微电子技术新进展-PPT课件

格式：ppt
大小：1.96 MB
文档页数：50

下载文档原格式

微电子技术新进展

已进入后PC时代 • 计算机（PC)-----Computer • 通讯（Cell Telephone )---Communication • 消费类电子(汽车电子）---Consumption
二、微电子技术的主要发展方向(2)
集成电路追求目标3G(G=109)---3T(T=1012) 存储量（GB—TByte）速度（GHz—THz)、数据传输率(Gbps- Tbps, bits per second)
Single die Wafer
Going up to 12” (300mm)
缩小器件的特征尺寸
所谓特征尺寸是指器件中最小线条宽度,常常作为技术水平的标志。对MOS器件而言，通常指器件栅电极所决定的沟道几何长度，是一条工艺线中能加工的最小尺寸，也是设计采用的最小设计尺寸单位（设计规则）。
缩小特征尺寸从而提高集成度是提高产品性能/价格比最有效手段之一。只有特征尺寸缩小了，在同等集成度的条件下，芯片面积才可以做得更小,而且可以使产品的速度、可靠性都得到提高，相应成本可以降低。
P6 (Pentium Pro) in 1996
150 to 200 MHz clock rate
196 mm**2 5500K transistors (external cache)
0.35 micron 4 layers metal 3.3volt VDD >20W typical power
反型层的量子化效应
考虑量子化效应的器件模型
电源电压1V时，栅介质层中电场约为5MV/cm，硅中电场约1MV/cm
可靠性
➢诞生基于新原理的器件和电路
… ...
NANOELECTRONIC DEVICE OPTIONS

《微电子技术发展的》课件

03 微电子技术的关键技术
高性能材料技术
硅基材料
硅基材料是微电子技术中最常用的材料，具有优良的物理和化学性质，能够满足集成电路制造的
要求。
高k材料
高k材料是指介电常数大于二氧化硅的材料，能够提供更快的晶体管开关速度和更低的功耗。
金属材料
金属材料在微电子技术中用于连接和传输电流，常用的金属有铜、铝等。
05 微电子技术的挑战与对策
微电子技术的物理极限挑战
总结词
随着微电子技术不断进步，物理极限成为技术发展的瓶颈之一。
详细描述
随着芯片上集成的晶体管数量不断增加，量子效应、热效应和信号干扰等问题愈发严重，制约了微电子技术的进一步发展。
微电子技术的环境影响挑战
总结词
微电子技术发展过程中对环境的影响逐渐受到关注。
微电子技术是计算机和信息技术发展的基础，推动了计算机硬件和软件技术的不断进步。
工业自动化
医疗保健
微电子技术应用于工业自动化领域，提高了生产效率、降低了能耗，推动了工业自动化的发展。
微电子技术在医疗保健领域的应用包括医疗设备、医疗器械和生物芯片等，为医疗诊断和治疗提供了先进的技术手段。
微电子技术的发展历程
微电子技术在计算机领域的应用案例
集成电路设计
微电子技术是计算机集成电路设计的基础，为计算机硬件提供了高效、可靠的性能。
存储器技术
微电子技术推动了存储器技术的发展，如闪存、 RAM等，提高了计算机存储容量和读写速度。
处理器技术
微电子技术为处理器设计提供了高性能、低功耗的技术支持，推动了计算机性能的不断提升。
20世纪50年代
集成电路的发明，实现了电子器件的小型化。

《微电子技术》课件

军事
微电子技术用于制造军事设备，如导弹制导系统、雷达、通
信设备等。
微电子技术的发展趋势
纳米技术
随着芯片上元件尺寸的不断缩小，纳米技术成为微电子技术的重要发
展方向。
3D集成
通过将多个芯片垂直集成在一起，实现更高的
性能和更低的功耗。
柔性电子
柔性电子是将电子器件制造在柔性材料上的技术，具有可弯曲、可折
将杂质元素引入半导体材料中的技术。
离子注入掺杂
利用离子注入机将杂质离子注入到半导体材料中的技术。
化学气相掺杂
利用化学气相沉积的方法，将含有杂质元素的化合物沉积到半导
体材料中的技术。
04
集成电路设计
集成电路设计流程
需求分析
明确设计要求，分析性能指标，确定设计规模和复杂度。
逻辑设计
根据规格说明书，进行逻辑设计，包括算法设计、逻辑电路设计等。
《微电子技术》 ppt课件
contents
目录
• 微电子技术概述 • 微电子器件 • 微电子工艺技术 • 集成电路设计 • 微电子封装技术 • 微电子技术发展面临的挑战与机遇
01
微电子技术概述
微电子技术的定义
微电子技术是一门研究在微小尺寸下制造电子器件和系统的技术。
它涉及到利用半导体材料、器件设计和制造工艺，将电子系统集成在微小尺寸的芯片上。
02
微电子技术领域的竞争非常激烈，企业需要不断提升自身的技
术水平和产品质量，以获得竞争优势。
客户需求多样化
03
客户需求多样化，要求企业提供更加定制化的产品和服务，以
满足不同客户的需求。
新材料、新工艺的机遇
新材料的应用

《MEMS设计技术》课件

案例二：MEMS陀螺仪在导航系统中的应用
总结词
MEMS陀螺仪是导航系统中的关键传感器，具有高精度、小型化和低成本等特点。
VS
详细描述
MEMS陀螺仪采用微机械加工技术，将陀螺仪的机械部分和电路部分集成在一个芯片上，具有体积小、重量轻、成本低等优点。它能够测量和保持方向信息，广泛应用于航空、航天、军事等领域。在导航系统中，MEMS陀螺仪可以提供高精度的角度信息，用于计算航向、姿态和位置等参数。
可靠性测试
进行全面的可靠性测试和评估，确保 MEMS器件的稳定性和可靠性。
06
MEMS设计案例分析
案例一：MEMS压力传感器在汽车中的应用
总结词
汽车压力传感器是MEMS技术的重要应用之一，具有高精度、可靠性和稳定性等特点。
详细描述
汽车压力传感器主要用于监测发动机进气歧管压力、燃油压力、气瓶压力等，以确保发动机正常工作和提高燃油经济性。MEMS压力传感器采用微型机械加工技术，具有体积小、重量轻、功耗低等优点，能够实现高精度、快速响应和长期稳定性。
惯性传感器的设计需要综合考虑材料、工艺和信号处理等因素，以确保其性能和可靠性。
化学传感器设计
01
化学传感器是用于检测气体或液体的化学成分的传感器，其设计需要考虑选择性、灵敏度、稳定性等因素。
02
常用的化学传感器类型包括电化学式、光学式和热导式等，其工作原理和结构各不相同。
03
化学传感器的设计需要综合考虑材料、工艺和信号处理等因素，以确保其性能和可靠性。
MEMS的发展历程与趋势
要点一
总结词
MEMS的发展经历了萌芽期、发展期和成熟期三个阶段，未来将向更小尺寸、更高精度和智能化方向发展。

MEMS技术PPT课件

• 应用研究：如何应用这些MEMS系统也是一门非常重要的学问。人们不仅要开发各种制造MEMS的技术，更重要的是如何将MEMS器件用于实际系统，并从中受益。
第17页/共67页
MEMS的分类
• 微传感器：
• 机械类：力学、力矩、加速度、速度、角速度(陀螺)、位置、流量传感器
• 磁学类：磁通计、磁场计 • 热学类：温度计 • 化学类：气体成分、湿度、PH值和离子浓度传感器 • 生物学类：DNA芯片
第42页/共67页
DMD——应用
第43页/共67页
DMD——应用
第44页/共67页
光开关
微机械1X4光开关
微机械1X8光开关
第45页/共67页
光开关
微机械22光开关
微机械2 2光开关
第46页/共67页
光纤固定结构
• V形槽 • 各种卡紧结构
第47页/共67页
光栅及光栅光谱仪
• 原理 • 不同类型的光栅
外腔激光器、光编码器等
第19页/共67页
MEMS的分类
• 真空微电子器件：它是微电子技术、MEMS技术和真空电子学发展的产物，具有极快的开关速度、非常好的抗辐照能力和极佳的温度特性。主要包括场发射显示器、场发射照明器件、真空微电子毫米波器件、真空微电子传感器等
• 电力电子器件：包括利用MEMS技术制作的垂直导电型MOS(VMOS)器件、V型槽垂直导电型 MOS(VVMOS)器件等各类高压大电流器件
• 微惯性传Байду номын сангаас器及微型惯性测量组合能应用于制导、卫星控制、汽车自动驾驶、汽车防撞气囊、汽车防抱死系统(ABS)、稳定控制和玩具
• 微流量系统和微分析仪可用于微推进、伤员救护 • MEMS系统还可以用于医疗、高密度存储和显示、

《微电子器件》课件

新型微电子器件
随着科技的不断发展，新型微电子器件的研究也在不断推进。目前，新型微电子器件主要集中在柔性电子器件、生物可穿戴器件、量子器件等领域。
生物可穿戴器件
生物可穿戴器件是指能够与人体直接接触并监测人体生理参数的微电子器件。目前，生物可穿戴器件的研究重点在于提高其舒适性、准确性和稳定性。
描述模拟电路性能的参数，表示输入与输出之间的线性关系。
微电子器件的测试方法与设备
测试方法
包括功能测试、性能测试和可靠性测试等。
测试设备
如示波器、信号发生器、频谱分析仪等。
测试环境
需要控制温度、湿度、电磁干扰等环境因素。
测试标准
根据不同应用领域制定相应的测试标准。
微电子器件可靠性分析
可靠性定义
02
微电子器件的基本结构与原理
半导体材料基础
半导体材料的分类
元素半导体、化合物半导体、掺杂半导体等。
半导体的基本性质
导电性、光学特性、热学特性等。
半导体的能带结构
价带、导带、禁带等概念及其对电子跃迁的影响。
PN结与二极管
PN结的形成
01
扩散、耗尽层、空间电荷区等概念。
二极管的伏安特性
02
性能和热管理技术。
机械可靠性
微电子器件在受到机械应力时容易发生损坏，机械可靠性问题不容忽视。目前，机械可靠性的研究重点在于提高微电子器件的抗冲击和抗
振动性能。
电气可靠性
微电子器件在长时间工作过程中容易出现电迁移、氧化等问题，影响其电气性能。目前，电气可靠性的研究重点在于提高微电子器件的稳
柔性电子器件
柔性电子器件具有轻薄、可弯曲、可折叠等特点，被广泛应用于可穿戴设备、智能家居等领域。目前，柔性电子器件的研究重点在于提高其稳定性、可靠性和生产效率。

微电子工艺PPT课件

1833年，英国科学家电子学之父法拉第最先发现硫化银的电阻随着温度的变化情况不同于一般金属，一般情况下，金属的电阻随温度升高而增加，但巴拉迪发现硫化银材料的电阻是随着温度的上升而降低。这是半导体现象的首次发现。
1874年，电报机、电话和无线电相继发明等早期电子仪器亦造就了一项新兴的工业──电子业的诞生。
如今，渝德科技被中航集团收购，更名为中航微电子。我市已有西南集成电路、中航微电子、奥特斯集成电路基板、台晶（重庆）电子、重庆石墨烯科技公司、SK海力士、中电24所、四联微电子等集成电路生产和研发机构，形成了设计-制造-封装的完备产业链，重庆大学和重庆邮电大学成立了半导体学院培养集成电路人才。
.
20
1958年：仙童公司Robert Noyce与德仪公司基尔比间隔数月分别发明了集成电路，开创了世界微电子学的历史；
1960年：H H Loor和E Castellani发明了光刻工艺；1962年：美国RCA 公司研制出MOS场效应晶体管。
1963年：F.M.Wanlass和C.T.Sah首次提出CMOS技术，今天， 95%以上的集成电路芯片都是基于CMOS工艺
1971年：全球第一个微处理器4004由Intel公司推出，这是一个里程碑式的发明； 1978年：64kb动态随机存储器诞生，不足0.5平方厘米的硅片上集成了 14万个晶体管，标志着超大规模集成电路（VLSI）时代的来临；
1979年：Intel推出5MHz 8088微处理器，之后，IBM基于8088推出全球第一台PC
.
115
本课程内容结构？
集成电路制造技术—原理与工艺
硅材料
集成电路工艺
集成和封装测试
第1单元
1 单晶硅结构
2 硅锭及圆片制备

《EDA技术及其发展》PPT课件

成本，减小系统的体积等，从而对系统的集成度不断提出更高
的要求。
➢ 高性能的EDA工具得到长足的发展，其自动化和智能化程度
不断提高，为嵌入式系统设计提供了功能强大的开发环境。
➢ 计算机硬件平台性能大幅度提高，为复杂的SoC设计提供了
物理基础。
ppt课件
10
ASIC及其设计流程
ASIC(Application Specific Integrated Circuits，专用集成电路) 是相对于通用集成电路而言的，ASIC主要指用于某一专门用途的集成电路器件。ASIC分类大致可分为数字ASIC、模拟ASIC和数模混合ASIC。
ppt课件
8
2.科研方面主要利用电路仿真工具（EWB或PSPICE）进行电路设计与仿真；利用虚拟仪器进行产品测试；将CPLD/FPGA器件实际应用到仪器设备中；从事PCB设计和ASIC设计等。
在产品设计与制造方面，包括前期的计算机仿真，产品开发中的EDA工具应用、系统级模拟及测试环境的仿真，生产流水线的EDA技术应用、产品测试等各个环节。如PCB的制作、电子设备的研制与生产、电路板的焊接、ASIC的流片过程等。
ppt课件
3
1.2 EDA技术发展
●EDA（Electronic Design Automation） ●EDA：是指以计算机为工作平台，融合应用
电子技术、计算机技术、智能化技而研制成的电子CAD(Computer Aided Design)通用软件包。
●功能：辅助IC(integrated circuit)设计,电子电路设计,PCB(Printed Circuit Board)设计
ASIC设计方法
全定制法
半定制法

《微电子封装技术》课件

航空航天设备封装案例
航空航天设备封装案例：航空航天领域对设备的可靠性和稳定性要求极高，而微电子封装技术能够满足这些要求。例如，在飞机发动机控制系统中、卫星导航系统中等，微电子封装技术发挥着重要作用。它能够提高设备的可靠性和稳定性，降低成本，并促进小型化、集成化的发展趋势。
具体而言，在飞机发动机控制系统中，微电子封装技术能够实现高精度和高可靠性的控制，从而提高发动机的性能和安全性。在卫星导航系统中，微电子封装技术能够提高定位精度和信号质量，从而提高导航的准确性和可靠性。
医疗电子设备封装案例
医疗电子设备封装案例：医疗电子设备对精度和可靠性要求极高，而微电子封装技术能够满足这些要求。例如，在医疗影像设备、心脏起搏器、血糖监测仪等中，微电子封装技术发挥着重要作用。它能够提高设备的性能和可靠性，降低成本，并促进小型化、集成化的发展趋势。
具体而言，在医疗影像设备中，微电子封装技术能够提高图像质量和设备性能，从而提高诊断的准确性和可靠性。在心脏起搏器中，微电子封装技术能够实现高精度和高可靠性的起搏控制，从而提高患者的生命安全和生活质量。在血糖监测仪中，微电子封装技术能够实现快速、准确的血糖监测，从而帮助患者及时了解自身血糖状况并进行有效控制。
封装测试பைடு நூலகம்
01
封装测试是确保微电子封装产品性能和质量的重要环节。
03
随着技术的不断发展，新型测试方法也在不断涌现，如X射线检测、超声检测等。
02
测试内容包括气密性检测、外观检测、电性能测试等，以确保产品符合设计要求和性能标准
。
04
封装测试的发展趋势是高精度、高效率、自动化，以提高测试准确性和降低成本。
。
柔性封装技术
03

微电子技术绪论PPT课件

光刻技术的分辨率、对比度、均匀度等对微电子器件的性能有着重要影响，需要精确控制和优化。
光刻技术包括接触式、接近式、扫描式等几种方式，不同的方式适用于不同的工艺要求和节点。
未来发展方向包括探索更先进的光刻技术和方法，以提高分辨率、降低成本和提高可靠性。
04
微电子封装与测试
封装技术
芯片贴装技术
集成电路
集成电路的基本概念
集成电路是将多个晶体管和其他电子元件集成在一块衬底上，实现一定的电路或系统功能。
集成电路的制造工艺
集成电路的制造需要经过多个复杂工艺步骤，包括光刻、掺杂、刻蚀和镀膜等，以确保电路性能的稳定性和可靠性。
集成电路的应用
集成电路被广泛应用于计算机、通信、消费电子和汽车电子等领域，对现代科技的发展起着至关重要的作用。
晶体管
1 2 3
晶体管的基本结构
晶体管由三个电极（集电极、基极和发射极）构成，其工作原理是通过控制基极电流来调节集电极和发射极之间的电流。
晶体管的类型
晶体管分为NPN和PNP两种类型，其工作电压和电流大小各不相同，根据实际需求选择合适的晶体管类型。
晶体管的应用
晶体管是构成各种电子电路的基本元件，广泛应用于信号放大、开关控制和逻辑运算等领域。
系统集成创新
系统集成创新
随着微电子器件的集成度不断提高，系统集成创新成为了一个重要的研究方向。通过将不同的器件和电路集成在一个芯片上，可以实现更复杂的功能和更高的性能。
3D集成技术
3D集成技术是指将多个芯片堆叠在一起，并通过垂直互联实现高速信号传输。这种技术可以显著提高芯片的集成度和性能，同时降低能耗和成本。
掺杂技术分为非故意掺杂和故意掺杂两种，非故意掺杂是指在制造过程中不可避免地引入杂质，而故意掺杂则是为了实现特定的电路功能而人为地引入杂质。

1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。

EEI
集成电路发明50年
• 1952 年 5 月，英国科学家 G. W. A. Dummer第一次提出了集成电路的设想 • 1958年以德克萨斯仪器公司的科学家基尔比(Clair Kilby)为首的研究小组研制出了世界上第一块集成电路，并于1959年公布。
EEI
获得2000年Nobel物理奖
18,000个电子管 70000个电阻、 10000个电容器以及6000个继电器组成。
世界上第一台计算机
大小：长24m，宽6m，高2.5m 速度：5000次/sec；重量：30吨；功率：140KW；平均无故障运行时间：7min
EEI
4044
微处理器的发展
1971年第一个微处理器4004 2000多个晶体管 10μ m的PMOS工艺
Intel 486
• 1989年4月
Pentium
Байду номын сангаас
•25到50 MHz •1-0.8µm • 32 Bit • 120万晶体管
• 1993年3月
• 32 Bit
• 310万晶体管
• 60到166 MHz • 0.8µm
P6 (Pentium Pro) in 2019 150 to 200 MHz clock rate 196 mm**2 5500K transistors (external cache) 0.35 micron 4 layers metal 3.3volt VDD >20W typical power Dissipation 387 pins
1958年第一块集成电路： TI公司的Kilby，12个器件，Ge晶片
The Moore’s Law
微电子技术是50年来发展最快的技术
Moore’s Law: Quantitative
EEI
第一台通用电子计算机：ENIAC 1946年2月14日 Moore School， Univ. of Pennsylvania
EEI
· 2019年2月，英特尔推出Pentium III处理器，整合950万个晶体管，0.25μ m工艺制造 · 2019年1月推出的Pentium 4处理器，其整合5500万个晶体管，采用0.13μ m工艺生产 2019年8月13日，英特尔开始90nm制程的突破，业内首次在生产中采用应变硅； 2019年顺利过渡到了65nm工艺。
二、微电子技术的主要发展方向(2)
集成电路追求目标3G(G=109)---3T(T=1012) 存储量（GB—TByte）速度（GHz—THz)、数据传输率(Gbps- Tbps, bits per second) 三个主要发展方向：继续增大晶圆尺寸和缩小特征尺寸集成电路(IC)将发展成为系统芯片(SOC) 可编程器件可能取代专用集成电路（ASIC）微电子技术与其它领域相结合将产生新产业和新学科
2019年英特尔推出45nm正式量产工艺，45nm技术是全新的技术，可以让摩尔定律至少再服役10年。
多核微处理器
AMD四核“Barcelona”处理器采用300mm晶圆， 45纳米技术制造
二、微电子技术的主要发展方向(1)
电子信息类产品的开发明显出现了两个特点： (1)开发产品的复杂程度激增; (2)开发产品的上市时限紧迫（TTM) 集成电路在电子销售额中的份额逐年提高已进入后PC时代 • 计算机（PC)-----Computer • 通讯（Cell Telephone )---Communication • 消费类电子(汽车电子）---Consumption
第一个关键技术：Sub-100nm光刻
193nm（immersion) 光刻技术成为 Sub-100nm(90nm-32/22nm)工艺的功臣
新的一代曝光技术？
第二个关键技术：多层互连技术
· 传统的铝互联（电导率低、易加工） · 铜互连首先在0.25/0.18µm技术中使用 · 在0.13µm以后，铜互连与低介电常数绝缘材料共同使用（预测可缩到20nm） · 高速铜质接头和新型低-k介质材料,探索碳纳米管等替代材料
微电子技术面临的挑战和关键技术
（1）继续增大晶圆尺寸
（2）Sub-100nm光刻技术
（3）互连线技术
（4）新器件结构与新材料
INCREASE OF WAFER DIAMETER
COMPARISON OF PRODUCTION COSTS
(Cu/Low-K 65 nm)
Cost/wafer 200 mm Cost/cm2 Cost/wafer 300 mm From 200 mm to 300 mm Cost/cm2 Cost/wafer Cost/cm2 $ 8.92 $ 4,390 $ 6.21 + 57 % - 30 % $ 2,800
微电子技术新进展
西安理工大学电子工程系高勇
内容简介
• 微电子技术历史简要回顾 • 微电子技术发展方向
– 增大晶圆尺寸和缩小特征尺寸面临的挑战和几个关键技术 – 集成电路(IC)发展成为系统芯片(SOC) 可编程器件可能取代专用集成电路（ASIC） – 微电子技术与其它领域相结合将产生新产业和学科
增大晶圆尺寸
EEI
集成电路制造工艺
大生产的硅片直径已经从200mm转入300mm。 2019年左右有可能出现400mm--450mm直径的硅片。
Single die
Wafer
Going up to 12” (300mm)
EEI
缩小器件的特征尺寸
集成电路最主要的特征参数的设计规则从 1959年以来40年间缩小了140倍。而平均晶体管价格降低了107倍。特征尺寸：10微米-1.0微米-0.8µ（亚微米） →半微米 0.5 µ→深亚微米 0.35µ, 0.25µ, 0.18µ, 0.13µ → 纳米 90 nm →65 nm → 45nm
1982年286微处理器 13.4万个晶体管
频率6MHz、8MHz、10MHz和 12.5MHz
Intel 386
8088
• 1979年3月 • 16 Bit • 2.9万晶体管 • 5到8MHz •1.5µm
• 1985年10月
• 32 Bit
• 27.5万晶体管
• 16到32 MHz •1µm
EEI

微电子技术新进展-PPT课件

合集下载