储存器IC(DRAM)和逻辑LSI的进展在线视频

我们看 第二节

我们讲 集成电路的发明

因为我这个讲义是前两年写的了

那现在 已经近60年了

我们首先 这一节讲

半导体集成电路的功能

及 按规模的分类

那么从存储器到CPU

到系统的大规模集成电路

存储器IC按功能的分类 等等这些

我们这一步的话

主要是讲 集成电路的分类

我们集成电路 按材料来分类

按材料和结构来分类

那么集成电路有硅

半导体的集成电路

有化合物半导体的集成电路

如果按照结构来分呢

我们刚才讲了

有双极性型的

有MOS型的

MOS型里边的话

有n沟道型的 有p沟道型的

有COMS型的

那么如果是按照它的工作方式

有数字型的有模拟型的

那么半导体集成电路的功能

及按规模的分类

是二十世纪八十年代以前的了

八十年代以前的

咱们现在进展非常迅速

当然历史上有这个过程

我也把它介绍一下

半导体元件有主动元件有被动元件

那么这个主动元件呢

又称能动元件

国内习惯又称作有元元件

它这个特点是什么呢

具有使电器信号放大

变换等积极的功能元件

比如三极管和二极管

我觉得叫主动元件比较科学

或者叫做能动元件

主动元件比较科学

那么叫有源元件的话不太科学

这个有源元件和无源元件

主要是由过去那个电工学来的

用在电子学

叫有源元件 无源元件不太科学

应该叫主动元件

或者叫做能动元件

被动元件又叫做受动元件

国内习惯称无源元件

用于储存电荷等

在IC电路中起受动作用的元件

主要是电阻电感电容

那么能动元件或者主动元件

是什么呢

它具有什么功能

有放大变频

等等这些功能

如果集成电路过去

按集成度的大小怎么分呢

就是每一个IC上它的元件数

分小规模集成电路

中规模集成电路

大规模集成电路

超大规模集成电路

极大规模集成电路

这是过去

因为现在集成度远远超过

目前一个芯片的元件数

甚至超过60个G

现在250G 256G呀 一个T

这都有了

与集成度按几何基数增长相比

表征栅长和线宽的特征尺寸

又叫设计标准

能更直观的反映技术进步

与工艺难度

故现在一般按生产线的特征尺寸

表征产业化的水平

注意我们集成电路它的发展水平

特别是产业化的水平

已经不用过去的传统的

集成度来表示

而是什么呢

而是用特征线宽

或者叫做设计标准

特征线宽设计标准

就是我们刚才讲的那个栅长

栅的长度

那么为什么要用

你看我写的这个

表征栅长和线宽的特征尺寸

设计基准更能直观反映

技术进步和工艺难度

故现在一般按照生产线的

特征尺寸表示

我有120纳米的

我是60纳米的

我是32纳米的

24纳米的 16 18纳米的等等这些

现在的话一般是按照

这个特征线宽来表示

这是为什么呢

为什么呢

正如现在

我们第三章

我们还要讲平板显示器

正如我们平板显示器

表征它的产业化的规模和水平

用什么呢

用玻璃 玻璃极板的尺寸

或者叫做代

现在进入第8代了

8.5代了 10代了等等这些

用代来表示

而不用图象分辨率

什么其他参数来表示

注意你半导体集成电路的话呢

用特征线宽

来表示它的产业化的水平

平板显示器的

产业化的水平的话呢

用玻璃极板的尺寸

或者叫做代 世代来表示

这是为什么呢

我觉得它有道理在这里边

它道理在什么呢

因为它的特征线宽

表示它的就是特征线宽

你要达到这种特征线宽的元器件

最能反映你的技术水平

这是第一条

第二条的话呢

你的关键设备你的价钱

主要是什么呢

你能适应这个线宽

不适应这个线宽

如果你提高一极或者提高一代

提高两代提高三代

那么你的关键设备的价钱

就不只增加一倍增加两倍

几倍 甚至十倍 数十倍的

这个关系

这是第二条

第一是代表它的产业化的水平

技术水平

第二的话呢

它的关键设备的价钱

第三个它是反映什么呢

反映它的用途

你0.25微米的

和190纳米的和160纳米的

和120纳米的

它用户是不一样的

它的用户是不一样的

包括你现在比方说

你这个便携

什么iphone ipad这些

你必须需要什么呢

需要这个集成度比较高的

你轻薄短小嘛

要高集成化嘛 要多功能嘛

所以这三条我再说一遍

第一条技术水平

第二条关键设备

其中包括它的价格

第三步的话呢

它针对的用户是不一样的

因此我们用这个特征线宽

或者设计基准表示

目前半导体产业

它的产业化的技术水平

那么从存储器到CPU

系统大规模集成电路

它的分类

我们知道IC

我们讲IC

我们一提IC的话呢

就是它用到哪些方面

用到哪些方面

好 那么用到哪些方面呢

这里边我这个四大类

这四大类

一个是存储器

一个是微处理器

一个是ASIC

还有一个是系统的

实际上我们生产的集成电路

这个IC芯片

我们用途的话呢

主要是用在这几个地方

一个是逻辑电路

第二是存储器

第三是模拟电路

第四光电器件

还有什么呢

还有这个传感器件

分立元件等等

这都属于大规模集成电路里边

它的应用的

我这个图里边的话呢

讲了这几部分

当然第一部分是逻辑电路

逻辑电路存储器微处理器

微处理器当中有MPU有MCU

还有的话 微处理器周边的IC

实际上的话我们待加工的

待加工的工厂

生产很多的是ASIC

ASIC的话呢

就是说用户

用户定制型的

或者特定用户型的这种IC

你比方说我搞一个

什么家用电器

我搞一个什么

什么器件

这个东西这个用户

跟半导体芯片厂家

共同享有这个知识产权

我把这个理念

或者我把设计

给这个芯片厂家

芯片厂家再加工

再加工完了我用

把这种的叫做ASIC

那么这里边又有用户制定型的

又有特定用户型的

用户定制型的是门阵列型

标准单元阵列型

还有其他

还有全用户制定型的

还有特定用户型的

包括数字式荧幕用

图象处理用等等其他

那么再有一个的话就是系统

系统IK

多媒体处理器 怎么

等等这些

我们从这个IC的用途呢

就可以看出

它应用到各个领域当中去

应用到各个领域当中去

用于哪些领域呢

比方说用在计算机

包括平板电脑便携的

平板电脑

包括电视机

包括家用电器的控制

包括汽车等等

应用到各个方面

应用到各个方面

那么我们现在看看存储器

存储器的话呢

按功能地分类

按功能地分类

有易失性的

有不易失性的

那么易失性的

不易失性的

我们看看不易失性的话呢

就是说我依次存储到里边去

再也不能变化

一次写入再也不能变化了

那么这里边的话呢有

有各种

不易失性的

有掩膜ROM

等等 这些

那么易失性的话呢

有静态的 有动态的

那么动态的话呢

就是不断地刷新

不断地给它

不断地给它储存

不断地给它储存

如果你不储存的话呢

它就消失了

这里边呢

这个缩写这是随机存取存储器

第二个呢

DRAM是什么呢

是动态随机存储器

SRAM呢是静态随机存储器

ROM是代表只读存储器

就是说我给它存进去

我只读它

不会改变它

还有的紫外线可擦除的

电器可擦除的

还有快闪存储器等等这些

那么集成电路的话

都涉及到这些方面的

看这个图上讲的存储器

我们这讲的存储器

还有逻辑电路

还有用户制定型的这种电路

无论是哪种电路当中

都会用到各种各样的材料

因为器件要进步的话呢

也涉及到各种各样的材料

我现在就是拿这个DRAM

它的电容结构发生变化

既然是存储器

你得存在哪儿嘛

你得存在哪儿

我们这个存储器的话呢

有字线和位线

有字线有位线

中间交叉点的地方的话呢

是个电容

这个信号就存在这个电容里面

所以随着集成度的增加

随着集成度的增长

这个电容的话呢

它会占的面积或者占体积

你要想变小

我们知道平板电容器

平板电容器它的电容量

等于什么呢

跟它的介电常数成正比

跟谁成正比呢

跟这个平板电容的面积成正比

跟它的距离成反比

那么意思说

你要想容量比较大的话

你这个面积就必须得比较大

面积大 存储容量才比较高

我们怎么变呢

我们怎么

要在很小的体积

很小的面积上来增加电容

存储电容的容量呢

采取什么办法

这就是一个是从结构上想办法

另外一个从材料上想办法

那么结构上想办法是什么呢

你比如说过去是采取的

平面型的电容器

平面型的电容器

显然占体积很大

占体积很大

我们要采取 想办法呢

采取叠容

叠层型的电容器的结构

叠层 一层一层叠起来

增加它的面积

沟道型的

沟槽型电容器的结构C图

D图呢是沟槽内

在叠层的电容器的结构

注意我想办法

或者是你这个D图

就相当于挖一个井

挖一个双壁的井

C图的话呢

往下边挖一个井

B图的话呢

像戴一个帽子

在这上边戴一个帽子

戴两层戴三层戴四层等等

这是在结构上想办法

那么除了结构上想办法

必须在材料上想办法

增加什么呢

那个ε

把这个相对介电常数

给它提高

相对介电常数给它提高

提高到多少

提高到你比如说

一般的电容器用这个氮化钛

它20几的介电常数

我可以用其他的材料的话呢

给它提高到几千上万

这样的话呢

它的面积 体积就会变的很小

随着集成度的增加

对材料的要求

是越来越高的

就是我们讲的这个电容器的

这部分

看看图

第一个图呢是沟槽型的

储存单元

沟槽型的储存单元

注意储存单元

下边打一个井

那么电容器的电极

看的出来一个电极

那么电容膜

注意这个电容膜我采取什么呢

在结构上下边打个井

它的电容膜的话呢

增加它的介电常数

就可以增加电容器的电容量

那么底下是一个叠层型的

储存单元

我给它叠起来

一层两层三层

但是无论采取什么结构

想办法增加电容层的

电容膜的那个介电常数

是提高电容的一个有效手段

所以这个材料你看看

它起的作用是非常非常大的