集成电路设计概述PPT课件.ppt

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1、集成电路设计基础第一章集成电路设计概述华南理工大学电子与信息学院广州集成电路设计中心殷瑞祥教授第一章集成电路设计概述1.1集成电路(IC)的发展集成电路(IC)的发展IC——IntegratedCircuit;集成电路是电路的单芯片实现;集成电路是微电子技术的核心;1.1集成电路(IC)的发展单片半导体材料元件连线I/O工艺加工应用电路系统晶体管的发明1946年1月,Bell实验室正式成立半导体研究小组:W.Schokley,J.Bardeen、W.H.BrattainBardeen提出了表面态理论,Schokley给出了实现放大器的基本设想,Brattain设计了实验

2、;1947年12月23日,第一次观测到了具有放大作用的晶体管;1947年12月23日第一个点接触式NPNGe晶体管 发明者:W.SchokleyJ.BardeenW.Brattain获得1956年Nobel物理奖1.1集成电路(IC)的发展获得1956年Nobel物理奖集成电路的发明1952年5月,英国科学家G.W.A.Dummer第一次提出了集成电路的设想。1958年以德克萨斯仪器公司(TI)的科学家基尔比(ClairKilby)为首的研究小组研制出了世界上第一块集成电路,并于1959年公布了该结果。 锗衬底上形成台面双极晶体管和电阻,总共12个器件,用超声焊接引线将

3、器件连起来。获得2000年Nobel物理奖1.1集成电路(IC)的发展获得2000年Nobel物理奖集成电路的发明平面工艺的发明1959年7月,美国Fairchild公司的Noyce发明第一块单片集成电路:利用二氧化硅膜制成平面晶体管,用淀积在二氧化硅膜上和二氧化硅膜密接在一起的导电膜作为元器件间的电连接(布线)。这是单片集成电路的雏形,是与现在的硅集成电路直接有关的发明。将平面技术、照相腐蚀和布线技术组合起来,获得大量生产集成电路的可能性。1.1集成电路(IC)的发展第一块单片集成电路集成电路发展史上的几个里程碑1962年Wanlass、C.T.Sah——CMOS技术

4、现在集成电路产业中占95%以上1967年Kahng、S.Sze——非挥发存储器1968年Dennard——单晶体管DRAM1971年Intel公司生产出第一个微处理器芯片4004——计算机的心脏目前全世界微机总量约6亿台,在美国每年由计算机完成的工作量超过4000亿人年工作量。美国欧特泰克公司认为:微处理器、宽带连接和智能软件将是21世纪改变人类社会和经济的三大技术创新。1.1集成电路(IC)的发展集成电路的发展水平的标志IC加工工艺的特征尺寸(MOS晶体管的最小栅长、最小金属线宽)集成度(元件/芯片)生产IC所用的硅片的直径(6、8、12英寸)芯片的速度(时钟频率)1

5、.1集成电路(IC)的发展集成电路的发展小规模集成(SSI)→中规模集成(MSI)→大规模集成(LSI)→超大规模集成电路(VLSI)→特大规模集成电路(ULSI)→GSI→SoC。1.1集成电路(IC)的发展集成电路的发展1990年代以后,工艺从亚微米(0.5到1微米)→深亚微米(小于0.5m)→超深亚微米(小于0.25m,目前已经到了0.06m)发展。其主要特点:特征尺寸越来越小(最小的MOS管栅长或者连线宽度)芯片尺寸越来越大(diesize)单片上的晶体管数越来越多时钟速度越来越快电源电压越来越低布线层数越来越多I/O引线越来越多1.1集成电路(IC)的发

6、展集成电路发展规划(2019)年份2019201920192019201920092019最小线宽(mm)0.250.180.150.130.100.070.01DRAM容量256M1G1G~4G4G16G64G256G晶体管数量(M)112140762005201400芯片尺寸(mm2)300340385430520620750时钟频率(MHz)750120014001600200025003000金属层数66~7777~88~99最低供电电压(V)1.8-2.51.5-1.81.2-1.51.2-1.50.9-1.20.6-0.90.5-0.6最大硅片直径(mm)2

7、008吋30012吋30012吋30012吋30012吋45018吋45018吋1.1集成电路(IC)的发展集成电路工艺特征尺寸1.1集成电路(IC)的发展单个芯片上的晶体管数1.1集成电路(IC)的发展集成电路芯片面积1.1集成电路(IC)的发展集成电路的电源电压1.1集成电路(IC)的发展集成电路的时钟频率1.1集成电路(IC)的发展摩尔定律(Moore’sLaw)Min.transistorfeaturesizedecreasesby0.7Xeverythreeyears——Trueforatleast30years! (Intel

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