是在比利时鲁汶大学固体物理实验室。这个实验室和Roger Van Overstraeten教授的固体物理课程有关，他几年以前开始教这个课。我需要向同学们讲解如何制作一个台面二极管和如何预测它的性能。准备好了是指你懂得关于它的所有事。然而，在这个时候我不确定我能否把我的insight富有热情地表达出来。

我第四次介入教育是在加州伯克利大学作为Bob Meyer 和Paul Gray研究和教学助理。这里学生的背景比在鲁汶的学生更多样化。有时需要一番努力才能让他们对事情明了。从这儿我学会了很多。

从那时起我已经做了很多教学工作，而且我仍在教模拟设计。我仍然想要知道关于它的一切，我努力去富有知识和热情地展示材料。我由衷地努力压制炫耀的趋势，但我要确保每个听课的人至少听懂我教的1%。每次我解释一些我不懂的东西，更多的光会照进来。那道光是教学的美丽之处，特别是无限复杂的话题比如模拟设计。

现在我用我的幻灯片课本来教学。这些幻灯片我也用来展示关于它的一切。每张幻灯片只展示insight的一个三角洲。这样，同学们跟随上进度是没问题的。之后他可以再阅读我说的东西。我把它叫做模拟设计要领。这些幻灯片包括一个只读型光盘，所以其他老师也可以用它。不少人用。

没有内容或没有热情都没有教学。内容与工业合作才能都发展。企业指导在市场中什么能成功。他们知道接下来什么该被发展（或研究）。这是我为什么为GTE公司的一个专用自动电话交换机（PABX）系统而参与到4个10-μm PMOS设计中去，这时1973年我才刚在比利时立足，就在我在伯克利拿到博士学位之后。我从来没有放弃努力和工

业界共事。我职业生涯一答部分花在收购工业界的项目上。然而，这一点儿也不容易。“为了着手做不必去希望，为了坚持不必去成功。”是我的座右铭，由15世纪知名前辈比如Charles the Bold 和William of Orange 阐述的如此好。

在我的教学中大多数技术内容是从我大学团队的博士论文中得出的。把博士论文的内容转变成可以用于教学的一打PPT幻灯片是一项很有益的锻炼。说实话，有时候我这样做之后我才完全明白一篇论文讲的所有东西。

大多数我的教学已经在比利时鲁汶大学实施。我最后一次上课时在2008年五月（见图16）。

图16 2008年作者最后一次在鲁汶上课

同时，我已经在洛桑为MEAD教育做讲座。因为很多著名的演讲者在洛桑露面，我很开心和他们在一起（见图17）。它是极少数几个向所有演讲者分发来自与会者评论的机构之一。这个反馈帮助我很多。

图17 洛桑的演讲者：（左至右）G. Temes, W. Sansen, H. Casier, E. Vittoz, 和B. Gilbert.

当然，当我在学术休假时我总是教模拟设计课。我上一次在美国休假是1984年在费城度过，Jan Van der Spiegel 和Ken Laker （见图18）组织了一次旅行。这次停留导致了一本完完整整的教科书，可惜已绝版。

图18 （左至右）W. Sansen, J. Van der Spiegel, 和K. Laker 在费城

教学老师更多回报，因为他们要把信息传递出去。我最近多数教老师的课程去年由IMEC组织。这些老师都来自中国不同的大学（见图19）。他们的热情和约会真是势不可挡。

图19 2009年在中国教学

比利时鲁汶大学我们ESAT-MICAS组织和来自全世界的企业共事，包括欧洲、美国、日本和很多其他地区。现在我已经开始教相同的企业——一种理想的交流。我们也支持了许多我们ESAT-MICAS组织的分支。第一个是Silvar-Lisco；后来是Ansem 和ICSense；最近是zenso，以后会有更多。这样，就形成了一个闭环。

给学生的建议

因为我已经成为一个老师这么长时间了，所以我有一些给学生的建议：

1）成为一个专家。一生中必须至少有一个小东西你懂得关于它的一切。它以后可以被扩展，但滋养那个“世界第一”的东西。不要畏惧深度！定期地阅读和咨询一个IEEE期刊，并定期更新你特别懂的领域的知识。

2）作为一个专家被人熟知。别人知道你是一个小领域的专家很重要。在一次会议或研讨会上让他们指导，或者在当地的研讨

会上展示你的知识。

3）在国际性层次上玩；做一个国际性交流者。不要忘了世界正越来越全球化。被全世界熟知。

4）做展示。分享知识和经验和交流一样重要。为了所有人的利益在技术上发挥作用。

5）成为IEEE会员。这会促成以上所有建议。

结论和致谢

我热爱模拟设计因为它和妥协打交道，就像人生本身。它推动你去做你的做好。我已经努力解说某个其他活动怎样能引导你做更好的模拟设计。一个人第一次接触的技术玩意儿当然起一定作用，但一个人在人文和任何其他塑造你人生的事方面的经历也有作用。

最后，和同事、朋友们的联系能照亮模拟设计（人生）中的答案。这就是为什么我想要尊敬那些优于我和帮我选择正确的路的人。他们包括Roger Van Overstraeten，他是我在鲁汶的硕士生论文建议者，在我读完伯克利的博士后说服我回到鲁汶。我从Bob Meyer那里学习了失真和噪声，他是我在伯克利的博士论文建议者。我还想提一下Hugo Deman，他总是领先几步。他在60年代后期与我同在鲁汶大学电子工程系的同一个办公室里做研究助理。70年代早期他与我同在伯克利，他和我一样久在鲁汶工作。

我和我的博士分享了我在模拟设计方面的大多数冒险。我把他们全部列在侧边栏了，我感谢他们为大学里所有的美丽和有益的共度时光。我也从和大学里ESAT-MICAS 部门的同事的交流中得到了很多快乐。在那里第一批加入我的是Bob Puers 和Michiel Steyaert；然后是Georges Gielen, Wim Dehaene；最近是Patrick Reynaert。我相信他们都是戴着更好的模拟设计者的光环而来，并且他们想要保持这样。我希望我没有阻碍他们设定他们自己的未来并且在大学里他们享受像我一样很大的自由。他们都在图20所示的照片里，和他们的夫人一起；这张照片拍摄于我们年度员工大会之后。

图20 ESAT-MICAS职员和他们的妻子

参考文献

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trans istors,” IEEE J. Solid-State Circuits, vol. SC-7, pp. 492–498, Dec. 1972.

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[10] W. Sansen, Analog Design Essentials. New York: Springer-Verlag, 2008.

集成电路-微电子-学习中概念解释

1:SOI（Silicon-On-Insulator，绝缘衬底上的硅）技术是在顶层硅和背衬底之间引入了一层埋氧化层。通过在绝缘体上形成半导体薄膜，SOI材料具有了体硅所无法比拟的优点：可以实现集成电路中元器件的介质隔离，彻底消除了体硅CMOS 电路中的寄生闩锁效应；采用这种材料制成的集成电路还具有寄生电容小、集成密度高、速度快、工艺简单、短沟道效应小及特别适用于低压低功耗电路等优势，因此可以说SOI将有可能成为深亚微米的低压、低功耗集成电路的主流技术。通常根据在绝缘体上的硅膜厚度将SOI分成薄膜全耗尽FD（Fully Depleted）结构和厚膜部分耗尽PD（Partially Depleted）结构。由于SOI的介质隔离，制作在厚膜SOI结构上的器件正、背界面的耗尽层之间不互相影响，在它们中间存在一中性体区，这一中性体区的存在使得硅体处于电学浮空状态，产生了两个明显的寄生效应，一个是"翘曲效应"即Kink 效应，另一个是器件源漏之间形成的基极开路NPN寄生晶体管效应。如果将这一中性区经过一体接触接地，则厚膜器件工作特性便和体硅器件特性几乎完全相同。而基于薄膜SOI结构的器件由于硅膜的全部耗尽完全消除"翘曲效应"，且这类器件具有低电场、高跨导、良好的短沟道特性和接近理想的亚阈值斜率等优点。因此薄膜全耗尽FDSOI应该是非常有前景的SOI结构。 目前比较广泛使用且比较有发展前途的SOI的材料主要有注氧隔离的SIMOX(Seperation by Implanted Oxygen)材料、硅片键合和反面腐蚀的BESOI(Bonding-Etchback SOI)材料和将键合与注入相结合的Smart Cut SOI材料。在这三种材料中，SIMOX适合于制作薄膜全耗尽超大规模集成电路，BESOI 材料适合于制作部分耗尽集成电路，而Smart Cut材料则是非常有发展前景的SOI 材料，它很有可能成为今后SOI材料的主流。 2:速度过冲 Velocity overshoot effect （1）基本概念： 速度过冲效应（Velocity overshoot effect）是半导体载流子在强电场作用下所产生的一种瞬态输运现象。另外一种重要的瞬态输运现象是弹道输运。速度过冲效应所表现出来的效果就是载流子的漂移速度超过正常的定态漂移速度。这种效应对于小尺寸器件以及化合物半导体器件等的性能的影响比较大，可有效地提高器件的工作频率和速度。与速度过冲相对应的一种瞬态输运现象是速度下冲，即是突然去掉强电场时所产生的漂移速度低于定态速度的一种现象。（2）产生机理： 产生速度过冲的原因就在于半导体中载流子的动量弛豫时间远小于其能量弛豫时间，这实际上也就意味着，在强电场作用下，载流子能够很快地获得很大的动量，而相应地较难于获得很高的能量。这是由于载流子在强电场作用下获得动量的机理与获得能量的机理不同所致。由于晶体中能够提供能量和动量的客体通常是声学波声子和光学波声子，而一般声学波声子的动量较大、能量较小，光学波声子的能量较大、动量较小，所以在强电场作用下，载流子所获得的动量主要是来自于声学波声子，而所获得的能量则主要是来自于光学波声子。因为载流子从声学波声子处获得动量的速度要大于从光学波声子处获得能量的速度，所以在强电场作用下，载流子即会很快地通过与声学波声子的散射而获得动量、并达到很大的漂移速度，而与此同时其能量却可能仍然将处于原来较低的状态，需要通过较长一段时间才能达到相应的较高能量的状态；于是，这时载流

微电子学与集成电路分析

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

微电子的发展以及在医学上的应用

微电子技术发展趋势展望以及在医学中的应用 摘要： 电子技术是现代电子信息技术的直接基础。微电子技术的发展大大方便了人们的生活。它主要应用于生活中的各类电子产品，微电子技术的发展对电子产品的消费市场也产生了深远的影响。本文主要介绍了对微电子技术的认识、发展趋势以及微电子技术在医学中的应用。引言： 一、微电子技术的认识、发展历史以及在社会发展中所起的作用 1、微电子技术的认识 微电子技术，顾名思义就是微型的电子电路。它是随着集成电路,尤其是超大规模集成电路而发展起来的一门新的技术。 微电子技术是在电子电路和系统的超小型化和微型化过程中逐渐形成和发展起来的,其核心是集成电路,即通过一定的加工工艺,将晶体管、二极管等有源器件和电阻、电容等无源器件,按照一定的电路互联,采用微细加工工艺,集成在一块半导体单晶片(如硅和砷化镓) 上,并封装在一个外壳内,执行特定电路或系统功能。与传统电子技术相比,其主要特征是器件和电路的微小型化。它把电路系统设计和制造工艺精密结合起来,适合进行大规模的批量生产,因而成本低,可靠性高。它的特点是体积小、重量轻、可靠性高、工作速度快，微电子技术对信息时代具有巨大的影响。它包括系统电路设计、器件物理、工艺技术、材料制备、自动测试以及封装、组装等一系列专门的技术,是微电子学中的各项工艺技术的总和。 2、发展历史 微电子技术是十九世纪末,二十世纪初开始发展起来的新兴技术,它在二十世纪迅速发展,成为近代科技的一门重要学科。它的发展史其实就是集成电路的发展史。1904 年,英国科学家弗莱明发明了第一个电子管——二极管，不就美国科学家发明了三极管。电子管的发明,使得电子技术高速发展起来。它被广泛应用于各个领域。1947 年贝尔实验室制成了世界上第一个晶体管。体积微小的晶体管使集成电路的出现有了可能。之后,美国得克萨斯仪器公司的基比尔按其思路,于1958 年制成了第一个集成电路的模型,1959 年德州仪器公司宣布发明集成电路。至此集成电路便诞生了。集成电路发明后,其发展非常迅速,其制作工艺不断进步,规模不断扩大。至今集成电路的集成度已提高了500 万倍,特征尺寸缩小200 倍,单个器件成本下降100 万倍。 3、微电子技术的应用 微电子技术广泛应用于民用、军方、航空等多个方面。现在人类生产的电子产品几乎都应用到了微电子技术。可以这么说微电子技术改变了我们的生活方式。 微电子技术对电子产品的消费市场也产生了深远的影响。价廉、可靠、体积小、重量轻的微电子产品，使电子产品面貌一新；微电子技术产品和微处理器不再是专门用于科学仪器世界的贵族，而落户于各式各样的普及型产品之中，进人普通百姓家。例如电子玩具、游戏机、学习机及其他家用电器产品等。就连汽车这种传统的机械产品也渗透进了微电子技术，采用微电子技术的电子引擎监控系统。汽车安全防盗系统、出租车的计价器等已得到广泛应用，现代汽车上有时甚至要有十几个到几十个微处理器。现代的广播电视系统更是使微电子技术大有用武之地的领域，集成电路代替了彩色电视机中大部分分立元件组成的功能电路，使电视机电路简捷清楚，维修方便，价格低廉。由于采用微电子技术的数字调谐技术，使电视机可以对多达100个频道任选，而且大大提高了声音、图像的保真度。 总之，微电子技术已经渗透到诸如现代通信、计算机技术、医疗卫生、环境工程在源、交通、自动化生产等各个方面，成为一种既代表国家现代化水平又与人民生活息息相关的高新技术。 4、发展趋势

微电子技术的发展历史与前景展望

微电子技术的发展历史与前景展望 姓名：张海洋班级：12电本一学号：1250720044 摘要：微电子是影响一个国家发展的重要因素,在国家的经济发展中占有举 足轻重的地位，本文简要介绍微电子的发展史，并且从光刻技术、氧化和扩散技术、多层布线技术和电容器材料技术等技术对微电子技术做前景展望。 关键词：微电子晶体管集成电路半导体。 微电子学是研究在固体（主要是半导体）材料上构成的微小型化电路、电路及系统的电子学分支，它主要研究电子或粒子在固体材料中的运动规律及其应用，并利用它实现信号处理功能的科学，以实现电路的系统和集成为目的，实用性强。微电子产业是基础性产业，是信息产业的核心技术，它之所以发展得如此之快，除了技术本身对国民经济的巨大贡献之外，还与它极强的渗透性有关。 微电子学兴起在现代，在1883年，爱迪生把一根钢丝电极封入灯泡，靠近灯丝，发现碳丝加热后，铜丝上有微弱的电流通过，这就是所谓的“爱迪生效应”。电子的发现，证实“爱迪生效应”是热电子发射效应。 英国另一位科学家弗莱明首先看到了它的实用价值，1904年，他进一步发现，有热电极和冷电极两个电极的真空管，对于从空气中传来的交变无线电波具有“检波器”的作用，他把这种管子称为“热离子管”，并在英国取得了专利。这就是“二极真空电子管”。自此，晶体管就有了一个雏形。 在1947年，临近圣诞节的时候，在贝尔实验室内，一个半导体材料与一个弯支架被堆放在了一起，世界上第一个晶体管就诞生了，由于晶体管有着比电子管更好的性能，所以在此后的10年内，晶体管飞速发展。 1958年，德州仪器的工程师Jack Kilby将三种电子元件结合到一片小小的硅片上，制出了世界上第一个集成电路（IC）。到1959年，就有人尝试着使用硅来制造集成电路，这个时期，实用硅平面IC制造飞速发展.。 第二年，也是在贝尔实验室，D. Kahng和Martin Atalla发明了MOSFET，因为MOSFET制造成本低廉与使用面积较小、高整合度的特点，集成电路可以变得很小。至此，微电子学已经发展到了一定的高度。 然后就是在1965年，摩尔对集成电路做出了一个大胆的预测：集成电路的芯片集成度将以四年翻两番，而成本却成比例的递减。在当时，这种预测看起来是不可思议，但是现在事实证明，摩尔的预测诗完全正确的。 接下来，就是Intel制造出了一系列的CPU芯片，将我们完全的带入了信息时代。 由上面我们可以看出，微电子技术是当代发展最快的技术之一，是电子信息产业的基础和心脏。时至今日，微电子技术变得更加重要，无论是在航天航空技术、遥测传感技术、通讯技术、计算机技术、网络技术或家用电器产业，都离不开微电子技术的发展。甚至是在现代战争中，微电子技术也是随处可见。在我国，已经把电子信息产业列为国民经济的支拄性产业，微电子信息技术在我国也正受到越来越多的关注，其重要性也不言而喻，如今，微电子技术已成为衡量一个国家科学技术进步和综合国力的重要标志，微电子科学技术的发展水平和产业规模是一个国家经济实力的重要标志。

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。其中所有元件在结构上已组成一个整体，使电子元件向着微小型化、低功耗、智能化和高可靠性方面迈进了一大步。它在电路中用字母“IC”表示。当今半导体工业大多数应用的是基于硅的集成电路。集成电路具有体积小，重量轻，引出线和焊接点少，寿命长，可靠性高，性能好等优点，同时成本低，便于大规模生产。 而简单来说，集成电路技术便是制造集成电路的技术方法。它涉及半导体器件物理、微电子学、电子学、无线电、光学以及信息学等学科领域的知识。 从产业分工角度，集成电路技术可以分为集成电路加工技术、集成电路测试封装技术以及集成电路设计技术等几方面。 1. 集成电路加工技术 集成电路加工技术主要是通过物理或化学手段在硅材料上生成半导体器件（比如场效应管）以及器件之间的物理互连。这些器件以及器件之间的互连构成的电路功能要符合系统设计要求。集成电路加工技术涉及的知识包括半导体器件物理、精密仪器、光学等领域，具体应用在工艺流程中，包括注入、掺杂、器件模型、工艺偏差模型、成品率分析以及工艺过程设计等。在近十几年的时间里，集成电路加工工艺水平一直按照摩尔（Moore）定律在快速发展。 2.集成电路测试、封装技术 集成电路测试包括完成在硅基上产生符合功能要求的电路后对裸片硅的功能和性能的

微电子技术在医学中的应用

微电子技术在医学中的应用 随着科技的迅速发展，和医疗水平息息相关的电子技术应用也越来越广泛。微电子技术的发展大大方便了人们的生活，随着微电子技术的发展，生物医学也在快速的发展，微电子技术过去在医学中的主要是应用于各类医疗器械的集成电路，在未来主要是生物芯片。生物芯片技术在医学、生命科学、药业、农业、环境科学等凡与生命活动有关的领域中均具有重大的应用前景。微电子技术与生物医学之间有着非常紧密的联系。 生物医学电子学是由微电子学、生物和医学等多学科交叉的边缘科学，为使得生物医学领域的研究方式更加精确和科学，所以将电子学用于生物医学领域。在生物医学与电子学交叉作用部分中最活跃、最前沿、作用力最大的一项关键技术就是微电子技术。特别是随着集成电路集成度的提高和超大规模集成电路的发展，元件尺寸达到分子级，进入了分子电子学时代，用有机化合物低分子、高分子和生物分子作芯片，它们具有识别、采集、记忆、放大、开关、传导等功能，更大大促进了医学电子学的发展。 以下将主要从生物医学传感器、植入式电子系统、生物芯片这三个方面结合当前国际上最新进展来介绍两者之间的关系与发展。 一、生物医学传感器 生物医学传感器是连接生物医学和电子学的桥梁。它的作用是把人体中和生物体包含的生命现象、性质、状态、成分和变量等生理信息转化为与之有确定函数关系的电子信息。生物医学传感器技术是生物医学电子学中一项关键的技术，是发展生物技术必不可少的一种先进的检测方法与监控方法，也是物质分子水平的快速、微量分析方法。因为生物传感器专一、灵敏、响应快等特点，为基础医学研究及临床诊断提供了一种快速简便的新型方法，在临床医学中发挥着越来越大的作用，意义极为重大。 常见的生物医学传感器主要可分为以下几种：电阻式传感器，电感式传感器，电容式传感器，压电式传感器，热电式传感器，光电传感器以及生物传感器等。 医学领域的生物传感器发挥着越来越大的作用。在临床医学中，酶电极是最早研制且应用最多的一种传感器。利用具有不同生物特性的微生物代替酶，可制成微生物传感器，广泛应用于：药物分析、肿瘤监测、血糖分析等。 生物医学传感器相较于传统医疗方式具有以下特点： 1、生物传感器采用固定化生物活性物质作催化剂，价值昂贵的试剂可以重复多次使用，克服了过去酶法分析试剂费用高和化学分析繁琐复杂的缺点。因此，这一技成本低，在连续使用时，每例测定仅需要几分钱人民币，术在很大程度上减轻病患医疗费用上的负担。

2019年北大软件与微电子学院集成电路工程考研复试时间复试内容复试流程复试资料及经验

2019年北大软件与微电子学院集成电路工程考研复试时间复试内容 复试流程复试资料及经验 随着考研大军不断壮大，每年毕业的研究生也越来越多，竞争也越来越大。对于准备复试的同学来说，其实还有很多小问题并不了解，例如复试考什么？复试怎么考？复试考察的是什么？复试什么时间？复试如何准备等等。今天启道小编给大家整理了复试相关内容，让大家了解复试，减少一点对于复试的未知感以及恐惧感。准备复试的小伙伴们一定要认真阅读，对你的复试很有帮助啊！ 专业介绍 集成电路是二十世纪的人类最重要科技发明之一，它的发明标志着人类进入信息时代。集成电路被广泛运用于国家经济建设、社会发展和国防安全的方方面面，起到了不可替代的核心作用。 集成电路工程是研究生层次招生专业，属于电子科学与技术、仪器科学与技术、电气工程、控制科学与工程、信息与通信工程等一级学科交叉领域。本专业是信息科学的重要组成部分，其主要理论和方法已广泛应用于信息科学的各个领域。 复试时间 复试时间：3月19、20日； 复试地点：软件与微电子学院（大兴校区）（地址：北京市大兴工业开发区金苑路24号）。 复试内容（科目） 复试分数线

复试流程 (1) 院系应及时公布复试细则(含复试时间、地点和复试成绩计算规则等信息)和复试名单。考生可登录院系网站查询，并按要求参加复试。 (2) 硕士研究生招生考试复试费标准为 100 元/人次，由院系于复试前收取。参加两次及以上专家组复试的复试费按次收取。 (3) 复试专家组秘书要在复试时填写《北京大学 2018 年硕士研究生招生复试情况记录表》。 (4) 复试可结合学科特点和培养要求，通过笔试、面试、实践操作等灵活多样的方式突出对考生专业素质、实践能力和创新精神的方面的考核。 如仅对考生进行面试，院系须设立一定数量的题库，事先确定评分标准，由考生随机抽取适量的试题进行回答。试题难度要适中，并应尽量避免问题的随意性和偶然性。综合面试

(完整word版)微电子技术概论期末试题

《微电子技术概论》期末复习题 试卷结构： 填空题40分，40个空，每空1分， 选择题30分，15道题，每题2分， 问答题30分，5道题，每题6分 填空题 1.微电子学是以实现电路和系统的集成为目的的。 2.微电子学中实现的电路和系统又称为集成电路和集成系统，是微小化的。 3.集成电路封装的类型非常多样化。按管壳的材料可以分为金属封装、陶瓷封装和塑料封装。 4.材料按其导电性能的差异可以分为三类：导体、半导体和绝缘体。 5. 迁移率是载流子在电场作用下运动速度的快慢的量度。 6.PN 结的最基本性质之一就是其具有单向导电性。 7.根据不同的击穿机理，PN 结击穿主要分为雪崩击穿和隧道击穿这两种电击穿。 8.隧道击穿主要取决于空间电荷区中的最大电场。 9. PN结电容效应是PN结的一个基本特性。 10.PN结总的电容应该包括势垒电容和扩散电容之和。 11.在正常使用条件下，晶体管的发射结加正向小电压，称为正向偏置，集电结加反向大电压，称为反向偏置。 12.晶体管的直流特性曲线是指晶体管的输入和输出电流-电压关系曲线， 13.晶体管的直流特性曲线可以分为三个区域：放大区，饱和区，截止区。 14.晶体管在满足一定条件时，它可以工作在放大、饱和、截止三个区域中。 15.双极型晶体管可以作为放大晶体管，也可以作为开关来使用，在电路中得到了大量的应用。 16. 一般情况下开关管的工作电压为 5V ，放大管的工作电压为 20V 。 17. 在N 型半导体中电子是多子，空穴是少子； 18. 在P 型半导体中空穴是多子，电子是少子。 19. 所谓模拟信号，是指幅度随时间连续变化的信号。 20. 收音机、收录机、音响设备及电视机中接收、放大的音频信号、电视信号是模拟信号。 21. 所谓数字信号，指在时间上和幅度上离散取值的信号。 22. 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。 23. 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、二极

微电子技术的发展

微 电子技术的发展 摘要：微电子技术是科技发展到一定阶段的时代产物，是对当今社会经济最具影响力的高新技术之一。本文主要对微电子技术的概念、发展及其在社会各大产业中的应用进行了浅析的探讨。 【关键词】微电子技术发展应用 微电子技术的核心技术是半导体集成电路，微电子技术的发展及应用影响我们生产生活的方方面面。对促使经济发展，人类的进步有着巨大的影响力。随着社会经济的发展，为了达到社会经济的发展对微电子技术的需求，实现社会经济在技术支持下快捷稳定发展，我们必须要不断地对微电子技术进行优化和改进，积极地探索更深层次的微电子技术知识，使微电子技术更好地服务于社会经济发展。相信微电子技术不仅是在当今，乃至未来社会发展中微电子技术必将是促使社会发展进步的主导产业。 1微电子技术的概念 微电子技术是信息化时代最具代表性的高新技术之一，它的核心技术半导体集成电路技，术由电路设计、工艺技术、检测技术、材料配置以及物理组装等购置技术体系。微电子技术基于自身集成化程度高，反应敏捷、占用空间较小等优势特点目前在有关涉及电子产业中得以广泛的应用。 2 微电子技术的发展现状 国外微电子的发展 自1965年发明第一块集成电路以来，特别是过去的十年中，全球微电子产业一直处于高速发展的时期，推动着信息产业的高速发展。集成电路产业及其产品是带动整个经济增长的重要因素。集成电路已发展到超大规模和甚大规模、深亚微米μ

m)精度和可集成数百万晶体管的水平，现在已把整个电子系统集成在一个芯片上。人们认为：微电子技术的发展和应用使全球发生了第三次工业革命。1965年，Intel 公司创始人之一的董事长Gorden Moore在研究存贮器芯片上晶体管增长数的时间关系时发现，每过18～24个月，芯片集成度提高一倍。这一关系被称为穆尔定律(Moores Law)，一直沿用至今。自从20 世纪50 年代后期集成电路问世以来, 就一直追求在芯片上有更多的晶体管, 能够完成更多的功能, 从一代到下一代芯片的基本价格变化却很小, 这是由于较高的集成度导致完成每项功能的价格降低。这是驱动芯片发展的最基本动力。现在还在向更小的工艺发展。技术飞速的进步, 促使人们不断探究现代半导体器件最终的物理极限。 国内微电子发展 早在1965年，我国的集成电路就开始起步，而此时世界上最著名的芯片制造商英特尔还没有成立。由于体制等众多的原因，我国在这一领域与国外差距越来越大。目前，我国集成电路产业已具备了一定的发展规模，形成了从电路设计、芯片制造和电路封装三业并举，与集成电路有关的主要材料、测试设备、仪器等支持业也相继配套发展，在地域上呈现相对集中的格局，京津、苏浙沪、粤闽地区成为集成电路产业较为发达的区域。。我国集成电路设计业在过去的几年中有了长足的进步，高等院校、科研院所、企业从事集成电路设计的单位越来越多。然而国内集成电路设计企业规模，设计人员的平均数量还未达到国际同类公司的水平。随着信息时代的到来，微电子技术得以快速发展，在信息时代中扮演中重要角色，是影响时代发展的关键技术之一。从微电子技术的发展历程来看，上世纪五十年代贝尔实验室发明了晶体管，晶体管的面世标志着微电子技术的诞生。在随后的几年内经过科学家的不断努力，又发明了集成电路。集成电路的发明为后来的微型计算机的发明奠定了坚实的技术基础。直至上世纪七十年代，集成电路在微型计算机中的成功应用，标志着微电子技术的发展达到了空前的高度。随着微电子技术的进一步发展，以集成电路为核心的微电子技术经过科学家的优化和改进，较上世界刚诞生的微电子技术集成化程度足足提高了近500 万倍，另外在微电子技术产品体积方面也大大地缩小。一个微小的单独的集成片就能集成几千万个集体管。自改革开发以来，国家对微电

集成电路产业与微电子专业

集成电路产业与微电子专业
长安大学 电子科学与技术系 李演明 2011年12月24日

1. 概 述
集成电路产业是一门充满创新和变数的产业
– 1958年第一块集成电路（IC）诞生，半个世纪的历程 演绎了令人兴奋不已的快速进步。 – IC产业既是一个令世人惊羡钟爱的产业，又是一个使人 呕心沥血、欲罢不能、不断面对挑战的产业。 – 集成电路具有当今高技术产业的典型特点，它是中间产 品，其应用可以产生十倍甚至于百倍的倍增效益，因 此，世界在这一领域的竞争非常激烈。
2011/12/24
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IC技术发展沿革： 微米－亚微米－深亚微米－纳米
集成电路的技术进步一般用微细加工精度和 芯片的集成度来衡量。 2007年：
– 65纳米CMOS工艺为主流的集成电路技术已进入大生 产。 – 45纳米先导性生产线也开始投入运转。 – CPU上的晶体管数已达到8亿只。
集成电路产业作为典型的高技术产业， 高投入、搞收益、高风险的特征更加突出。
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Gordon Moore－Intel 名誉董事长
摩尔定律（1965年提出）
? IC上可容纳的晶体管数目，每18个月(或24个月) 便会增加一倍，性能也将提升一倍。 ? 这一定律还意味着IC的成本每18个月(或24个月) 降低一半。 ? 集成电路自诞生以来，一直戏剧性地遵循着这一 定律。这样的变化速度是其它产业的产品难于比 拟的。 ? 该定律成为电子信息产业对于其技术发展前景预 测的基础。
2011/12/24 4

微电子技术及其应用

微电子技术及其应用 041050107陈立 一、微电子技术简介 如今，世界已经进入信息时代，飞速发展的信息产业是这个时代的特征。而微电子技术制造的芯片则是大量信息的载体，它不仅可以储存信息，还能处理和加工信息。因此，微电子技术在如今已是不可或缺的生活和生产要素。 微电子学是研究在固体（主要是半导体）材料上构成的微小型化电路、电路及系统的电子学分支。 作为电子学的分支学科，它主要研究电子或粒子在固体材料中的运动规律及其应用，并利用它实现信号处理功能的科学，以实现电路的系统和集成为目的，实用性强。微电子学又是信息领域的重要基础学科，在这一领域上，微电子学是研究并实现信息获取、传输、存储、处理和输出的科学，是研究信息获取的科学，构成了信息科学的基石，其发展水平直接影响着整个信息技术的发展。微电子科学技术的发展水平和产业规模是一个国家经济实力的重要标志。 微电子学是一门综合性很强的边缘学科，其中包括了半导体器件物理、集成电路工艺和集成电路及系统的设计、测试等多方面的内容；涉及了固体物理学、量子力学、热力学与统计物理学、材料科学、电子线路、信号处理、计算机辅助设计、测试和加工、图论、化学等多个领域。 微电子学是一门发展极为迅速的学科，高集成度、低功耗、高性能、高可靠性是微电子学发展的方向。信息技术发展的方向是多媒体（智能化）、网络化和个体化。要求系统获取和存储海量的多媒体信息、以极高速度精确可靠的处理和传输这些信息并及时地把有用信息显示出来或用于控制。所有这些都只能依赖于微电子技术的支撑才能成为现实。超高容量、超小型、超高速、超高频、超低功耗是信息技术无止境追求的目标，是微电子技术迅速发展的动力。 微电子学渗透性强，其他学科结合产生出了一系列新的交叉学科。微机电系统、生物芯片就是这方面的代表，是近年来发展起来的具有广阔应用前景的新技术。 二、微电子技术核心—-集成电路技术 集成电路（integrated circuit）是一种微型电子器件或部件。采用一定的工艺，把一个电路中所需的晶体管、二极管、电阻、电容和电感等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；其中所有元件在结构上已组成一个整体，这样，整个电路的体积大大缩小，且引出线和焊接点的数目也大为减少，从而使电子元件向着微小型化、低功耗和高可靠性方面迈进了一大步。它在电路中用字母“IC”。 集成电路的分类 1．按功能结构分类 集成电路按其功能、结构的不同，可以分为模拟集成电路、数字集成电路和数/模混合集成电路 模拟集成电路又称线性电路,用来产生、放大和处理各种模拟信号（指幅度随时间变化的信号。例如半导体收音机的音频信号、录放机的磁带信号等），其输入信号和输出信号成

微电子学与固体电子学和集成电路工程复试指导

微电子学与固体电子学和集成电路工程 硕士研究生招生复试指导 根据教育部关于加强硕士研究生招生复试工作的指导意见及学校有关要求，微电子学与固体电子学和集成电路工程2012年硕士研究生招生复试指导确定如下。 一、复试比例及主要内容 1、复试由笔试和面试两部分组成，外国语听力考试在面试中进行。复试的总成绩为280 分，其中笔试200分，面试80分。 2、复试笔试科目 （1）电子线路（数字电子和模拟电子），占70分。 主要内容：半导体二极管及其基本电路；半导体三极管及其放大电路基础；场效应放大电路；集成电路运算放大器；反馈放大电路；信号的运算与处理电 路；信号的产生电路；直流稳压电源；逻辑门电路；组合逻辑电路的分 析与设计；常用组合逻辑功能器件；触发器；时序逻辑电路的分析和设 计；常用时序逻辑功能器件。 参考书目：1.《基础电子技术》，蔡惟铮主编，高等教育出版社，2004年8月第1 版。 2.《集成电子技术》，蔡惟铮主编，高等教育出版社，2004年7月第1 版。 （2）晶体管原理，占70分。 主要内容：pn结直流特性、空间电荷区和电容、pn结击穿；双极型晶体管的基本结构和工作原理、直流特性、频率特性、开关特性和功率特性的物理基 础；场效应晶体管（包括结型和MOS场效应晶体管）的基本结构、工 作原理、直流特性、频率特性、开关特性和功率特性；MOS场效应晶 体管的阈值电压、短沟道与窄沟道效应以及击穿特性。 参考书目：1.《双极型与场效应晶体管》武世香编,电子工业出版社,1995年版. 2.《微电子技术基础――双极、场效应晶体管原理》曹培栋编著，电子 工业出版社，2001年第一版。 （3）半导体集成电路，占60分。 主要内容：典型的集成电路制造工艺流程及原理（双极工艺和MOS工艺）；集成电路中常用的器件结构及其寄生效应；双极型逻辑集成电路（TTL及单管 逻辑门）工作原理、静态特性、瞬态特性及版图设计；MOS逻辑集成电 路（NMOS、CMOS以及MOS动态电路）工作原理、静态特性、瞬态特 性及版图设计；各类MOS存储器的结构及特性；模拟集成电路中常用单

微电子技术在医学中的应用

微电子技术在生物医学中的应用 摘要：生物医学电子学是由微电子学、生物和医学等多学科交叉的边缘科学，为使得生物医学领域的研究方式更加精确和科学，所以将电子学用于生物医学领域。在生物医学与电子学交叉作用部分中最活跃、最前沿、作用力最大的一项关键技术就是微电子技术。特别是随着集成电路集成度的提高和超大规模集成电路的发展，元件尺寸达到分子级，进入了分子电子学时代，用有机化合物低分子、高分子和生物分子作芯片，它们具有识别、采集、记忆、放大、开关、传导等功能，更大大促进了医学电子学的发展。本文将主要从生物医学传感器、植入式电子系统、生物芯片这三个方面结合当前国际上最新进展来介绍两者之间的关系与发展。 关键词：生物医学电子学，生物医学传感器，植入式电子系统，生物芯片，基因芯片， 随着科技的迅速发展，和医疗水平息息相关的电子技术应用也越来越广泛。微电子技术的发展大大方便了人们的生活，随着微电子技术的发展，生物医学也在快速的发展，微电子技术过去在医学中的主要是应用于各类医疗器械的集成电路，在未来主要是生物芯片。生物芯片技术在医学、生命科学、药业、农业、环境科学等凡与生命活动有关的领域中均具有重大的应用前景。微电子技术与生物医学之间有着非常紧密的联系。 一、生物医学传感器 生物传感器(biosensor)对生物物质敏感并将其浓度转换为电信号进行检测的仪器。是由固定化的生物敏感材料作识别元件（包括酶、抗体、抗原、微生物、细胞、组织、核酸等生物活性物质）与适当的理化换能器（如氧电极、光敏管、场效应管、压电晶体等等）及信号放大装置构成的分析工具或系统。生物传感器具有接受器与转换器的功能。对生物物质敏感并将其浓度转换为电信号进行检测的仪器。生物传感器具有接受器与转换器的功能。1967年S.J.乌普迪克等制出了第一个生物传感器葡萄糖传感器。将葡萄糖氧化酶包含在聚丙烯酰胺胶体中加以固化，再将此胶体膜固定在隔膜氧电极的尖端上，便制成了葡萄糖传感器。当改用其他的酶或微生物等固化膜，便可制得检测其对应物的其他传感器。固定感受膜的方法有直接化学结合法；高分子载体法；高分子膜结合法。现已发展了第二代生物传感器（微生物、免疫、酶免疫和细胞器传感器），研制和开发第三代生物传感器，将系统生物技术和电子技术结合起来的场效应生物传感器，90年代开启了微流控技术，生物传感器的微流控芯片集成为药物筛选与基因诊断等提供了新的技术前景。由于酶膜、线粒体电子传递系统粒子膜、微生物膜、抗原膜、抗体膜对生物物质的分子结构具有选择性识别功能，只对特定反应起催化活化作用，因此生物传感器具有非常高的选择性。缺点是生物固化膜不稳定。生物传感器涉及的是生物物质，主要用于临床诊断检查、治疗时实施监控、发酵工业、食品工业、

微电子技术在生物医学中的应用

微电子技术在生物医学中的应用 摘要：微电子技术与生物学之间有着非常紧密的联系。一方面微电子技术的发展，将大大地推动生物医学的发展，另一方面生物医学的研究成果同样也将对微电子技术的发展起着巨大的促进作用。在这里我将主要从生物医学传感器、植入式电子系统、生物芯片这三个方面结合当前国际上最新进展来介绍两者之间的关系与发展。 关键字：微电子技术生物医学 一、引言 生物医学电子学是由微电子学、生物和医学等多学科交叉的边缘科学，为使得生物医学领域的研究方式更加精确和科学，所以将电子学用于生物医学领域。在生物医学与电子学交叉作用部分中最活跃、最前沿、作用力最大的一项关键技术就是微电子技术。特别是随着集成电路集成度的提高和超大规模集成电路的发展，元件尺寸达到分子级，进入了分子电子学时代，用有机化合物低分子、高分子和生物分子作芯片，它们具有识别、采集、记忆、放大、开关、传导等功能，更大大促进了医学电子学的发展。下面将主要从生物医学传感器、植入式电子系统、生物芯片这三个方面结合当前国际上最新进展来介绍两者之间的关系与发展。 二、生物医学传感器 生物医学传感器的作用是把生物体和人体中包含的生命现象、状态、性质、变量和成分等生理信息（包括物理量、化学量、生物量等）转化为与之有确定函数关系的电信息。生物医学传感器是生物医学电子学中最关键的技术，它是连接生物医学和电子学的桥梁。主要可分为如下几类：电阻式传感器，电容式传感器，电感式传感器，压电式传感器，光电传感器，热电式传感器，光线传感器，电化学传感器以及生物传感器等。它通过各种化学、物理信号转换器捕捉目标物与敏感膜之间的反应，然后将反应程度用连续的电信号表达出来，从而得出被检测样品的浓度。生物医学传感器的微型化和集成化是其中最重要的发展方向之一，其主要原因：1）它是实现生物医学设备微型化、集成化的基础；2）将使得生物医学测量和控制更加精确——达到分子和原子水平。是生物体成分(酶、抗原、抗体、激素、DNA) 或生物体本身(细胞、细胞器、组织)，它们能特异地识别各种被测物质并与之反应；后者主要有电化学电极、离子敏场效应晶体管( ISFET ) 、热敏电阻器、光电管、光纤、压电晶体(PZ) 等，其功能为将敏感元件感知的生物化学信号转变为可测量的电信号。因而它具有快速大量处理信息的能力，和诊断精确的特点。 常见的生物医学传感器主要可分为以下几种：电阻式传感器，电感式传感器，电容式传感器，压电式传感器，热电式传感器，光电传感器以及生物传感器等。 医学领域的生物传感器发挥着越来越大的作用。在临床医学中，酶电极是最

第三章 微电子技术和计算机技术

第三章微电子技术和计算机技术 课时安排：2学时 教学目的、要求：（了解微电子技术和计算机技术、了解人工智能技术、了解计算机技术的发展趋势。 教学重点：集成电路、计算机发展 教学难点：人工智能 教学内容（包括基本内容、重点、难点）： 第一节微电子与计算机技术 一、微电子技术 世界正经历着一场以新的微电子技术为核心的电子信息技术革命。 微电子技术被称为二十一世纪的先导技术。 1、晶体管与集成电路 微电子技术诞生的标志是1947年发明的晶体管，微电子产业的快速发展是1958年出现集成电路之后。 (1) 晶体管 晶体管是一种固体半导体器件，可以用于放大、开关、稳压、信号调制和许多其他功能。晶体管作为一种可变开关，基于输入的电压，控制流出的电流。 （电子技术曰益推广应用过程中，人们在赞扬电子管神奇功能的同时，逐渐发现它存在着的一些缺点：体积大，重量重，耗电多，寿命短。电子管逐渐不能满足曰益发展的电子技术的要求。） 1946年1月，贝尔实验室设计出第一个晶体管。 晶体管的发明是20世纪物理学发展史上的重要事件，被称为20世纪最重大的发明之一。半个世纪以来，以晶体管的发明为契机，开创了微电子时代的到来并导致信息革命的出现，极大地改变了人们的生产、生活方式，给社会生产力带来了巨大而深刻的变化。它是微电子革命的先声，对电子计算机的进一步发展具有决定性意义。由于这项发明，巴丁、布拉顿、肖克莱同获1956年的诺贝尔物理学奖。 晶体管是现代科技史上最重要的发明之一，究其原因有三个方面。第一，它取代了电子管，成为电子技术的最基本元件，原因是性能好、体积小、可靠

性大和寿命长。第二，它是微电子技术革命的发动者，而信息时代至今的发展就是由微电子技术、光子技术和网络技术三次技术革命组成的，所以它的出现成为报晓信息时代的使者。第三，晶体管是集成电路和芯片的组成单元，也是光电器件和集成光路的基本组成单元，更是网络技术的基础，只不过光电子晶体管是微电子晶体管的演变或发展罢了。由于这三方面的原因，晶体管的发明在信息科技的迅速发展中起了决定性的重要作用，它的意义远远超出了一种元器件的发明范围，而成为揭开现代技术新领域和变革几乎各种技术基础的关键。 (2) 集成电路 1958年，德克萨斯仪器公司发明了集成电路。 集成电路：顾名思义，就是IC(Interrgrated Circuit)，将晶体管、电阻、电容、二极管等电子组件整合装至一芯片(chip)上，所构成的元件。 小规模集成电路（集成度小于100）； 中规模集成电路（集成度在100——1000）； 大规模集成电路（集成度大于1000）； 超大规模集成电路（集成度大于10万）； (3) 集成电路的应用 请大家找一找身边的集成电路。 在计算机、通信、网络、消费类产品得到广泛应用。 (4) 微电子技术发展的特点 A．集成电路技术的高速发展：几十年来集成电路（IC）技术一直以极高的速度发展。著名的摩尔（Moore）定则指出，IC的集成度（每个微电子芯片上集成的器件数）每3年左右为一代，每代翻两番。 在集成度一代代提高的同时，芯片的性能、功能不断增强，而价格却不断下跌。这一现象的深远意义在于，随着微电子芯片技术的快速发展，一切微电子产品（计算机、通信及消费类产品等）也加速更新、换代；不仅新一代产品性能、功能大大超过前一代，而且价格的越来越便宜又为电子信息技术的不断推进及其迅速推广应用到各个领域创造了条件，导致了人类信息化社会的到来。 一般常以动态存贮器（DRAM）芯片的存贮容量来代表IC芯片的集成度，用

微电子技术发展历程及趋势

微电子技术发展历程及趋势 微电子技术简介 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、组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。 起源 第二次大战中、后期，由于军事需要对电子设备提出了不少具有根本意义的设想，并研究出一些有用的技术。这就是最早的微电子技术。 逐步发展 1947年晶体管的发明，后来又结合印刷电路组装使电子电路在小型化的方面前进了一大步。到1958年前后已研究成功以这种组件为基础的混合组件。集成电路的主要工艺技术，是在50年代后半期硅平面晶体管技术和更早的金属真空涂膜学技术基础上 发展起来的。1964年出现了磁双极型集成电路产品。1 1962年生产出晶体管——晶体管理逻辑电路和发射极藉 合逻辑电路。MOS集成电路出现。由于MOS电路在高度集成方 面的优点和集成电路对电子技术的影响，集成电路发展越来越 快。 趋于成熟 70年代，微电子技术进入了以大规模集成电路为中心的新阶段。随着集成密度日益提高，集成电路正向集成系统发展，电路的设计也日益复杂、费时和昂贵。实际上如果没有计算机的辅助，较复杂的大规模集成电路的设计是不可能的。70年代以来，集成电路利用计算机的设计有很大的进展。制版的计算机辅助设计、器件模拟、电路模拟、逻辑模拟、布局布线的计算辅助设计等程序，都先后研究成功，并发展成为包括校核、优化等算法在内的混合计算机辅助设计，乃至整套设备的计算机辅助设计系统。 集成电路制造的计算机管理，也已开始实现。此外，与 大规模集成和超大规模集成的高速发展相适应，有关的器件材料科学和技术、测试科学和计算机辅助测试、封装技术和超净室技术等都有重大的进展。电子技术发展很快，在工艺技术上，微细加工技术，如电子束、离子束、X射线等复印技术和干法刻蚀技术日益完善，使生产上在到亚微米以至 更高的光刻水平，集成电路的集成弃将超大型越每片106—107个元件，以至达到全图片上集成一个复杂的微电子系统。高质量的超薄氧化层、新的离子注入退火技术、高电导高熔点金属以其硅化物金属化和浅欧姆结等一系列工艺技