何谓集成电路在线视频

那么现在呢

我讲第一节

什么叫做集成电路

什么叫做集成电路

这里边呢就讲讲

从这个分立元件到集成电路

它的这个

我们现在讲

什么叫做集成电路呢

还是从材料的角度

从入门 这里边的话呢

没有很复杂的推导

没有很复杂的公式的推导

好 什么叫做集成电路

集成电路呢

是具有所需要的电路功能的

一个微结构和微器件

注意它是个微结构

或者微器件

当然你要有特定的电路功能

那么要通过一定的技术

把这个电路里边

所需要的那些

有源器件是什么呢

三极管 二极管

那些无源器件是什么呢

是电阻 电感 电容

通过一定的技术

把这些有源器件和无源器件

制作在一个或者多个晶片上

晶片上 或者说呢

制作在绝缘的这个基板上

基板上完成一个电路功能

那么这个集成电路本身呢

由于它是一个微型的

一个器件是吧

它做在一个

很小的一个基板上

那么它形成了一个

一个器件或者结构

在这个器件结构当中呢

各个元器件呀

它都有固定的一种形式了

它集成在一块了

因此呢它的什么呢

重量轻 体积小

引出线和焊接点比较少

可靠性高 便于一块制作

因此它价格比较便宜

所以这个集成电路呢

目前在各行各业

都得到普遍的应用

我们现在的话呢

这个图就表示

过去的分立元件所组成的电路

跟现在我们集成电路

大致的一个比较

大致的一个比较

从这个图上

过去是什么样子

现在是什么样子

当然现在集成电路

也在突飞猛进的往前发展

它表现在什么形式呢

就是说它的

特征线宽越来越窄

储存密度越来越高

它为什么要实现飞速的发展

这里边的话呢

有工艺的基础

也有材料的基础

我们看看这个图所表示的

过去呢就是分立元件

把它插在印制电路板上

那么现在呢

把一些有源器件或者无源器件

集成在一个晶圆上

或者是一个晶片上

我们看看可以做比较

那么过去的话呢

我们年长的人

都做过半导体收音机了

半导体收音机

那时候都是插入式的

把电阻 电感 电容

三极管 二极管

都插在一个印制电路板上

我们看看当时的体积

我们看这几个信号

插在一块的话呢

它是10到20个厘米

那么现在呢

我们要把它集成在

以微米量级的

这个微米量级的范围内

微米量级的范围内

我们可以看到

如果是到微米量级

我随便举这么一个例子了

过去是10到20厘米

现在呢7到10微米

它的尺寸变成原来的多少呢

是两万分之一

它的面积变成多少呢

是四亿分之一

四亿分之一

那么它的厚度的话呢

是变到二三百个微米以下

我们可以看到

它这个体积变小

它的质量变小

它的接头变少

它的可靠性变高

从这个上边的话呢

可以看得非常清楚

那么反过来

我们再讲什么叫集成电路呢

首先这个集成电路

它是一个微结构 微器件

经过一定的工艺

把它所需要的三极管 二极管

电阻 电感 电容

制作在一小块

或者几小块晶片上

或者说把它制作在一个

绝缘的一个基板上

完成整体的功能

可以看到那个集成电路呢

本身它对刚才我们讲的

减小体积 减小质量

提高可靠性

这个效果是非常非常显著的

我们知道要做集成电路的话呢

首先要做到拉个单晶

拉个单晶以后的话呢

要切片

切成片以后的话呢

制作芯片电路

芯片电路布置好的话呢

要划片 划片的话呢你看看

一个15微米见方的一个

一个小晶片

这个小晶片的话呢

要封装在一个什么呢

一个载体上

封装在一个载体上的话呢

我们看到的是一个元件是吧

有QLP的 这么引线的

也有插入式的

也有下边是一个焊球的

表面上看呢

是个元器件

但是它的内容的话呢

它的内部

它的关键的部位

就是我们所说的下边这个

芯片的这个断面结构

芯片的这个断面结构

那么现在我们老说 到

比如说到0.25微米

190纳米嘛 160纳米嘛

到32纳米

现在24纳米

现在甚至到 5到7纳米的

这个样子是吧

那么指的是什么呢

指的就是这里边的栅长

栅长或者说

或呢栅的宽度 栅的高度

或者栅长

那么它这个尺寸的话

是不断的变小的

如果这个硅圆片的直径

是200个厘米

或者现在典型的

是300厘米了是吧

八寸的 现在是12英寸的

是300厘米的样子

我们把它划片裂片

变成15英寸见方的一个

变成一个小的晶片

封装在这个封装体上

我们看到的话呢

是这个元器件

但是内部呢

它的尺寸是非常精细的

那么精细到什么程度呢

就是我刚才讲的

0.25微米

190纳米 160纳米

一直到现在16 14纳米

一直到 5到7纳米

现在飞速地往前进展

那么集成电路里边

最关键的部件的话呢

是晶体管

这个晶体管呢

现在用得比较多的

集成电路用的比较多的

叫做MOS器件

什么叫做MOS器件呢

M代表金属 O代表氧化物

S代表半导体

是Metal Oxide Semiconductor

它组成了一个三极管

组成了一个晶体管

这个晶体管 MOS晶体管

或者叫做三极管 可以比做

通过设有水闸的一个水路

我们看看左边是一个小水库

那么右边的话呢

是一个泄流孔

泄流孔这边的话呢

还有个水泵

上边的话有一个闸门

如果说你闸门不打开的时候

你这个水泵爱怎么转

你只能是空转

它没水过来

你如果把这个闸门往上提

一旦提 往上提

提的话呢

有一个阈值

一旦超过这个阈值

出现一个空隙

这个水的话呢

就会流过来

水就会流过来

如果你这个泵

再加上这个泵

再一旋转的话呢

流的这个水量会增加

那么从这个图可以看到呢

就是说我们如果

把上边提这个闸叫做栅极

把这边这个水的话呢

叫做源极

把泵这边的话叫做漏极

那么这个MOS器件的话呢

就是由三部分所组成的

一个是源极一个是漏极

一个是栅极

看看我们起的作用

注意这个图上所起的作用

栅极是打开阀门的

这个阀门

可以打开的大打开的小

这个漏极的话呢

它如果说是

比作一个水泵的话

水泵的转速的高低

对这个流的水量的话

也得有一定的影响

也有一定的影响

刚才呢举了一个实例

我们现在呢

用这个具体的结构图

结构示意图来比较一下

把MOS三极管

起这个名字呢

为什么叫做MOS呢

注意它这里边有个氧化物

这个氧化物在哪儿

氧化物在栅极跟沟道之间

它是不导通的

一定有氧化物给它隔离

那么金属在哪儿呢

金属有三部分有金属

一部分在源极

上边一定要有金属

要金属把它引出来

在漏极这边的话呢

也有金属

要用金属的话呢

要把它引出来

栅极上边有金属

源极上边有金属

漏极上边有金属

因此的话呢

它前边有个M

我们讲这个O是个氧化物

氧化物在哪儿呢

一定在栅极跟半导体沟道层

这个地方有一个绝缘层

有一个绝缘层

那么源 栅 漏

那么semiconductor在哪儿呢

semiconductor就在栅极的底下

底下是个氧化层 绝缘层

绝缘层下边就是一个沟道层

这个沟道层呢就是半导体材料

当然源和漏本身

也是个半导体层

注意这个半导体层跟金属接触

栅极的话呢

它是个多晶硅

当然这个多晶硅的话呢

应该讲它也是个半导体层

也跟金属接触

我们可以看到MOS器件

它是由金属 氧化物 半导体

三种材料所组成的

我再重复一遍

金属在什么地方

在源极上边要有金属连出来

漏极上边要有金属连出来

栅极上边要有金属连起来

那么源极和漏极之间

是一个半导体沟道层

叫做semiconductor

半导体沟道层跟金属

栅极金属之间

说栅极多晶硅之间

一定要有一个什么呢

要有一个氧化层给它隔离

它是隔离的

应该说它是不导电的

它是隔离的

那么MOS器件的话呢

又叫做场效应管

为什么叫做场效应管呢

这个场效应管就是说

它栅极的电场

栅极的电场来控制半导体沟道

是不是打开

它打开量是多少

就相当于什么呢

刚才我们举例子讲的那个闸门

那个闸门

所以MOS栅极管各部分

由哪位学者命名也无从查证

从模拟各部分的作用看

源 栅 漏的名称

是相当 相当科学的

相当 相当科学的

我们平常老讲的

特征线宽

或者叫做设计标准是吧

现在老讲

我现在进入到什么16纳米了

14纳米了

我现在进入到7纳米了

过去32纳米

到底指的是谁呢

就指的这个图上这个L

这个L是什么呢

就是沟道长度

沟道长度

当然你这个扩散层的

这个深度的话呢

跟沟道层在同一个数量级

但是严格地讲的话呢

我们说那个特征线宽

那个设计标准指的是谁

就指的这个L

我们这是三极管的电流

电压特性

注意 我们这个MOS场效应管

在工作的过程当中呢

我们可以这样理解

就是说把基板电极

注意基板电极

和源电极给它接地

源电极 基板电极

给它接地

注意 我讲义上呢

写错了一个地方

我说是把基板电极

和栅电极接地

这个错了

应该是基板电极和源电极接地

在基板电极和源电极

接地的情况下

我们看看我们需要的是漏电流

注意这个漏电流呢

它跟两种因素有关

一个是跟谁有关系呢

一个是跟栅电压有关系

栅电压

栅电压高低它不一样

还有一个的话呢

跟漏电压有关系

我们说把这个漏电压呢

比作刚才那个示意图的水泵

把这个栅电压呢

比作那个示意图的那个闸门

因此我们控制漏电流

我们所需要的是漏电流了

我们控制这个漏电流呢

通过两个参数来控制它

第一个是栅电压

第二个的话呢是漏电压

可以实现对于它的控制

当然了我们从电流电压图上

可以看到它分 非饱和区域

和饱和区域

非饱和区域和饱和区域

各有各的用途

就看你实际应用

这个怎么情况了

注意 有一条就是说

它漏电流由谁所控制呢

是由两个电压来控制的

一个是栅电压

一个是漏电流

这个是我们说场效应管

或者MOS管的工作原理

我们几十年以前

刚发明三极管晶体管的时候呢

我们用的大部分是双极性型

或者是双极型的叫做晶体管

它是分什么呢

分三极嘛

一个是集电极 一个是基极

一个是发射极

它是

我再说一遍

一个是集电极

一个是基极 一个是发射极

把它叫做什么呢

叫做双极性型的

我们现在集成电路里边

一般不用这种双极性型的

我们用什么呢

用刚才讲的用MOS器件

用的比较多的是CMOS

有NMOS PMOS CMOS

那我们为什么集成电路里边

大部分用的是MOS器件

而不是过去的双极性型的呢

这里边呢主要是

它有各有优点各有缺点

各有优点 各有缺点

你们看从用途上讲

你CMOS器件

它用在存储器

微处理器 逻辑元件

那当然大规模集成电路

大部分用的这种

那么双极性型的呢

它用在无线电传送

它的特点速度快

从高频率 低噪声

高放大倍数等方面考虑

占有优势

但是它结构复杂

微细化集成度比较难

它的价格比较高

特别是功耗比较大

它的结构复杂

微细化集成化比较难

那么微细化制造

超大规模集成电路

或者微细化就有困难

另外它功耗比较大

功耗比较大

而且价格比较高

因此大规模集成电路里边

集成电路里边

很少用双极性型的

那么CMOS器件

它有什么特点呢

它结构简单

易于实现微细化 高集成化

功耗小 价格便宜

通过微细化

易于实现高速化

当然它也有一些缺点

但是我们集成电路里边

之所以用CMOS器件

主要是关键是什么呢

结构简单 易于实现微细化

特别是它的功耗小

价格又比较便宜

因此我们集成电路里边

大部分用的是CMOS器件