微电子复习

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-晶体管的发明：

1947年12月23日，Bell实验室发明，由肖克莱、巴丁和布拉顿发明。 1950年，肖克莱、帕克斯、迪尔发明NPN。

肖克莱、巴丁和布拉顿于1956年获得诺贝尔物理学奖。

-集成电路：

1952年5月，英国皇家研究所的达默提出集成电路的设想。 1958年，德州仪器的基尔比制出第一块集成电路。

按结构形式分为：单片集成电路、混合集成电路。

-摩尔定律：

书：集成电路的集成度每3年增长4倍，特征尺寸每3年缩小√2倍。

Wiki：（集成电路（IC）上可容纳的晶体管数目，约每隔24个月（1975年摩尔将

24个月更改为18个月）便会增加一倍，性能也将提升一倍，当价格不变时；或者说，每一美元所能买到的电脑性能，将每隔18个月翻两倍以上。这一定律揭示了信息技术进步的速度。）

瓶颈主要由封装技术来突破。（3V、TSV技术等为重点）

-单质半导体：

有硅和锗，锗是一开始使用的。

-PN结的击穿分为：

雪崩击穿和隧道击穿（齐纳击穿）。

雪崩击穿：增强的反向偏压使得大能量的电子空穴将满带电子激发到导带，而形成电隧道击穿：偏压足够高时，能带的弯曲使得一部分价带电子在能量上达到甚至超过导

子-空穴对，“碰撞电离”新载流子又形成更多的电离载流子，雪崩倍增。

带的能力，而且禁带宽度随陡度增大而减小，隧穿电流从价带进入导带的几率大大增加。

-电子的微观运动： 变。

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1.量子态：电子作稳恒运动，具有完全确定的能量。同一量子态上只能有一个电子。 2.量子跃迁：在一定条件下，电子可以发生从一个量子态转移到另一个量子态的突

能带论：

-电子共有化：

半导体由大量原子构成。原子之间很近，一个原子的外层电子不仅受本原子作用，还受到相邻原子的作用；这样，他就与相邻原子的电子的量子态形成一定的交叠。通过交替，电子可以从一个原子转移到相邻原子上。当原子组成晶体后，电子不再固定在个别原子上运动，而是穿行于整个晶体的运动。电子这种运动成为“共有化”。

电子在原子间转移不是任意的，只能在能量相同的量子态之间转移，及共有化量子态与原子能级之间存在直接的对应关系。

-能带、禁带：

大量的、能量很接近的量子态能级为一个能带。能带间的间隙为“禁带”。禁带宽度为能带间的能量差。

-价带、导带：

能量最高的是价电子所填充的能带，成为价带。价带以上的能带基本上是空的，其中电子摆脱共价键形成电子和空穴的过程：一个电子从价带到导带的能量跃迁过程。结最低的没有被电子填充的能带成为导带。

果产生了导带中增加了一个电子，而价带中出现了个空能级。

-杂质量子态的能级处在禁带中。

集成电路制造工艺

-SiO2的作用：1.绝缘 2.扩散时的掩蔽层 3.隔离介质 4.钝化处理。

-氧化（生成SiO2）工艺：

1.干氧氧化

高温下氧气于硅产生二氧化硅。

优点：产生的氧化层结构致密、均匀性好和重复性好、对掺杂的掩蔽能力强、钝化效

果好、与光刻胶附着性好。缺点：氧化速率慢、氧化温度高。 2.水蒸气氧化（少用）

高温水蒸气与硅产生二氧化硅。

优点：氧化速率高。缺点：氧化层结构疏松、缺陷较多、含水量大、掩蔽能力差。 氧气先通过成有95度左右去离子水的石英瓶，将水汽带入氧化炉内，高温下于硅反氧化膜没干氧氧化好，但比水蒸气氧化好。生长速率快。光刻胶附着性不好。

3.湿氧氧化

应。氧化剂同时有水和氧气。

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4.氢氧合成氧化（最广泛）

常温下，将高纯度氢气和氧气通入氧化炉，燃烧生成水，水在高温下气化，水蒸气与避免了湿氧氧化水蒸气的污染，生长速率快、氧化层质量好、速率容易控制、均匀性硅反应。水汽与氧气同时氧化硅。为了安全，氢气：氧气<2：1，氧气过量。 和重复性好。

5.其他方法：分压氧化、高压氧化、CVD

-光刻——掩膜版向光刻胶的图形转移

正胶：曝光前不溶解，曝光后变为可溶。负胶：曝光前可溶，曝光后不可溶。 正胶分辨率大于 负胶，3μm分界。 光刻流程：

1.在硅片表面形成胶膜。

2.前烘，把光刻胶牢固附着在硅片表面。 3.曝光，显影。去胶。

——掩膜版到光刻胶

4.坚膜（后烘），刻蚀，去胶。 ——光刻胶到硅片

-几种常见的光刻方法:

1.接触式光刻:分辨率较高,但是容易造成掩膜版和光刻胶膜的损伤。

2.接近式曝光:在硅片和掩膜版之间有一 个很小的间隙(10~25μm),可以大大减小掩膜3.投影式曝光:利用透镜或反射镜将掩膜 版上的图形投影到衬底上的曝光方法, 目前

版的损伤,分辨率较低

用的最多的曝光方式。

-超细线条光刻技术有两种：甚远紫外线(EUV) 、电子束光刻(投影 vs 直接写入)

-最常用的互连技术：大马士革工艺

-互连技术限制IC发展：互连线已经占到芯片总面积的 70~80%;且连线的宽度越来越窄,电流密度迅速增加。

-光电发射两种类型：自发发射、受激发射——区别：激发态后能否自动恢复基态。

-LED发光方式：靠注入载流子自发复合而引起的自发辐射;非相干光

发光原理：半导体发光二级管是电致发光器件，靠正向偏置pn结的少数载流子注入作用，使电子和空穴分别注入到p区和n区。当非平衡少数载流子与多数载流子复合时，以辐射光子的形式将多余的能量转变为光能，因此发光二级管也叫做注入式发光二级管。过程：正向偏压下载流子注入、复合辐射和光能传输三个过程。

-封装和互连密不可分

-TSV ：through silicon vias 穿硅过孔

集成电路设计

-集成电路设计特点：

根据电路功能和性能的要求，在正确选择功能配置、电路形式、器件结构、工艺方案和设计规则的情况下，尽量减小芯片体积，降低设计成本，缩短设计周期，以保证全局优化，设计出满足要求的集成电路。

-模块化设计：将电路分成不同的模块进行设计，各模块可以并行设计，不同模块完成不同的功能，最后集成为整个电路，完成所需的功能。

-分层设计：将一个复杂集成电路或电路模块的设计问题分解为单元复杂性较低的设计级别，可以接着分。

分层设计过程——自顶向下，包括：

1.功能设计 2.逻辑和电路设计 3.版图设计

-可测性设计：尽可能少地增加附加引线脚和附加电路，并使芯片性能损失最小的情况下，满足电路可控制性（置位、复位）和可观察性的要求。 典型的包括： 1.扫描途径测试技术 2.特征量分析测量技术 3.边界扫描测试技术 4.自测试技术

5.else：穷举测试、综合测试、边界扫描测试

-SOC系统芯片：将系统中的多个集成电路集成在一个芯片上。

-MEMS的三部分：微型传感器、执行器、相应的处理电路

-MEMS的发展趋势 1.研究方向多样化 2.加工工艺多样化 3.系统单片集成化

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4.MEMS器件芯片制造与封装统一考虑

5.普通商业应用低性能MEMS与高性能特殊用途MEMS并存。 -武哥祝你考试成功

集成电路的封装

-封装的工艺定义：

利用厚膜/薄膜技术及微细连接技术，将半导体器件或电路芯片，在框架或基板上布置、固定和连接，引出接线端子，并通过绝缘介质固定保护，形成一体化结构的工艺技术。

-芯片直接装配到PCB上的技术，最常用——倒装芯片。（凸点法）

-3D叠层技术的关键技术：

1.晶圆减薄技术：机械研磨、化学刻蚀、等离子刻蚀 2.低弧度连线键合 3.悬梁上的引线键合技术 4.晶圆凸点制作技术 5.键合引线无摆动模塑技术

6.基于DRIE和激光刻蚀的 TSV技术

-IS（集成系统）：

IS是从整个系统的角度出发，把处理机制、模型算法、芯片结构、各层次电路直至器件的设计紧密结合起来，在单个（或少数几个）芯片上完成整个系统的功能，集成系统设计必须是从系统行为级开始的自顶向下（Top-Down）的设计。

与传统IC比的好处：

1.同工艺，更高性能。

2.同性能，晶体管数量下降1~2个数量级。

本文来源：https://www.bwwdw.com/article/sn0d.html