vlsi设计课件一vlsi概述x

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1、P1第1章VLSI概述1.1晶体管与集成电路的发展1.2摩尔定律(Moreˊslaw)1.3EDA技术的发展1.4IC产业的分工1.5VLSI设计方法学1.6深亚微米技术的挑战P21.1晶体管与集成电路的发展1.1.1半导体集成电路的出现与发展1.1.2集成电路基本概念1.1.3集成电路发展的特点P31947～1948年：贝尔实验室公布了世界上第一只晶体三极管（点接触）—“20世纪最伟大发明”，标志电子管向晶体管过渡，从此电路进入晶体管时代。1947年贝尔（Bell）实验室的肖克莱、沃尔特·布拉登和约翰·巴尔用几条金属箔片、一块半导体材料和一个纸架构成的一个模型：具有传导、放大和开关电流的作用

2、。称之为“点接晶体管放大器”。（1956年美国贝尔实验室三人获诺贝尔奖）1.1.1半导体集成电路的出现与发展图1–1“点接晶体管放大器”P41948年，威廉·肖克莱（WilliamShockley)—“晶体管之父”，提出结型晶体管的想法；1951年，威廉·肖克莱领导的研究小组成功研制出第一个可靠的单晶锗NPN结型晶体管；（温度特性差、提纯度差、表面防护能力差(稳定性差））1952年，英国皇家雷达研究所的达默第一次提出“集成电路”的设想；1958年美国德克萨斯仪器公司基尔比为首的小组研制出世界上第一块集成电路了双极性晶体管（由12个器件组成的相移振荡和触发器集成电路），并于1959年公布—这就是

3、世界上最早的集成电路，是现代集成电路的雏形或先驱；（基尔比于2000年获得诺贝尔物理学奖）1960年成功制造出MOS管集成电路（硅基）；1965年戈登·摩尔发表预测未来集成电路发展趋势的文章，就是“摩尔定律”的前身；1968年Intel公司诞生；1971年，INTEL公司推出1024位（1k）DRAM，标志着大规模集成电路出现；1978年，64kbitRAM的出现，标志着集成电路进入超大规模时代。P5集成电路的发展除了物理原理外还得益于许多新工艺的发明：50年美国人奥尔和肖克莱发明的离子注入工艺；56年美国人富勒发明的扩散工艺；60年卢尔和克里斯坦森发明的外延生长工艺；60年kang和Atal

4、la研制出第一个硅MOS管；70年斯皮勒和卡斯特兰尼发明的光刻工艺，使晶体管从点接触结构向平面结构过渡并给集成电路工艺提供了基本的技术支持。因此，从70年代开始，第一代集成电路才开始发展并迅速成熟。P6集成电路规模的发展：SSI（SmallScale):1958年制造出包含12个晶体管的小规模集成电路（基本的“与非”或“非门”电路）；MSI:1966年发展到集成度为100～1000个晶体管的中规模集成电路(计数器、译码器）；LSI:1967-1973年，研制出1000个～10万个晶体管的大规模集成电路（16位处理器，MotoralM68000(7万个晶体管)，Intel80286(12.5万个

5、晶体管)）；VLSI:1977年研制出在30平方毫米的硅晶片上集成15万个晶体管的超大规模集成电路，这是电子技术的第四次重大突破，从此真正迈入了微电子时代（32位处理器，80486超过100万个晶体管）；ULSI(UltraLarge-ScaleIntegration)，1993年随着集成了1000万个晶体管的16MFLASH和256MDRAM的研制成功，进入了特大规模集成电路时代（SOC/SOPC系统）；GSI（GigaScaleIntegration）1994年由于集成1亿个元件的1GDRAM的研制成功，进入巨大规模集成电路时代（IntelPentium4E，内部集成一亿两千五百万个晶体管

6、）。P71.1.2集成电路基本概念形状:一般为正方形或矩形。面积:几平方毫米到几百平方毫米。面积增大引起功耗增大、封装困难、成品率下降，成本提高，可通过增大硅园片直径来弥补。集成度，规模:包含的晶体管数目或等效逻辑门的数量。(1个2输入的NAND=4个晶体管）特征尺寸：集成电路器件中最细线条的宽度，对MOS器件常指栅极所决定的沟道几何长度（λ），是一条工艺线中能加工的最小尺寸；反映了集成电路版图图形的精细程度，特征尺寸的减少主要取决于光刻技术的改进（光刻最小特征尺寸与曝光所用波长）。硅园片直径：考虑到集成电路的流片成品率和生产成本，每个硅园片上的管芯数保持在300个左右。（inch)P8封装(

7、Package)：把IC管芯放入管壳(金属、陶瓷和塑料）内密封，使管芯与外部系统建立可靠连接、保证信号完整性而能长期可靠工作。散热：保证在允许的温度下正常工作；恶劣环境：化学介质、辐射、振动保护；标准化：使芯片应用到不同尺度的基板上，标准的引脚间距方便测试。注意：封装与互连不会增强信号，而只会减弱信号强度；封装不会改进芯片的性能，只会限制系统性能。封装类型(总体）：从扦孔形（THP）向表面按装形式