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半导体探测器分类

半导体探测器分类
半导体探测器分类

P-N结型半导体探测器的工作原理(1)扩散结半导体探测器

在电阻率较高的P型硅片上扩散进

一层施主杂质,例如磷,从而在表面

形成很高浓度的N层,在P型硅与

N型硅交界处形成P-N结,然后在

射线测量,可以在室温下保存和使用。

√半导体存储器——分类、结构和性能

半导体存储器(解说) ——分类、结构和性能—— 作者:Xie M. X. (UESTC ,成都市) 计算机等许多系统中都离不开存储器。存储器就是能够存储数据、并且根据地址码还可以读出其中数据的一种器件。存储器有两大类:磁存储器和半导体存储器。 (1)半导体存储器的分类和基本结构: 半导体存储器是一种大规模集成电路,它的分类如图1所示。半导体存储器根据其在切断电源以后能否保存数据的特性,可区分为不挥发性存储器和易挥发性存储器两大类。磁存储器也都是不挥发性存储器。 半导体存储器也可根据其存储数据的方式不同,区分为随机存取存储器(RAM )和只读存储器(ROM )两大类。RAM 可以对任意一个存储单元、以任意的次序来存/取(即读出/写入)数据,并且存/取的时间都相等。ROM 则是在制造时即已经存储好了数据,一般不具备写入功能,只能读出数据(现在已经发展出了多种既可读出、又可写入的ROM )。 半导体存储器还可以根据其所采用工艺技术的不同,区分为MOS 存储器和双极型存储器两种。采用MOS 工艺制造的称为MOS 存储器;MOS 存储器具有密度高、功耗低、输入阻抗高和价格便宜等优点,用得最多。采用双极型工艺制造的,称为双极型存储器;双极型存储器的优点就是工作速度高。 半导体存储器的基本结构就是存储器阵列及其它电路。存储器阵列(memory array )是半导体存储器的主体,用以存储数据;其他就是输入端的地址码缓存器、行译码器、读出放大器、列译码器和输出缓冲器等组成。 各个存储单元处在字线(WL ,word line )与位线(BL ,bit line )的交点上。如果存储器有N 个地址码输入端,则该存储器就具有2N 比特的存储容量;若存储器阵列有2n 根字线,那么相应的就有2N n 条位线(相互交叉排列)。 在存储器读出其中的数据时,首先需通过地址码缓存器把地址码信号送入到行译码器、并进入到字线,再由行译码器选出一个WL ,然后把一个位线上得到的数据(微小信号)通过读出放大器进行放大,并由列译码器选出其中一个读出放大器,把放大了的信号通过多路输出缓冲器而输出。 在写入数据时,首先需要把数据送给由列译码器选出的位线,然后再存入到位线与字线相交的存储单元中。当然,对于不必写入数据的ROM (只读存储器)而言,就不需要写入电路。 图1 半导体存储器的分类

半导体集成电路习题及答案

第1章 集成电路的基本制造工艺 1.6 一般TTL 集成电路与集成运算放大器电路在选择外延层电阻率上有何区别?为什么? 答:集成运算放大器电路的外延层电阻率比一般TTL 集成电路的外延层电阻率高。 第2章 集成电路中的晶体管及其寄生效应 复 习 思 考 题 2.2 利用截锥体电阻公式,计算TTL “与非”门输出管的CS r 2.2 所示。 提示:先求截锥体的高度 up BL epi mc jc epi T x x T T -----= 然后利用公式: b a a b WL T r c -? = /ln 1ρ , 2 1 2?? =--BL C E BL S C W L R r b a a b WL T r c -? = /ln 3ρ 321C C C CS r r r r ++= 注意:在计算W 、L 时, 应考虑横向扩散。 2.3 伴随一个横向PNP 器件产生两个寄生的PNP 晶体管,试问当横向PNP 器件在4种可能 的偏置情况下,哪一种偏置会使得寄生晶体管的影响最大? 答:当横向PNP 管处于饱和状态时,会使得寄生晶体管的影响最大。 2.8 试设计一个单基极、单发射极和单集电极的输出晶体管,要求其在20mA 的电流负载下 ,OL V ≤0.4V ,请在坐标纸上放大500倍画出其版图。给出设计条件如下: 答: 解题思路 ⑴由0I 、α求有效发射区周长Eeff L ; ⑵由设计条件画图 ①先画发射区引线孔; ②由孔四边各距A D 画出发射区扩散孔; ③由A D 先画出基区扩散孔的三边; ④由B E D -画出基区引线孔; ⑤由A D 画出基区扩散孔的另一边;

⑥由A D 先画出外延岛的三边; ⑦由C B D -画出集电极接触孔; ⑧由A D 画出外延岛的另一边; ⑨由I d 画出隔离槽的四周; ⑩验证所画晶体管的CS r 是否满足V V OL 4.0≤的条件,若不满足,则要对所作 的图进行修正,直至满足V V OL 4.0≤的条件。(CS C OL r I V V 00 ES += 及己知 V V C 05.00ES =) 第3章 集成电路中的无源元件 复 习 思 考 题 3.3 设计一个4k Ω的基区扩散电阻及其版图。 试求: (1) 可取的电阻最小线宽min R W =?你取多少? 答:12μm (2) 粗估一下电阻长度,根据隔离框面积该电阻至少要几个弯头? 答:一个弯头 第4章 晶体管 (TTL)电路 复 习 思 考 题 4.4 某个TTL 与非门的输出低电平测试结果为 OL V =1V 。试问这个器件合格吗?上 机使用时有什么问题? 答:不合格。 4.5 试分析图题4.5所示STTL 电路在导通态和截止态时各节点的电压和电流,假定各管的 β=20, BEF V 和一般NPN 管相同, BCF V =0.55V , CES V =0.4~0.5V , 1 CES V =0.1~0.2V 。 答:(1)导通态(输出为低电平) V V B 1.21= , V V B 55.12= ,V V B 2.13= ,V V B 5.04= ,V V B 8.05= ,

半导体集成电路考试题目与参考答案

第一部分考试试题 第0章绪论 1.什么叫半导体集成电路? 2.按照半导体集成电路的集成度来分,分为哪些类型,请同时写出它们对应的英文缩写? 3.按照器件类型分,半导体集成电路分为哪几类? 4.按电路功能或信号类型分,半导体集成电路分为哪几类? 5.什么是特征尺寸?它对集成电路工艺有何影响? 6.名词解释:集成度、wafer size、die size、摩尔定律? 第1章集成电路的基本制造工艺 1.四层三结的结构的双极型晶体管中隐埋层的作用? 2.在制作晶体管的时候,衬底材料电阻率的选取对器件有何影响?。 3.简单叙述一下pn结隔离的NPN晶体管的光刻步骤? 4.简述硅栅p阱CMOS的光刻步骤? 5.以p阱CMOS工艺为基础的BiCMOS的有哪些不足? 6.以N阱CMOS工艺为基础的BiCMOS的有哪些优缺点?并请提出改进方法。 7. 请画出NPN晶体管的版图,并且标注各层掺杂区域类型。 8.请画出CMOS反相器的版图,并标注各层掺杂类型和输入输出端子。 第2章集成电路中的晶体管及其寄生效应 1.简述集成双极晶体管的有源寄生效应在其各工作区能否忽略?。 2.什么是集成双极晶体管的无源寄生效应? 3. 什么是MOS晶体管的有源寄生效应? 4. 什么是MOS晶体管的闩锁效应,其对晶体管有什么影响? 5. 消除“Latch-up”效应的方法? 6.如何解决MOS器件的场区寄生MOSFET效应? 7. 如何解决MOS器件中的寄生双极晶体管效应? 第3章集成电路中的无源元件 1.双极性集成电路中最常用的电阻器和MOS集成电路中常用的电阻都有哪些? 2.集成电路中常用的电容有哪些。 3. 为什么基区薄层电阻需要修正。 4. 为什么新的工艺中要用铜布线取代铝布线。 5. 运用基区扩散电阻,设计一个方块电阻200欧,阻值为1K的电阻,已知耗散功率为20W/c㎡,该电阻上的压降为5V,设计此电阻。 第4章TTL电路 1.名词解释

半导体存储器

第7章半导体存储器 内容提要 半导体存储器是存储二值信息的大规模集成电路,本章主要介绍了(1)顺序存取存储器(SAM)、随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)的工作原理。 (2)各种存储器的存储单元。 (3)半导体存储器的主要技术指标和存储容量扩展方法。 (4)半导体存储器芯片的应用。 教学基本要求 掌握: (1)SAM、RAM和ROM的功能和使用方法。 (2)存储器的技术指标。 (3)用ROM实现组合逻辑电路。 理解SAM、RAM和ROM的工作原理。 了解: (1)动态CMOS反相器。 (2)动态CMOS移存单元。 (3)MOS静态及动态存储单元。 重点与难点 本章重点: (1)SAM、RAM和ROM的功能。

(2)半导体存储器使用方法(存储用量的扩展)。 (3)用ROM实现组合逻辑电路。 本章难点:动态CMOS反相器、动态CMOS移存单元及MOS静态、动态存储单元的工作原理。 7.1 半导体存储器及分类 半导体存储器是存储二值信息的大规模集成电路,是现代数字系统的重要组成部分。半导体存储器分类如下: 按制造工艺分,有双极型和MOS型两类。双极型存储器具有工作速度快、功耗大、价格较高的特点。MOS型存储器具有集成度高、功耗小、工艺简单、价格低等特点。 按存取方式分,有顺序存取存储器(SAM)、随机存取存储器(RAM)和只读存储器(ROM)三类。 (1)顺序存取存储器(简称SAM):对信息的存入(写)或取出(读)是按顺序进行的,即具有“先入先出”或“先入后出”的特点。 (2)随机存取存储器(简称RAM):可在任何时刻随机地对任意一个单元直接存取信息。根据所采用的存储单元工作原理的不同,又将

半导体集成电路型号命名法

半导体集成电路型号命名法 1.集成电路的型号命名法 集成电路现行国际规定的命名法如下:(摘自《电子工程手册系列丛书》A15,《中外集成电路简明速查手册》TTL,CMOS电路以及GB3430)。 器件的型号由五部分组成,各部分符号及意义见表1。 2.集成电路的分类 集成电路是现代电子电路的重要组成部分,它具有体积小、耗电少、工作特性好等一系列优点。 概括来说,集成电路按制造工艺,可分为半导体集成电路、薄膜集成电路和由二者组合而成的混合集成电路。 按功能,可分为模拟集成电路和数字集成电路。 按集成度,可分为小规模集成电路(SSI,集成度<10个门电路〉、中规模集成电路(MSI,集成度为10~100个门电路)、大规模集成电路(LSI,集成度为100~1000个门电路)以及超大规模集成电路(VLSI,集成度>1000个门电路)。 按外形,又可分为圆型(金属外壳晶体管封装型,适用于大功率),扁平型(稳定性好、体积小)和双列直插型(有利于采用大规模生产技术进行焊接,因此获得广泛的应用)。 目前,已经成熟的集成逻辑技术主要有三种:TTL逻辑(晶体管-晶体管逻辑)、CMOS 逻辑(互补金属-氧化物-半导体逻辑)和ECL逻辑(发射极耦合逻辑)。 TTL逻辑:TTL逻辑于1964年由美国德克萨斯仪器公司生产,其发展速度快,系列产品多。有速度及功耗折中的标准型;有改进型、高速及低功耗的低功耗肖特基型。所有TTL 电路的输出、输入电平均是兼容的。该系列有两个常用的系列化产品, CMOS逻辑:CMOS逻辑器件的特点是功耗低,工作电源电压范围较宽,速度快(可达7MHz)。 ECL逻辑:ECL逻辑的最大特点是工作速度高。因为在ECL电路中数字逻辑电路形式采用非饱和型,消除了三极管的存储时间,大大加快了工作速度。MECL I系列产品是由美国摩托罗拉公司于1962年生产的,后来又生产了改进型的MECLⅡ,MECLⅢ型及MECL10000。 3.集成电路外引线的识别 使用集成电路前,必须认真查对和识别集成电路的引脚,确认电源、地、输入、输出及控制等相应的引脚号,以免因错接而损坏器件。引脚排列的一般规律为: 圆型集成电路:识别时,面向引脚正视。从定位销顺时针方向依次为1,2,3,4 ……。图1 集成器件俯视图 – 158 –

半导体材料课程教学大纲

半导体材料课程教学大纲 一、课程说明 (一)课程名称:半导体材料 所属专业:微电子科学与工程 课程性质:专业限选 学分: 3 (二)课程简介:本课程重点介绍第一代和第二代半导体材料硅、锗、砷化镓等的制备基本原理、制备工艺和材料特性,介绍第三代半导体材料氮化镓、碳化硅及其他半导体材料的性质及制备方法。 目标与任务:使学生掌握主要半导体材料的性质以及制备方法,了解半导体材料最新发展情况、为将来从事半导体材料科学、半导体器件制备等打下基础。 (三)先修课程要求:《固体物理学》、《半导体物理学》、《热力学统计物理》; 本课程中介绍半导体材料性质方面需要《固体物理学》、《半导体物理学》中晶体结构、能带理论等章节作为基础。同时介绍材料生长方面知识时需要《热力学统计物理》中关于自由能等方面的知识。 (四)教材:杨树人《半导体材料》 主要参考书:褚君浩、张玉龙《半导体材料技术》 陆大成《金属有机化合物气相外延基础及应用》 二、课程内容与安排 第一章半导体材料概述 第一节半导体材料发展历程 第二节半导体材料分类 第三节半导体材料制备方法综述 第二章硅和锗的制备 第一节硅和锗的物理化学性质 第二节高纯硅的制备 第三节锗的富集与提纯

第三章区熔提纯 第一节分凝现象与分凝系数 第二节区熔原理 第三节锗的区熔提纯 第四章晶体生长 第一节晶体生长理论基础 第二节熔体的晶体生长 第三节硅、锗单晶生长 第五章硅、锗晶体中的杂质和缺陷 第一节硅、锗晶体中杂质的性质 第二节硅、锗晶体的掺杂 第三节硅、锗单晶的位错 第四节硅单晶中的微缺陷 第六章硅外延生长 第一节硅的气相外延生长 第二节硅外延生长的缺陷及电阻率控制 第三节硅的异质外延 第七章化合物半导体的外延生长 第一节气相外延生长(VPE) 第二节金属有机物化学气相外延生长(MOCVD) 第三节分子束外延生长(MBE) 第四节其他外延生长技术 第八章化合物半导体材料(一):第二代半导体材料 第一节 GaAs、InP等III-V族化合物半导体材料的特性第二节 GaAs单晶的制备及应用 第三节 GaAs单晶中杂质控制及掺杂 第四节 InP、GaP等的制备及应用 第九章化合物半导体材料(二):第三代半导体材料 第一节氮化物半导体材料特性及应用 第二节氮化物半导体材料的外延生长 第三节碳化硅材料的特性及应用 第十章其他半导体材料

半导体集成电路制造PIE常识

Question Answer & PIE

PIE 1. 何谓PIE? PIE的主要工作是什幺? 答:Process Integration Engineer(工艺整合工程师), 主要工作是整合各部门的资源, 对工艺持续进行改善, 确保产品的良率(yield)稳定良好。 2. 200mm,300mm Wafer 代表何意义? 答:8吋硅片(wafer)直径为200mm , 直径为300mm硅片即12吋. 3. 目前中芯国际现有的三个工厂采用多少mm的硅片(wafer)工艺?未来北京的Fab4(四厂)采用多少mm的wafer工艺? 答:当前1~3厂为200mm(8英寸)的wafer, 工艺水平已达0.13um工艺。未来北京厂工艺wafer将使用300mm(12英寸)。 4. 我们为何需要300mm? 答:wafer size 变大,单一wafer 上的芯片数(chip)变多,单位成本降低200→300 面积增加2.25倍,芯片数目约增加2.5倍 5. 所谓的0.13 um 的工艺能力(technology)代表的是什幺意义? 答:是指工厂的工艺能力可以达到0.13 um的栅极线宽。当栅极的线宽做的越小时,整个器件就可以变的越小,工作速度也越快。 6. 从0.35um->0.25um->0.18um->0.15um->0.13um 的technology改变又代表的是什幺意义? 答:栅极线的宽(该尺寸的大小代表半导体工艺水平的高低)做的越小时,工艺的难度便相对提高。从0.35um -> 0.25um -> 0.18um -> 0.15um -> 0.13um 代表着每一个阶段工艺能力的提升。 7. 一般的硅片(wafer)基材(substrate)可区分为N,P两种类型(type),何谓N, P-type wafer? 答:N-type wafer 是指掺杂negative元素(5价电荷元素,例如:P、As)的硅片, P-type 的wafer 是指掺杂positive 元素(3价电荷元素, 例如:B、In)的硅片。 200mm300mm 8〞12〞

集成电路的种类与用途全解

集成电路的种类与用途 作者:陈建新 在电子行业,集成电路的应用非常广泛,每年都有许许多多通用或专用的集成电路被研发与生产出来,本文将对集成电路的知识作一全面的阐述。 一、集成电路的种类 集成电路的种类很多,按其功能不同可分为模拟集成电路和数字集成电路两大类。前者用来产生、放大和处理各种模拟电信号;后者则用来产生、放大和处理各种数字电信号。所谓模拟信号,是指幅度随时间连续变化的信号。例如,人对着话筒讲话,话筒输出的音频电信号就是模拟信号,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,也是模拟信号。所谓数字信号,是指在时间上和幅度上离散取值的信号,例如,电报电码信号,按一下电键,产生一个电信号,而产生的电信号是不连续的。这种不连续的电信号,一般叫做电脉冲或脉冲信号,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。在电子技术中,通常又把模拟信号以外的非连续变化的信号,统称为数字信号。目前,在家电维修中或一般性电子制作中,所遇到的主要是模拟信号;那么,接触最多的将是模拟集成电路。 集成电路按其制作工艺不同,可分为半导体集成电路、膜集成电路和混合集成电路三类。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、三极管、二极管等元器件并具有某种电路功能的集成电路;膜集成电路是在玻璃或陶瓷片等绝缘物体上,以“膜”的形式制作电阻、电容等无源器件。无源元件的数值范围可以作得很宽,精度可以作得很高。但目前的技术水平尚无法用“膜”的形式制作晶体二极管、三极管等有源器件,因而使膜集成电路的应用范围受到很大的限制。在实际应用中,多半是在无源膜电路上外加半导体集成电路或分立元件的二极管、三极管等有源器件,使之构成一个整体,这便是混合集成电路。根据膜的厚薄不同,膜集成电路又分为厚膜集成电路(膜厚为1μm~10μm)和薄膜集成电路(膜厚为1μm以下)两种。在家电维修和一般性电子制作过程中遇到的主要是半导体集成电路、厚膜电路及少量的混合集成电路。 按集成度高低不同,可分为小规模、中规模、大规模及超大规模集成电路四类。对模拟集成电路,由于工艺要求较高、电路又较复杂,所以一般认为集成50个以下元器件为小规模集成电路,集成50-100个元器件为中规模集成电路,

半导体材料的分类及应用

半导体材料的分类及应用

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半导体材料的分类及应用 能源、材料与信息被认为是当今正在兴起的新技术革命的三大支柱。材料方面, 电子材料的进展尤其引人注目。以大规模和超大规模集成电路为核心的电脑的问世极大地推动了现代科学技术各个方面的发展,一个又一个划时代意义的半导体生产新工艺、新材料和新仪器不断涌现, 并迅速变成生产力和生产工具,极大地推动了集成电路工业的高速发展。半导体数字集成电路、模拟集成电路、存储器、专用集成电路和微处理器,无论是在集成度和稳定可靠性的提高方面, 还是在生产成本不断降低方面都上了一个又一个新台阶,有力地促进了人类在生物工程、航空航天、工业、农业、商业、科技、教育、卫生等领域的全面发展, 也大大地方便和丰富了人们的日常生活。半导体集成电路的发展水平, 是衡量一个国家的经济实力和科技进步的主要标志之一, 然而半导体材料又是集成电路发展的一个重要基石。“半体体材料”作为电子材料的代表,在生产实践的客观需求刺激下, 科技工作者已经发现了数以千计的具有半导体特性的材料, 并正在卓有成效在研究、开发和利用各种具有特殊性能的材料。 1 元素半导体 周期表中有12 种具有半导体性质的元素( 见下表) 。但其中S、P、As、Sb 和I 不稳定,易发挥; 灰Sn在室温下转变为白Sn, 已金属;B、C的熔点太高, 不易制成单晶; T e 十分稀缺。这样只剩下Se、Ge 和Si 可供实用。半导体技术的早期( 50 年代以前) 。

集成电路的种类和用途

集成电路的种类和用途 在电子行业,集成电路的应用非常广泛,每年都有许许多多通用或专用的集成电路被研发与生产出来,本文将对集成电路的知识作一全面的阐述。 集成电路的种类 集成电路的种类很多,按其功能不同可分为模拟集成电路和数字集成电路两大类。前者用来产生、放大和处理各种模拟电信号;后者则用来产生、放大和处理各种数字电信号。所谓模拟信号,是指幅度随时间连续变化的信号。例如,人对着话筒讲话,话筒输出的音频电信号就是模拟信号,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,也是模拟信号。所谓数字信号,是指在时间上和幅度上离散取值的信号,例如,电报电码信号,按一下电键,产生一个电信号,而产生的电信号是不连续的。这种不连续的电信号,一般叫做电脉冲或脉冲信号,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。在电子技术中,通常又把模拟信号以外的非连续变化的信号,统称为数字信号。目前,在家电维修中或一般性电子制作中,所遇到的主要是模拟信号;那么,接触最多的将是模拟集成电路。 集成电路按其制作工艺不同,可分为半导体集成电路、膜集成电路和混合集成电路三类。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、三极管、二极管等元器件并具有某种电路功能的集成电路;膜集成电路是在玻璃或陶瓷片等绝缘物体上,以“膜”的形式制作电阻、电容等无源器件。无源元件的数值范围可以作得很宽,精度可以作得很高。但目前的技术水平尚无法用“膜”的形式制作晶体二极管、三极管等有源器件,因而使膜集成电路的应用范围受到很大的限制。在实际应用中,多半是在无源膜电路上外加半导体集成电路或分立元件的二极管、三极管等有源器件,使之构成一个整体,这便是混合集成电路。根据膜的厚薄不同,膜集成电路又分为厚膜集成电路(膜厚为1μm~10μm)和薄膜集成电路(膜厚为1μm以下)两种。在家电维修和一般性电子制作过程中遇到的主要是半导体集成电路、厚膜电路及少量的混合集成电路。 按集成度高低不同,可分为小规模、中规模、大规模及超大规模集成电路四类。对模拟集成电路,由于工艺要求较高、电路又较复杂,所以一般认为集成50个以下元器件为小规模集成电路,集成50-100个元器件为中规模集成电路,集成100个以上的元器件为大规模集成电路;对数字集成电路,一般认为集成1~10等效门/片或10~100个元件/片为小规模集成电路,集成10~100个等效门/片或100~1000元件/片为中规模集成电路,集成100~10,000个等效门/片或1000~100,000个元件/片为大规模集成电路,集成10,000以上个等效门/片或100,000以上个元件/片为超大规模集成电路。 按导电类型不同,分为双极型集成电路和单极型集成电路两类。前者频率特性好,但功耗较大,而且制作工艺复杂,绝大多数模拟集成电路以及数字集成电路中的TTL、ECL、HTL、LSTTL、STTL型属于这一类。后者工作速度低,但输人阻抗高、功耗小、制作工艺简单、易于大规模集成,其主要产品为MOS型集成电路。MOS电路又分为NMOS、PMOS、CMOS型。 NMOS集成电路是在半导体硅片上,以N型沟道MOS器件构成的集成电路;参加导电的是电子。PMOS型是在半导体硅片上,以P型沟道MOS器件构成的集成电路;参加导电的是空穴。CMOS型是由NMOS晶体管和PMOS晶体管互补构成的集成电路称为互补型MOS集成电路,简写成CMOS集成电路。 除上面介绍的各类集成电路之外,现在又有许多专门用途的集成电路,称为专用集成电路。

半导体存储器分类介绍

半导体存储器分类介绍 § 1. 1 微纳电子技术的发展与现状 §1.1.1 微电子技术的发展与现状 上个世纪50年代晶体管的发明正式揭开了电子时代的序幕。此后为了提高电子元器件的性能,降低成本,微电子器件的特征尺寸不断缩小,加工精度不断提高。1962年,由金属-氧化物-半导体场效应晶体管(MOSFET)组装成的集成电路(IC)成为微电子技术发展的核心。 自从集成电路被发明以来[1,2],集成电路芯片的发展规律基本上遵循了Intel 公司创始人之一的Gordon Moore在1965年预言的摩尔定律[3]:半导体芯片的集成度以每18个月翻一番的速度增长。按照这一规律集成电路从最初的小规模、中规模到发展到后来的大规模、超大规模(VLSI),再到现在的甚大规模集成电路(ULSI)的发展阶段。 随着集成电路制造业的快速发展,新的工艺技术不断涌现,例如超微细线条光刻技术与多层布线技术等等,这些新的技术被迅速推广和应用,使器件的特征尺寸不断的减小。其特征尺寸从最初的0.5微米、0.35 微米、0.25 微米、0.18 微米、0.15 微米、0.13 微米、90 纳米、65 纳米一直缩短到目前最新的32纳米,甚至是亚30纳米。器件特征尺寸的急剧缩小极大地提升了集成度,同时又使运算速度和可靠性大大提高,价格大幅下降。随着微电子技术的高速发展,人们还沉浸在胜利的喜悦之中的时候,新的挑战已经悄然到来。微电子器件等比例缩小的趋势还能维持多久?摩尔定律还能支配集成电路制造业多久?进入亚微米领域后,器件性能又会有哪些变化?这一系列的问题使人们不得不去认真思考。20世纪末

期,一门新兴的学科应运而生并很快得到应用,这就是纳电子技术。 §1.1.2 纳电子技术的应用与前景 2010年底,一篇报道英特尔和美光联合研发成果的文章《近距离接触25nm NAND闪存制造技术》[4],让人们清楚意识到经过近十年全球范围内的纳米科技热潮,纳电子技术已逐渐走向成熟。电子信息技术正从微电子向纳电子领域转变,纳电子技术必将取代微电子技术主导21世纪集成电路的发展。 目前,半导体集成电路的特征尺寸已进入纳米尺度范围,采用32纳米制造工艺的芯片早已问世,25纳米制造技术已正式发布,我们有理由相信相信亚20纳米时代马上就会到来。随着器件特征尺寸的减小,器件会出现哪些全新的物理效应呢? (1)量子限制效应。当器件在某一维或多维方向上的尺寸与电子的徳布罗意波长相比拟时,电子在这些维度上的运动将受限,导致电子能级发生分裂,电子能量量子化,出现短沟道效应、窄沟道效应以及表面迁移率降低等量子特性。 (2)量子隧穿效应。当势垒厚度与电子的徳布罗意波长想当时,电子便可以一定的几率穿透势垒到达另一侧。这种全新的现象已经被广泛应用于集成电路中,用于提供低阻接触。 (3)库仑阻塞效应。单电子隧穿进入电中性的库仑岛后,该库仑岛的静电势能增大e2/2C,如果这个能量远远大于该温度下电子的热动能K B T,就会出现所谓的库仑阻塞现象,即一个电子隧穿进入库仑岛后就会对下一个电子产生很强的排斥作用,阻挡其进入。 以上这些新的量子效应的出现使得器件设计时所要考虑的因素大大增加。目

半导体材料的分类及应用

半导体材料的分类及应用 能源、材料与信息被认为是当今正在兴起的新技术革命的三大支柱。材料方面, 电子材料的进展尤其引人注目。以大规模和超大规模集成电路为核心的电脑的问世极大地推动了现代科学技术各个方面的发展,一个又一个划时代意义的半导体生产新工艺、新材料和新仪器不断涌现, 并迅速变成生产力和生产工具, 极大地推动了集成电路工业的高速发展。半导体数字集成电路、模拟集成电路、存储器、专用集成电路和微处理器, 无论是在集成度和稳定可靠性的提高方面, 还是在生产成本不断降低方面都上了一个又一个新台阶,有力地促进了人类在生物工程、航空航天、工业、农业、商业、科技、教育、卫生等领域的全面发展, 也大大地方便和丰富了人们的日常生活。半导体集成电路的发展水平, 是衡量一个国家的经济实力和科技进步的主要标志之一, 然而半导体材料又是集成电路发展的一个重要基石。“半体体材料”作为电子材料的代表, 在生产实践的客观需求刺激下, 科技工作者已经发现了数以千计的具有半导体特性的材料, 并正在卓有成效在研究、开发和利用各种具有特殊性能的材料。 1 元素半导体 周期表中有12 种具有半导体性质的元素( 见下表) 。但其中S、P、As、Sb 和I 不稳定, 易发挥; 灰Sn 在室温下转变为白Sn, 已金属; B、C 的熔点太高, 不易制成单晶; T e 十分稀缺。这样只剩下Se、Ge 和Si 可供实用。半导体技术的早期( 50 年代以前) 。 表1 具有半导体性质的元素

周期ⅢA ⅣA ⅤA ⅥA ⅦA B C S i P S Ge As S e S n Sb Te I Se 曾广泛地用作光电池和整流器, 晶体管发明后,Ge 迅速地兴起, 但很快又被性能更好的Si 所取代。现在Se 在非晶半导体器件领域还保留一席之地, Ge 在若干种分立元件( 低压、低频、中功率晶体管以及光电探测器等) 中还被应用, 而Si 则一直是半导体工作的主导材料, 这种情况预计到下个世纪初也不会改变。Si 能成为主角的原因是: 含量极其丰富( 占地壳的27%) , 提纯与结晶方便; 禁带宽度1. 12eV, 比Ge 的0. 66eV 大, 因而Si 器件工作温度高; 更重要的是SiO2 膜的纯化和掩蔽作用, 纯化作用使器件的稳定性与可靠性大为提高,掩蔽作用使器件的制和实现了平面工艺, 从而实现了大规模自动化的工业生产和集成化, 使半导体分立器件和集成电路以其低廉的价格和卓越的性能迅速取代了电子管, 微电子学取代了真空电子学, 微电子工程成为当代产业中的一支生力军。据报导, 1995 年世界半导体器件销售额为1464 亿美元, 硅片销费量约为30. 0 亿平方英寸, 1996 年市场规模为1851 亿美元, 增长了26. 4%, 消费硅片则达33. 46 亿平方英寸。 硅材料分为多晶硅, 单晶硅和非晶硅。单晶硅分为直拉单晶硅( CZ) 、区熔单晶硅( FZ) 和外延单晶硅片( EPI) 。其中, CZ 单晶

半导体集成电路制造PIE常识讲解

Question & PIE Answer

PIE 1. 何谓PIE? PIE 的主要工作是什幺? 答:Process Integration Engineer(工艺整合工程师), 主要工作是整合各部门的资源, 对工艺持续进行改善, 确保产品的良率(yield)稳定良好。 2. 200mm,300mm Wafer 代表何意义? 答:8吋硅片(wafer)直径为200mm , 直径为300mm硅片即12吋. 目前中芯国际现有的三个工厂采用多少mm的硅片(wafer)工艺?未来北京3.的Fab4(四厂)采用多少mm的wafer 工艺? 答:当前1~3 厂为200mm(8 英寸)的wafer, 工艺水平已达0.13um 工艺。 未来北京厂工艺wafer 将使用300mm(12 英寸)。 4. 我们为何需要300mm? 答:wafer size 变大,单一wafer 上的芯片数(chip)变多,单位成本降低200→300 面积增加2.25倍,芯片数目约增加2.5 倍 5. 所谓的0.13 um 的工艺能力(technology)代表的是什幺意义?答:是指工厂的工艺能力可以达到0.13 um 的栅极线宽。当栅极的线宽做的越小时,整个器件就可以变的越小,工作速度也越快。 从0.35um->0.25um->0.18um->0.15um->0.13um 的technology改变又代表的是什幺意义? 答:栅极线的宽(该尺寸的大小代表半导体工艺水平的高低)做的越小时,工艺的难度便相对提高。从0.35um -> 0.25um -> 0.18um -> 0.15um -> 0.13um 代表着每一个阶段工艺能力的提升。 一般的硅片(wafer)基材(substrate)可区分为N,P 两种类型(type),何谓N, P-type wafer? 答:N-type wafer 是指掺杂negative 元素(5 价电荷元素,例如:P、As)的硅片, P-type 的wafer 是指掺杂positive 元素(3 价电荷元素, 例如:B、 In)的硅片。 8. 工厂中硅片(wafer)的制造过程可分哪几个工艺过程(module)?答:主要有四个部分:DIFF (扩散)、TF(薄膜)、PHOTO (光刻)、ETCH (刻蚀)。其中

数字集成电路的分类

数字集成电路的分类 数字集成电路有多种分类方法,以下是几种常用的分类方法。 1.按结构工艺分 按结构工艺分类,数字集成电路可以分为厚膜集成电路、薄膜集成电路、混合集成电路、半导体集成电路四大类。图如下所示。 世界上生产最多、使用最多的为半导体集成电路。半导体数字集成电路(以下简称数字集成电路)主要分为TTL、CMOS、ECL三大类。 ECL、TTL为双极型集成电路,构成的基本元器件为双极型半导体器件,其主要特点是速度快、负载能力强,但功耗较大、集成度较低。双极型集成电路主要有TTL(Transistor-Transistor Logic)电路、ECL(Emitter Coupled Logic)电路和I2L(Integrated Injection Logic)电路等类型。其中TTL电路的性能价格比最佳,故应用最广泛。

ECL,即发射极耦合逻辑电路,也称电流开关型逻辑电路。它是利用运放原理通过晶体管射极耦合实现的门电路。在所有数字电路中,它工作速度最高,其平均延迟时间tpd可小至1ns。这种门电路输出阻抗低,负载能力强。它的主要缺点是抗干扰能力差,电路功耗大。 MOS电路为单极型集成电路,又称为MOS集成电路,它采用金属-氧化物半导体场效应管(Metal Oxide Semi-conductor Field Effect Transistor,缩写为MOSFET)制造,其主要特点是结构简单、制造方便、集成度高、功耗低,但速度较慢。MOS集成电路又分为PMOS(P-channel Metal Oxide Semiconductor,P沟道金属氧化物半导体)、NMOS(N-channel Metal Oxide Semiconductor,N沟道金属氧化物半导体)和CMOS(Complement Metal Oxide Semiconductor,复合互补金属氧化物半导体)等类型。 MOS电路中应用最广泛的为CMOS电路,CMOS数字电路中,应用最广泛的为4000、4500系列,它不但适用于通用逻辑电路的设计,而且综合性能也很好,它与TTL电路一起成为数字集成电路中两大主流产品。CMOS数字集成电路电路主要分为4000(4500系列)系列、54HC/74HC系列、54HCT/74HCT系列等,实际上这三大系列之间的引脚功能、排列顺序是相同的,只是某些参数不同而已。例如,74HC4017与CD4017为功能相同、引脚排列相同的电路,前者的工作速度高,工作电源电压低。4000系列中目前最常用的是B 系列,它采用了硅栅工艺和双缓冲输出结构。 Bi-CMOS是双极型CMOS(Bipolar-CMOS)电路的简称,这种门电路的特点是逻辑部分采用CMOS结构,输出级采用双极型三极管,因此兼有CMOS电路的低功耗和双极型电路输出阻抗低的优点。 (1)TTL类型 这类集成电路是以双极型晶体管(即通常所说的晶体管)为开关元件,输入级采用多发射极晶体管形式,开关放大电路也都是由晶体管构成,所以称为晶体管-晶体管-逻辑,即Transistor-Transistor-Logic,缩写为TTL。TTL电路在速度和功耗方面,都处于现代数字集成电路的中等水平。它的品种丰富、互换性强,一般均以74(民用)或54(军用)为型号前缀。 ①74LS系列(简称LS,LSTTL等)。这是现代TTL类型的主要应用产品系列,也是逻辑集成电路的重要产品之一。其主要特点是功耗低、品种多、价格便宜。 ②74S系列(简称S,STTL等)。这是TTL的高速型,也是目前应用较多的产品之一。

半导体存储器分类

半导体存储器 一.存储器简介 存储器(Memory)是现代信息技术中用于保存信息的记忆设备。在数字系统中,只要能保存二进制数据的都可以是存储器;在集成电路中,一个没有实物形式的具有存储功能的电路也叫存储器,如RAM、FIFO等;在系统中,具有实物形式的存储设备也叫存储器,如内存条、TF卡等。计算机中全部信息,包括输入的原始数据、计算机程序、中间运行结果和最终运行结果都保存在存储器中。 存储器件是计算机系统的重要组成部分,现代计算机的内存储器多采用半导体存储器。存储器(Memory)计算机系统中的记忆设备,用来存放程序和数据。计算机中的全部信息,包括输入的原始数据、计算机程序、中间运行结果和最终运行结果都保存在存储器中。它根据控制器指定的位置存入和取出信息。自世界上第一台计算机问世以来,计算机的存储器件也在不断的发展更新,从一开始的汞延迟线,磁带,磁鼓,磁芯,到现在的半导体存储器,磁盘,光盘,纳米存储等,无不体现着科学技术的快速发展。 存储器的主要功能是存储程序和各种数据,并能在计算机运行过程中高速、自动地完成程序或数据的存取。存储器是具有“记忆”功能的设备,它采用具有两种稳定状态的物理器件来存储信息。这些器件也称为记忆元件。在计算机中采用只有两个数码“0”和“1”的二进制来表示数据。记忆元件的两种稳定状态分别表示为“0”和“1”。日常使用的十进制数必须转换成等值的二进制数才能存入存储器中。计算机中处理的各种字符,例如英文字母、运算符号等,也要转换成二进制代码才能存储和操作。 储器的存储介质,存储元,它可存储一个二进制代码。由若干个存储元组成一个存储单元,然后再由许多存储单元组成一个存储器。一个存储器包含许多存储单元,每个存储单元可存放一个字节(按字节编址)。每个存储单元的位置都有一个编号,即地址,一般用十六进制表示。一个存储器中所有存储单元可存放数据的总和称为它的存储容量。假设一个存储器的地址码由20位二进制数(即5位十六进制数)组成,则可表示2的20次方,即1M个存储单元地址。每个存储单元存放一个字节,则该存储器的存储容量为1MB。

半导体存储器的分类

半导体存储器的分类作者去者日期 2010-3-20 14:27:00 2 推荐 1.按制造工艺分类 半导体存储器可以分为双极型和金属氧化物半导体型两类。 双极型(bipolar)由TTL晶体管逻辑电路构成。该类存储器件的工作速度快,与CPU处在同一量级,但集成度低,功耗大,价格偏高,在微机系统中常用做高速缓冲存储器cache。 金属氧化物半导体型,简称MOS型。该类存储器有多种制造工艺,如NMOS, HMOS, CMOS, CHMOS等,可用来制造多种半导体存储器件,如静态RAM、动态RAM、EPROM等。该类存储器的集成度高,功耗低,价格便宜,但速度较双极型器件慢。微机的内存主要由MOS型半导体构成。 2.按存取方式分类 半导体存储器可分为只读存储器(ROM)和随机存取存储器(RAM)两大类。ROM是一种非易失性存储器,其特点是信息一旦写入,就固定不变,掉电后,信息也不会丢失。在使用过程中,只能读出,一般不能修改,常用于保存无须修改就可长期使用的程序和数据,如主板上的基本输入/输出系统程序BIOS、打印机中的汉字库、外部设备的驱动程序等,也可作为I/O数据缓冲存储器、堆栈等。RAM是一种易失性存储器,其特点是在使用过程中,信息可以随机写入或读出,使用灵活,但信息不能永久保存,一旦掉电,信息就会自动丢失,常用做内存,存放正在运行的程序和数据。 (1)ROM的类型 根据不同的编程写入方式,ROM分为以下几种。 ① 掩膜ROM 掩膜ROM存储的信息是由生产厂家根据用户的要求,在生产过程中采用掩膜工艺(即光刻图形技术)一次性直接写入的。掩膜ROM一旦制成后,其内容不能再改写,因此它只适合于存储永久性保存的程序和数据。 ② PROM PROM(programmable ROM)为一次编程ROM。它的编程逻辑器件靠存储单元中熔丝的断开与接通来表示存储的信息:当熔丝被烧断时,表示信息“0”;当熔丝接通时,表示信息“1”。由于存储单元的熔丝一旦被烧断就不能恢复,因此PROM存储的信息只能写入一次,不能擦除和改写。 ③ EPROM EPROM(erasable programmable ROM)是一种紫外线可擦除可编程ROM。写入信息是在专用编程器上实现的,具有能多次改写的功能。EPROM芯片的上方有一个石英玻璃窗口,当需要改写时,将它放在紫外线灯光下照射约15~20分钟便可擦除信息,使所有的擦除单元恢复到初始状态“1”,又可以编程写入新的内容。由于EPROM在紫外线照射下信息易丢失,故在使用时应在玻璃窗口处用不透明的纸封严,以免信息丢失。 ④ EEPROM EEPROM也称E2PROM(electrically erasable programmable ROM)是一种电可擦除可编程ROM。它是一种在线(或称在系统,即不用拔下来)可擦除可编程只读存储器。它能像RAM那样随机地进行改写,又能像ROM那样在掉电的情况下使所保存的信息不丢失,即E2PROM兼有RAM和ROM的双重功能特点。又因为它的改写不需要使用专用编程设备,只需在指定的引脚加上合适的电压(如+5V)即可进行在线擦除和改写,使用起来更加方便灵活。 ⑤ 闪速存储器 闪速存储器(flash memory),简称Flash或闪存。它与EEPROM类似,也是一种电擦写型ROM。与E EPROM的主要区别是:EEPROM是按字节擦写,速度慢;而闪存是按块擦写,速度快,一般在65~170ns之

半导体集成电路复习题及答案

第8章动态逻辑电路 填空题 对于一般的动态逻辑电路,逻辑部分由输出低电平的网组成,输出信号与电源之间插入了栅控制1、 极为时钟信号的 ,逻辑网与地之间插入了栅控制极为时钟信号的。 【答案:NMOS, PMOS, NOMS】 对于一个级联的多米诺逻辑电路,在评估阶段:对PDN网只允许有跳变,对 PUN网只允许有跳变,2、 PDN与PDN相连或PUN与PUN相连时中间应接入。 【答案:】 解答题 从逻辑功能,电路规模,速度3方面分析下面2电路的相同点和不同点。从而说明CMOS动态组合逻辑1、 电路的特点。 【答案:】 图A是CMOS静态逻辑电路。图B是CMOS动态逻辑电路。2电路完成的均是NAND的逻辑功能。图B的逻辑部分电路使用了2个MOS管,图A使用了4个MOS管,由此可以看出动态组合逻辑电路的规模为静态电路的一半。图B的逻辑功能部分全部使用NMOS管,图A即使用NMOS也使用PMOS,由于NMOS的速度高于PMOS,说明动态组合逻辑电路的速度高于静态电路。 2、分析下面的电路,指出它完成的逻辑功能,说明它和一般动态组合逻辑电路的不同,说明其特点。 【答案:】

该电路可以完成OUT=AB的与逻辑。与一般动态组合逻辑电路相比,它增加了一个MOS管M kp,这个MOS 管起到了电荷保持电路的作用,解决了一般动态组合逻辑电路存在的电荷泄漏的问题。 3、分析下列电路的工作原理,画出输出端OUT的波形。 【答案:】 答案:

4、结合下面电路,说明动态组合逻辑电路的工作原理。 【答案:】 动态组合逻辑电路由输出信号与电源之间插入的时钟信号PMOS,NMOS逻辑网和逻辑网与地之间插入的时钟信号NMOS组成。当时钟信号为低电平时,PMOS导通,OUT被拉置高电平。此时电路处于预充电阶段。 当时钟信号为低电平时,PMOS截至,电路与V DD的直接通路被切断。这时NOMS导通,当逻辑网处于特定逻辑时,电路输出OUT被接到地,输出低电平。否则,输出OUT仍保持原状态高电平不变。例如此电路, NMOS网构成逻辑网中A与C,或B与C同时导通时,可以构成输出OUT到地的通路,将输出置为低电平。 第7章传输门逻辑 填空题 写出传输门电路主要的三种类型和他们的缺点:(1),缺点:;(2),缺点:;(3),缺1、 点:。 【答案:NMOS传输门,不能正确传输高电平,PMOS传输门,不能正确传输低电平,CMOS传输门, 电路规模较大。】 2、传输门逻辑电路的振幅会由于减小,信号的也较复杂,在多段接续时,一般要插入。 【答案:阈值损失,传输延迟,反相器。】 3、一般的说,传输门逻辑电路适合逻辑的电路。比如常用的和。 【答案:异或,加法器,多路选择器】 解答题 1、分析下面传输门电路的逻辑功能,并说明方块标明的MOS管的作用。 【答案:】

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