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標(biāo)簽 > 集成電路
集成電路是一種微型電子器件或部件。把一個電路中所需的晶體管、電阻、電容和電感等元件及布線互連一起,制作在一小塊或幾小塊半導(dǎo)體晶片或介質(zhì)基片上,然后封裝在一個管殼內(nèi),成為具有所需電路功能的微型結(jié)構(gòu);其中所有元件在結(jié)構(gòu)上已組成一個整體,使電子元件向著微小型化、低功耗、智能化和高可靠性方面邁進了一大步。
集成電路(integrated circuit)是一種微型電子器件或部件。采用一定的工藝,把一個電路中所需的晶體管、電阻、電容和電感等元件及布線互連一起,制作在一小塊或幾小塊半導(dǎo)體晶片或介質(zhì)基片上,然后封裝在一個管殼內(nèi),成為具有所需電路功能的微型結(jié)構(gòu);其中所有元件在結(jié)構(gòu)上已組成一個整體,使電子元件向著微小型化、低功耗、智能化和高可靠性方面邁進了一大步。它在電路中用字母“IC”表示。集成電路發(fā)明者為杰克·基爾比(基于鍺(Ge)的集成電路)和羅伯特·諾伊思(基于硅(Si)的集成電路)。當(dāng)今半導(dǎo)體工業(yè)大多數(shù)應(yīng)用的是基于硅的集成電路。是20世紀(jì)50年代后期一60年代發(fā)展起來的一種新型半導(dǎo)體器件。它是經(jīng)過氧化、光刻、擴散、外延、蒸鋁等半導(dǎo)體制造工藝,把構(gòu)成具有一定功能的電路所需的半導(dǎo)體、電阻、電容等元件及它們之間的連接導(dǎo)線全部集成在一小塊硅片上,然后焊接封裝在一個管殼內(nèi)的電子器件。其封裝外殼有圓殼式、扁平式或雙列直插式等多種形式。集成電路技術(shù)包括芯片制造技術(shù)與設(shè)計技術(shù),主要體現(xiàn)在加工設(shè)備,加工工藝,封裝測試,批量生產(chǎn)及設(shè)計創(chuàng)新的能力上。
集成電路(integrated circuit)是一種微型電子器件或部件。采用一定的工藝,把一個電路中所需的晶體管、電阻、電容和電感等元件及布線互連一起,制作在一小塊或幾小塊半導(dǎo)體晶片或介質(zhì)基片上,然后封裝在一個管殼內(nèi),成為具有所需電路功能的微型結(jié)構(gòu);其中所有元件在結(jié)構(gòu)上已組成一個整體,使電子元件向著微小型化、低功耗、智能化和高可靠性方面邁進了一大步。它在電路中用字母“IC”表示。集成電路發(fā)明者為杰克·基爾比(基于鍺(Ge)的集成電路)和羅伯特·諾伊思(基于硅(Si)的集成電路)。當(dāng)今半導(dǎo)體工業(yè)大多數(shù)應(yīng)用的是基于硅的集成電路。是20世紀(jì)50年代后期一60年代發(fā)展起來的一種新型半導(dǎo)體器件。它是經(jīng)過氧化、光刻、擴散、外延、蒸鋁等半導(dǎo)體制造工藝,把構(gòu)成具有一定功能的電路所需的半導(dǎo)體、電阻、電容等元件及它們之間的連接導(dǎo)線全部集成在一小塊硅片上,然后焊接封裝在一個管殼內(nèi)的電子器件。其封裝外殼有圓殼式、扁平式或雙列直插式等多種形式。集成電路技術(shù)包括芯片制造技術(shù)與設(shè)計技術(shù),主要體現(xiàn)在加工設(shè)備,加工工藝,封裝測試,批量生產(chǎn)及設(shè)計創(chuàng)新的能力上。
綜述集成電路,英文為Integrated Circuit,縮寫為IC;顧名思義,就是把一定數(shù)量的常用電子元件,如電阻、電容、晶體管等,以及這些元件之間的連線,通過半導(dǎo)體工藝集成在一起的具有特定功能的電路。為什么會產(chǎn)生集成電路?我們知道任何發(fā)明創(chuàng)造背后都是有驅(qū)動力的,而驅(qū)動力往往來源于問題。那么集成電路產(chǎn)生之前的問題是什么呢?我們看一下1942年在美國誕生的世界上第一臺電子計算機,它是一個占地150平方米、重達30噸的龐然大物,里面的電路使用了17468只電子管、7200只電阻、10000只電容、50萬條線,耗電量150千瓦[1] 。顯然,占用面積大、無法移動是它最直觀和突出的問題;如果能把這些電子元件和連線集成在一小塊載體上該有多好!我們相信,有很多人思考過這個問題,也提出過各種想法。典型的如英國雷達研究所的科學(xué)家達默,他在1952年的一次會議上提出:可以把電子線路中的分立元器件,集中制作在一塊半導(dǎo)體晶片上,一小塊晶片就是一個完整電路,這樣一來,電子線路的體積就可大大縮小,可靠性大幅提高。這就是初期集成電路的構(gòu)想,晶體管的發(fā)明使這種想法成為了可能,1947年在美國貝爾實驗室制造出來了第一個晶體管,而在此之前要實現(xiàn)電流放大功能只能依靠體積大、耗電量大、結(jié)構(gòu)脆弱的電子管。晶體管具有電子管的主要功能,并且克服了電子管的上述缺點,因此在晶體管發(fā)明后,很快就出現(xiàn)了基于半導(dǎo)體的集成電路的構(gòu)想,也就很快發(fā)明出來了集成電路。杰克·基爾比(Jack Kilby)和羅伯特·諾伊斯(Robert Noyce)在1958~1959期間分別發(fā)明了鍺集成電路和硅集成電路[2-3] 。講完了歷史,我們再來看現(xiàn)狀。集成電路已經(jīng)在各行各業(yè)中發(fā)揮著非常重要的作用,是現(xiàn)代信息社會的基石。集成電路的含義,已經(jīng)遠遠超過了其剛誕生時的定義范圍,但其最核心的部分,仍然沒有改變,那就是“集成”,其所衍生出來的各種學(xué)科,大都是圍繞著“集成什么”、“如何集成”、“如何處理集成帶來的利弊”這三個問題來開展的。硅集成電路是主流,就是把實現(xiàn)某種功能的電路所需的各種元件都放在一塊硅片上,所形成的整體被稱作集成電路。對于“集成”,想象一下我們住過的房子可能比較容易理解:很多人小時候都住過農(nóng)村的房子,那時房屋的主體也許就是三兩間平房,發(fā)揮著臥室的功能,門口的小院子擺上一副桌椅,就充當(dāng)客廳,旁邊還有個炊煙裊裊的小矮屋,那是廚房,而具有獨特功能的廁所,需要有一定的隔離,有可能在房屋的背后,要走上十幾米……后來,到了城市里,或者鄉(xiāng)村城鎮(zhèn)化,大家都住進了樓房或者套房,一套房里面,有客廳、臥室、廚房、衛(wèi)生間、陽臺,也許只有幾十平方米,卻具有了原來占地幾百平方米的農(nóng)村房屋的各種功能,這就是集成。當(dāng)然現(xiàn)如今的集成電路,其集成度遠非一套房能比擬的,或許用一幢摩登大樓可以更好地類比:地面上有商鋪、辦公、食堂、酒店式公寓,地下有幾層是停車場,停車場下面還有地基——這是集成電路的布局,模擬電路和數(shù)字電路分開,處理小信號的敏感電路與翻轉(zhuǎn)頻繁的控制邏輯分開,電源單獨放在一角。每層樓的房間布局不一樣,走廊也不一樣,有回字形的、工字形的、幾字形的——這是集成電路器件設(shè)計,低噪聲電路中可以用折疊形狀或“叉指”結(jié)構(gòu)的晶體管來減小結(jié)面積和柵電阻。各樓層直接有高速電梯可達,為了效率和功能隔離,還可能有多部電梯,每部電梯能到的樓層不同——這是集成電路的布線,電源線、地線單獨走線,負(fù)載大的線也寬;時鐘與信號分開;每層之間布線垂直避免干擾;CPU與存儲之間的高速總線,相當(dāng)于電梯,各層之間的通孔相當(dāng)于電梯間……
特點集成電路或稱微電路(microcircuit)、 微芯片(microchip)、芯片(chip)在電子學(xué)中是一種把電路(主要包括半導(dǎo)體裝置,也包括被動元件等)小型化的方式,并通常制造在半導(dǎo)體晶圓表面上。前述將電路制造在半導(dǎo)體芯片表面上的集成電路又稱薄膜(thin-film)集成電路。另有一種厚膜(thick-film)混成集成電路(hybrid integrated circuit)是由獨立半導(dǎo)體設(shè)備和被動元件,集成到襯底或線路板所構(gòu)成的小型化電路。本文是關(guān)于單片(monolithic)集成電路,即薄膜集成電路。集成電路具有體積小,重量輕,引出線和焊接點少,壽命長,可靠性高,性能好等優(yōu)點,同時成本低,便于大規(guī)模生產(chǎn)。它不僅在工、民用電子設(shè)備如收錄機、電視機、計算機等方面得到廣泛的應(yīng)用,同時在軍事、通訊、遙控等方面也得到廣泛的應(yīng)用。用集成電路來裝配電子設(shè)備,其裝配密度比晶體管可提高幾十倍至幾千倍,設(shè)備的穩(wěn)定工作時間也可大大提高。
分類
功能結(jié)構(gòu)集成電路,又稱為IC,按其功能、結(jié)構(gòu)的不同,可以分為模擬集集成電路成電路、數(shù)字集成電路和數(shù)/?;旌霞呻娐啡箢悺DM集成電路又稱線性電路,用來產(chǎn)生、放大和處理各種模擬信號(指幅度隨時間變化的信號。例如半導(dǎo)體收音機的音頻信號、錄放機的磁帶信號等),其輸入信號和輸出信號成比例關(guān)系。而數(shù)字集成電路用來產(chǎn)生、放大和處理各種數(shù)字信號(指在時間上和幅度上離散取值的信號。例如3G手機、數(shù)碼相機、電腦CPU、數(shù)字電視的邏輯控制和重放的音頻信號和視頻信號)。
制作工藝集成電路按制作工藝可分為半導(dǎo)體集成電路和膜集成電路。膜集成電路又分類厚膜集成電路和薄膜集成電路。
集成度高低集成電路按集成度高低的不同可分為:SSIC 小規(guī)模集成電路(Small Scale Integrated circuits)MSIC 中規(guī)模集成電路(Medium Scale Integrated circuits)LSIC 大規(guī)模集成電路(Large Scale Integrated circuits)VLSIC 超大規(guī)模集成電路(Very Large Scale Integrated circuits)ULSIC特大規(guī)模集成電路(Ultra Large Scale Integrated circuits)GSIC 巨大規(guī)模集成電路也被稱作極大規(guī)模集成電路或超特大規(guī)模集成電路(Giga Scale Integration)。
導(dǎo)電類型不同集成電路按導(dǎo)電類型可分為雙極型集成電路和單極型集成電路,他們都是數(shù)字集成電路。雙極型集成電路的制作工藝復(fù)雜,功耗較大,代表集成電路有TTL、ECL、HTL、LST-TL、STTL等類型。單極型集成電路的制作工藝簡單,功耗也較低,易于制成大規(guī)模集成電路,代表集成電路有CMOS、NMOS、PMOS等類型。
按用途集成電路按用途可分為電視機用集成電路、音響用集成電路、影碟機用集成電路、錄像機用集成電集成電路路、電腦(微機)用集成電路、電子琴用集成電路、通信用集成電路、照相機用集成電路、遙控集成電路、語言集成電路、報警器用集成電路及各種專用集成電路。1.電視機用集成電路包括行、場掃描集成電路、中放集成電路、伴音集成電路、彩色解碼集成電路、AV/TV轉(zhuǎn)換集成電路、開關(guān)電源集成電路、遙控集成電路、麗音解碼集成電路、畫中畫處理集成電路、微處理器(CPU)集成電路、存儲器集成電路等。2.音響用集成電路包括AM/FM高中頻電路、立體聲解碼電路、音頻前置放大電路、音頻運算放大集成電路、音頻功率放大集成電路、環(huán)繞聲處理集成電路、電平驅(qū)動集成電路,電子音量控制集成電路、延時混響集成電路、電子開關(guān)集成電路等。3.影碟機用集成電路有系統(tǒng)控制集成電路、視頻編碼集成電路、MPEG解碼集成電路、音頻信號處理集成電路、音響效果集成電路、RF信號處理集成電路、數(shù)字信號處理集成電路、伺服集成電路、電動機驅(qū)動集成電路等。4.錄像機用集成電路有系統(tǒng)控制集成電路、伺服集成電路、驅(qū)動集成電路、音頻處理集成電路、視頻處理集成電路。5.計算機集成電路,包括中央控制單元(CPU)、內(nèi)存儲器、外存儲器、I/O控制電路等。6.通信集成電路7.專業(yè)控制集成電路
按應(yīng)用領(lǐng)域分集成電路按應(yīng)用領(lǐng)域可分為標(biāo)準(zhǔn)通用集成電路和專用集成電路。
按外形分集成電路按外形可分為圓形(金屬外殼晶體管封裝型,一般適合用于大功率)、扁平型(穩(wěn)定性好,體積?。┖碗p列直插型。
集成電路的分類
?。ㄒ唬┌垂δ芙Y(jié)構(gòu)分類 集成電路按其功能、結(jié)構(gòu)的不同,可以分為模擬集成電路和數(shù)字集成電路兩大類。 模擬集成電路用來產(chǎn)生、放大和處理各種模擬信號(指幅度隨時間邊疆變化的信號。例如半導(dǎo)體收音機的音頻信號、錄放機的磁帶信號等),而數(shù)字集成電路用來產(chǎn)生、放大和處理各種數(shù)字信號(指在時間上和幅度上離散取值的信號。例如VCD、DVD重放的音頻信號和視頻信號)。(二)按制作工藝分類 集成電路按制作工藝可分為半導(dǎo)體集成電路和薄膜集成電路。 膜集成電路又分類厚膜集成電路和薄膜集成電路。 (三)按集成度高低分類 集成電路按集成度高低的不同可分為小規(guī)模集成電路、中規(guī)模集成電路、大規(guī)模集成電路和超大規(guī)模集成電路。(四)按導(dǎo)電類型不同分類 集成電路按導(dǎo)電類型可分為雙極型集成電路和單極型集成電路。 雙極型集成電路的制作工藝復(fù)雜,功耗較大,代表集成電路有TTL、ECL、HTL、LST-TL、STTL等類型。單極型集成電路的制作工藝簡單,功耗也較低,易于制成大規(guī)模集成電路,代表集成電路有CMOS、NMOS、PMOS等類型。 (五)按用途分類 集成電路按用途可分為電視機用集成電路、音響用集成電路、影碟機用集成電路、錄像機用集成電路、電腦(微機)用集成電路、電子琴用集成電路、通信用集成電路、照相機用集成電路、遙控集成電路、語言集成電路、報警器用集成電路及各種專用集成電路。 電視機用集成電路包括行、場掃描集成電路、中放集成電路、伴音集成電路、彩色解碼集成電路、AV/TV轉(zhuǎn)換集成電路、開關(guān)電源集成電路、遙控集成電路、麗音解碼集成電路、畫中畫處理集成電路、微處理器(CPU)集成電路、存儲器集成電路等。 音響用集成電路包括AM/FM高中頻電路、立體聲解碼電路、音頻前置放大電路、音頻運算放大集成電路、音頻功率放大集成電路、環(huán)繞聲處理集成電路、電平驅(qū)動集成電路,電子音量控制集成電路、延時混響集成電路、電子開關(guān)集成電路等。 影碟機用集成電路有系統(tǒng)控制集成電路、視頻編碼集成電路、MPEG解碼集成電路、音頻信號處理集成電路、音響效果集成電路、RF信號處理集成電路、數(shù)字信號處理集成電路、伺服集成電路、電動機驅(qū)動集成電路等。 錄像機用集成電路有系統(tǒng)控制集成電路、伺服集成電路、驅(qū)動集成電路、音頻處理集成電路、視頻處理集成電路。
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集成電路,又稱為IC,按其功能結(jié)構(gòu)的不同,可以分為模擬集成電路、數(shù)字集成電路和數(shù)/模混合集成電路三大類。
本文旨在剖析這個半導(dǎo)體領(lǐng)域的核心要素,從最基本的晶體結(jié)構(gòu)開始,逐步深入到半導(dǎo)體在集成電路中的應(yīng)用。
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