微電子學概論知識點

2021-07-23 14:04:42 字數 3677 閱讀 4314

1什麼是微電子學

答: 微電子學作為電子學的一門分支科學,主要是研究電子或離子在固體材料中的運動規律及其應用,並利用它實現訊號處理功能的科學。

2什麼叫積體電路?

答:integrated circuit,縮寫ic

通過一系列特定的加工工藝,將電晶體、二極體等有源器件和電阻、電容等無源器件,按照一定的電路互連,「整合」在一塊半導體單晶元(如矽或砷化鎵)上,封裝在乙個外殼內,執行特定電路或系統功能

3積體電路的分類:

按器件結構型別分類:雙極積體電路,金屬-氧化物-半導體(mos)積體電路,雙極-mos(bimos)積體電路

按積體電路規模分類

* 小規模積體電路(small scale ic,ssi)

* 中規模積體電路(medium scale ic,msi)

* 大規模積體電路(large scale ic,lsi)

* 超大規模積體電路(very large scale ic,vlsi)

* 特大規模積體電路(ultra large scale ic,ulsi)

* 巨大規模積體電路(gigantic scale ic,gsi)

按結構形式的分類:單片積體電路,混合積體電路(厚膜積體電路、薄膜積體電路)

按電路功能分類:數字積體電路,模擬積體電路,數模混合積體電路

4微電子學的特點

答:(1)、微電子學是一門綜合性很強的邊緣學科

涉及了固體物理學、量子力學、熱力學與統計物理學、材料科學、電子線路、訊號處理、計算機輔助設計、測試與加工、圖論、化學等多個學科

(2)、微電子學是一門發展極為迅速的學科,高整合度、低功耗、高效能、高可靠性是微電子學發展的方向

(3)、微電子學的滲透性極強,它可以是與其他學科結合而誕生出一系列新的交叉學科,例如微機電系統(mems)、生物晶元等

5半導體及其基本特徵是什麼?

導體:自然界中很容易導電的物質稱為導體

絕緣體:有的物質幾乎不導電,稱為絕緣體,

半導體:另有一類物質的導電特性處於導體和絕緣體之間,稱為半導體

固體材料:超導體: 大於106(cm)-1

導體: 106~104(cm)-1

半導體: 104~10-10(cm)-1

絕緣體: 小於10-10(cm)-1

半導體的導電機理不同於其它物質,所以它具有不同於其它物質的特點:(基本特徵)

1、在純淨的半導體材料中,電導率隨溫度的上公升而指數增加;

2、半導體中雜質的種類和數量決定著半導體的電導率,而且在重摻雜情況,溫度對電導率的影響較弱;

3、在半導體中可以實現非均勻摻雜;

4、光的輻照、高能電子等的注入可以影響半導體的電導率。

6、光刻與刻蝕技術

7、積體電路的設計流程

8、積體電路的設計規則和全定製方法

什麼是可測性設計?在盡可能少地增加附加引線腳和附加電路,並使晶元效能損失最小的情況下,滿足電路可控制性和可觀察性的要求

9、微機電系統的基本概念

答:從廣義上講,mems是指集微型感測器、微型執行器、訊號處理和控制電路、介面電路、通訊系統以及電源於一體的微型機電系統

mems的分類

(1)、微感測器:

機械類:力學、力矩、加速度、速度、角速度(陀螺)、位置、流量感測器

磁學類:磁通計、磁場計

熱學類:溫度計

化學類:氣體成分、濕度、ph值和離子濃度感測器

生物學類:dna晶元

(2)、微執行器:微馬達、微齒輪、微幫浦、微閥門、微開關、微噴射器、微揚聲器、微諧振器等

(3)、微型構件:微膜、微梁、微探針、微齒輪、微彈簧、微腔、微溝道、微錐體、微軸、微連桿等

(4)、微機械光學器件:微鏡陣列、微光掃瞄器、微光閥、微斬光器、微干涉儀、微光開關、微可變焦透鏡、微外腔雷射器、光編碼器等

(5) 、真空微電子器件:它是微電子技術、mems技術和真空電子學發展的產物,具有極快的開關速度、非常好的抗輻照能力和極佳的溫度特性。主要包括場發射顯示器、場發射照明器件、真空微電子公釐波器件、真空微電子感測器等

(6)、電力電子器件:包括利用mems技術製作的垂直導電型mos(vmos)器件、v型槽垂直導電型mos(vvmos)器件等各類高壓大電流器件

10、ic package (ic的封裝形式)

ic package種類很多,按以下標準分類:

1、依ic晶元數目:

scp(single chip packages)

mcm (multi-chip chip mudule)

2、按封裝材料劃分為:

金屬封裝、陶瓷封裝、塑料封裝、裸片

3、按照和pcb板連線方式分為:

pth封裝和smt封裝

4 按照封裝外型可分為:

sot、soic、tssop、qfn、qfp、bga、csp等;

11、摩爾定律:積體電路的整合度每三年增長四倍,特徵尺寸每三年縮小倍

按比例縮小定律:為保持電晶體的效能,電晶體的尺寸縮小應當遵循等比例縮小原則。

恆定電場規律,簡稱ce律:等比例縮小器件的縱向、橫向尺寸,以增加跨導和減少負載電容,提高積體電路的效能;電源電壓也要縮小相同的倍數

恆定電壓等比例縮小規律(簡稱cv律):1保持電源電壓vds和閾值電壓vth不變,對其它引數進行等比例縮小;2、按cv律縮小後對電路效能的提高遠不如ce律,而且採用cv律會使溝道內的電場大大增強;3、cv律一般只適用於溝道長度大於1m的器件,它不適用於溝道長度較短的器件。

準恆定電場等比例縮小規則,縮寫為qce律:1、ce律和cv律的折中,世紀採用的最多

2隨著器件尺寸的進一步縮小,強電場、高功耗以及功耗密度等引起的各種問題限制了按cv律進一步縮小的規則,電源電壓必須降低。同時又為了不使閾值電壓太低而影響電路的效能,實際上電源電壓降低的比例通常小於器件尺寸的縮小比例

3器件尺寸將縮小倍,而電源電壓則只變為原來的/倍

12、微電子技術發展的趨勢

1、由積體電路(ic)向整合系統(is)轉變——微系統

兩重含義

● 狹義:資訊系統的晶元整合,即片上系統,或system on-a-chip(soc)

● 廣義:微系統,微電子機械系統(mems)、微光機電系統(moems),等

2、由微電子學向納電子學轉變——納電子學

兩重意義

● 狹義上:納器件,包括延伸mos結構的物理限制和尋找mos的繼承器件

● 廣義上:納系統,如分子、量子、生物(dna)電子學等計算系統

3、「more moore」——按比例縮小(scaling)

● 幾何scaling:繼續縮小片上邏輯記憶儲存功能在水平、垂直方向的物理特徵尺寸,以求持續改善密度、效能和可靠性

● 等價scaling:影響晶元電學效能的三維器件結構改善、其它非幾何工藝技術、新材料

4、「more than moore」——功能多樣化(functional diversification)

● 不必scaling而提高附加值方法:如對非數字功能的rf通訊、功率控制、片上無源元件、感測器/執行器(mems)等

● 異質整合:由pcb系統板級整合移植為soc或sip

5、「beyond cmos」——超越矽基cmos

● 摩爾定律達到物理和概念上極限後,要求全新的科學、工程和概念框架。

● 美國nsf啟動超越摩爾定律的科學與工程sebml(science and engineering beyond moore's law)專案,2023年撥款2000萬美元

● 碳奈米管

● 量子計算

● 器件小型化和系統中容錯技術

微電子學概論知識點 修改版

2什麼叫積體電路及其功能分類?答 積體電路 integrated circuit,縮寫ic 是指通過一系列特定的加工工藝,將電晶體 二極體等有源器件和電阻 電容等無源器件,按照一定的電路互連,整合 在一塊半導體單晶元 如矽或砷化鎵 上,封裝在乙個外殼內,執行特定電路或系統功能 按電路功能分類 數字積...

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