集成电路应用3知识讲解

《集成电路应用》课程辅导提纲军区空军自考办第一章数字集成电路一、内容提要1、数字集成电路的类型及特点数字集成电路分为TTL型、CMOS型和ECL型等三大类。

CMOS又分为4000B系列、40H-系列和74HC系列；TCL类型分为74S系列以及74ALS 系列、74AS系列；ECL类分为ECL10K系列和ECL100K系列。

各类数字集成电路可以如下几个方面进行性能比较，一在工作电源电压上，TTL标准工作电压是+5V；其它逻辑器件的工作电源电压大都有较宽的工作范围，CMOS中的4000B系列可以工作在3～18V，PMOS 可工作在9～24V，在使用中注意各类器件其工作电压范围不同。

二是在工作频率上，PMOS工作频率最低，CMOS工作频率次之，TTL工作频率适中，而ECL工作频率最高。

三是在工作温度范围上，TTL、ECL工作温度范围较小，而CMOS工作温度范围较大。

2、数字IC使用注意事项及逻辑电路图用法（1）数字IC使用注意事项使用TTL、CMOS、HCOMS、ECL等高速IC时，要注意其高速的特性容易产生对别的电路或相互之间的干扰脉冲。

以MOS-FET为输入级的电路器件，输入阻抗极高，如果不连接任何低阻抗通路到其他低阻部分，就很容易受静电感应累积静电荷，从而形成高电压。

应采取保护性措施。

（2）逻辑电路图画法任何复杂的逻辑电路，都可以用NAND或NOR来组成，在数字电路中，又把这两种门电路看成是最基本的逻辑电路，在表示电路图时，可采用连线图和电路图两种方法。

3、集成逻辑门在各种数字IC系列产品中，与门、或门、非门、与非门、或非门为最基本的逻辑门，此外还有与或非门，集电极开路输出门，可扩门展门以及扩展器、缓冲器和异或门等。

（1）集成逻辑门的主要品种主要有与非门、反相器、或非门、与门、或门、与或非门、可扩展门、扩展器、缓冲器、总线驱动器等系列品种。

（2）逻辑门电路的应用门电路可用于控制作为取样控制、选通控制和禁止控制电路也可用于构成晶体振荡电路、RC多谐振荡器、单稳态触发器、脉冲变换电路等。

集成电路封装知识（3）在目前的封装工艺中，越来越多的制造商选择使用激光打码技术，尤其是在高性能产品中。

器件装配的方式有二种，一种是所谓的波峰焊（wave soldering），另一种是所谓的回流焊（reflow soldering）。

波峰焊主要用在插孔式PTH封装类型器件的装配，而表面贴装式SMT及混合型器件装配则大多使用回流焊。

波峰焊是早期发展起来的一种PCB板上元器件装配工艺，现在已经较少使用。

波峰焊的工艺过程包括上助焊剂、预热及将PCB板在一个焊料峰（solder wave）上通过，依靠表面张力和毛细管现象的共同作用将焊料带到PCB板和器件引脚上，形成焊接点。

在波峰焊工艺中，熔融的焊料被一股股喷射出来，形成焊料峰，故有此名。

目前，元器件装配最普遍的方法是回流焊工艺（reflow soldering），因为它适合表面贴装的元器件，同时，也可以用于插孔式器件与表面贴装器件混合电路的装配。

由于现在的元器件装配大部分是混合式装配，所以，回流焊工艺的应用更为广泛。

回流工艺看似简单，其实包含了多个工艺阶段：将焊膏（solder paste）中的溶剂蒸发掉；激活助焊剂（flux），并使助焊作用得以发挥；小心地将要装配的元器件和PCB板进行预热；让焊料熔化并润湿所有的焊接点；以可控的降温速率将整个装配系统冷却到一定的温度。

回流工艺中，器件和PCB板要经受高达210℃到230℃的高温，同时，助焊剂等化学物质对器件都有腐蚀性，所以，装配工艺条件处置不当，也会造成一系列的可靠性问题。

封装质量必须是封装设计和制造中压倒一切的考虑因素。

质量低劣的封装可危害集成电路器件性能的其它优点，如速度、价格低廉、尺寸小等等。

封装的质量低劣是由于从价格上考虑比从达到高封装质量更多而造成的。

事实上，塑料封装的质量与器件的性能和可靠性有很大的关系，但封装性能更多取决于封装设计和材料选择而不是封装生产，可靠性问题却与封装生产密切相关。

《集成电路制造工艺与工程应用》第三章第五节：金属硅化物技术金属硅化物工艺技术内容简述：随着集成电路工艺制程技术的不断发展，为了提高集成电路的集成度，同时提升器件的工作速度和降低它的功耗，半导体工艺的特征尺寸不断缩小，晶体管的栅、源和漏有源区的尺寸也会相应缩小，而它们的等效串联电阻会相应变大，从而影响电路的速度。

为了改善等效串联电阻，半导体业界先后发展出金属硅化物工艺技术Polycide和Salicide。

最先出现的金属硅化物工艺技术是Polycide工艺技术，Polycide工艺技术是为了改善多晶硅栅的等效串联电阻和接触孔的接触电阻，Polycide工艺技术仅仅在多晶硅栅上形成金属硅化物，源和漏有源区不会形成金属硅化物，所以它没有办法改善晶体管源和漏有源区的等效串联电阻和接触孔的接触电阻。

为了改善晶体管源和漏有源区的等效串联电阻和接触孔的接触电阻而发展出Salicide工艺技术，Salicide工艺技术不仅在多晶硅栅上形成金属硅化物，而且在源和漏有源区也会形成金属硅化物，它同时改善晶体管的栅、源和漏有源区的等效串联电阻和接触孔的接触电阻。

本文摘选自《集成电路制造工艺与工程应用》第三章第五节的内容，这部分内容简单介绍了Polycide工艺技术、Salicide工艺技术和SAB工艺技术的原理，并以纳米级工艺形成ESD器件和Non-Salicide器件为例介绍SAB和Salicide工艺技术的工程应用。

3.5 金属硅化物技术-------------------------------------------------------------------------------------------------3.5.1 Polycide工艺技术--------------------------------------------------------------------------------------3.5.2 Salicide工艺技术---------------------------------------------------------------------------------------3.5.3 SAB工艺技术--------------------------------------------------------------------------------------------3.5.4 SAB和Salicide工艺技术的工程应用------------------------------------------------------------3.5 金属硅化物技术当半导体工艺的特征尺寸缩小到亚微米以下时，晶体管的栅、源和漏有源区的尺寸宽度也会相应缩小，而它们的等效串联电阻会相应变大，从而影响电路的速度。

《集成电路制造工艺与工程应用》第三章第四节热载流子注入效应与LDD工艺技术内容简述：为了不断提高器件的性能和单位面积器件的密度，器件的尺寸不断按比例缩小。

但是这种按比例缩小并不是理想的，不是所有的参数都是等比例缩小的，例如器件的工作电压不是等比例缩小的，器件的沟道横向电场强度会随着器件尺寸的不断缩小而增加，特别是漏端附近的电场最强，当器件的特征尺寸缩小到亚微米和深亚微米，漏端附近会出现热载流子效应（Hot carrier Inject --HCI）。

因为热载流子注入效应会导致几个严重的问题，最终使器件和芯片失效。

为了改善热载流子注入效应，半导体研发人员提出利用降低漏端与衬底pn结附近的峰值电场强度的LDD工艺技术来改善热载流子注入效应。

3.4 热载流子注入效应与轻掺杂漏（LDD）工艺技术--------------------------------------3.4.1 热载流子注入效应简介-----------------------------------------------------------3.4.2 双扩散漏（DDD）和轻掺杂漏（LDD）工艺技术--------------------------3.4.3 隔离侧墙（Spacer Sidewall）工艺技术--------------------------------------3.4.4 轻掺杂漏离子注入和隔离侧墙工艺技术的工程应用-----------------------3.4热载流子注入效应与轻掺杂漏（LDD）工艺技术3.4.1热载流子注入效应简介为了不断提高器件的性能和单位面积器件的密度，器件的尺寸不断按比例缩小，但是这种按比例缩小并不是理想的，不是所有的参数都是按比例缩小的，例如器件的工作电压不是等比例缩小的，器件的沟道横向电场强度会随着器件尺寸的不断缩小而增加，特别是漏端附近的电场最强。

当器件的特征尺寸缩小到亚微米和深亚微米，漏端附近会出现热载流子效应(Hot Carrier Inject - HCI)。

第三章集成运算放大器及反馈集成化是电子技术进展的一个重要方向，集成运算放大器（简称集成运放）是模拟集成电路中品种最多、应用最普遍的一类组件。

反馈是一个很重要的概念，各类自动操纵，自动调剂系统都离不开反馈。

集成运放加上负反馈可组成各类模拟运算电路。

本章要紧介绍集成运放及其线性应用和反馈的概念。

本章学习目标：（1）明白集成运放的大体性能，熟悉集成运放符号；（2）明确“同相输入端”及“反相输入端”的含义；（3）会通过工具书查阅集成运放型号、参数、连接方式、利用注意事项等资料；（4）明确反馈的概念，明白反馈对放大电路的阻碍；（5）明白集成运放线性运用和非线性运历时的特点；（6）熟悉并能计算同相较例、反相较例及加法运算电路。

第一节集成运算放大器一、集成运放简介前面讲述的放大电路是由分立的三极管、二极管、电阻、电容等元件，借助导线或印制电路连接成一个完整的电路系统，称之为分立元件电路。

利用集成工艺，将电路的所有元件及联接导线集成在同一块硅片上，封装在管壳内，成为一个具有特定功能的完整电路即集成电路。

与传统的分立元件电路相较，集成电路具有体积小、重量轻、功耗小、本钱低、靠得住性好等优势。

因此电子设备中集成电路几乎取代了分立元件电路。

集成电路的品种很多，按其功能可分为模拟集成电路和数字集成电路两大类。

数字集成电路用于产生、变换和处置各类数字信号。

模拟集成电路用于放大、变换和处置模拟信号（模拟信号，是指幅度随时刻作持续转变的信号）。

模拟集成电路又称线性集成电路。

集成运放是一种模拟集成电路。

集成电路封装后通过引脚与外部电路联接，集成电路的外形有如图3-1所示的几种常见形式。

各类集成电路型号、管脚排列、大体联接方式及参数等等，有集成电路手册可供查阅。

图3-1 集成电路外形图例如集成运算放大器实质上是一种高增益、多级、直接耦合的放大器。

它的电压放大倍数可达104～107。

集成运放的输入电阻从几十千欧到几十兆欧，而输出电阻很小，仅为几十欧姆。