第01章概述2011.ppt
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1、模拟CMOS集成电路设计 Design of Analog CMOS Integrated Circuit,华侨大学电子与信息工程学院 电子工程系 杨骁 ,课程安排,集成电路设计专业的核心课程之一 54个学时:每周4个学时x14周 上课时间和地点:XXX 答疑时间和地点:XXX 办公地点:XXXX 联系方式:,课程介绍,对已有知识要求: 电路知识:电路分析、数字电路、模拟电路 信号处理知识:信号与系统,信号处理 半导体器件:半导体物理学,半导体器件物理, 半导体器件基础,目标: 1、掌握模拟集成电路的设计流程,熟悉模拟集成电路设计常用工具 2、具有模拟集成电路分析能力和设计能力。,Text B
2、ook and Reference Books,Text Book: Behzad Razavi, Design of ANALOG CMOS Integrated Circuits,2001 (English Version) 毕查德拉扎维 译者:陈贵灿 程军 张瑞智 模拟CMOS集成电路设计 (中文版) Reference Books: P. E.Allen , CMOS Analog Circuit Design, Second Edition ,2002 P.R.Gray, Analog Integrated Circuit, Fourth Edition,2005 D. Jhons,
3、 Analog Integrated Circuit Design ,1997,教材与参考教材,期刊: 电子学报、电路与系统学报、半导体学报、中国集成电路、微电子技术等等 IEEE Journal of Solid-State Circuits (JSSC) IEE Electronics Letter (EL) IEEE Trans. On Circuits and Systems I & II 国际会议: International Solid-state Circuits Conference (ISSCC) European Solid-State Circuits Conferenc
4、e (ESSCIRC) IEEE, Conference on Custom Integrated Circuits (CCIC),Final Scores,Final Exam 50% Homework 10% Final Project 40%,模拟CMOS集成电路设计 第一章 概述,半导体材料分类,半导体材料,元素半导体,化合物 半导体,元素半导体指硅、锗单一 元素形成的半导体。Si,由两种或两种以上的元素化合而成 ,它的种类很多,用于电路设计的主要是砷化镓(GaSa) 砷化镓的电子迁移速率比硅高 5.7 倍,非常适合用于高频电路。,Si半导体晶体管的分类,Si半导体 晶体管,双极结型晶
5、体管(Bipolar Junction Transistor, BJT),场效应晶体管(FET) (Field Effect Transistor),绝缘栅FET (IGFET),结栅FET(JFET),IGFET: Insulated-Gate Field Effect Transistor,JFET: Junction Field Effect Transistor,MOSFET,肖特基栅FET(MESFET),双极结型晶体管BJT,双极结型晶体管(BJT) 它是通过一定的工艺将两个PN结结合在一起的器件,有 PNP和NPN两种组合结构;外部引出三个极:发射极(Emitter)、基极 (B
6、ase) 和集电极(Collector);,BJT工作时,电子和空穴都参加导电,所以又简称双极晶体 管,是电流控制电流器件。,场效应晶体管(FET),IGFET:由栅极、绝缘层和半导体基底构成,利用场效应原理工作的晶体管。最常见的IGFET为MOSFET (Metal Oxide Semi-conductor)。FET晶体管由多数载流子参与导电,即工作时只有一种载流子导电,所以也称为单极型晶体管。与 BJT不同,FET晶体管属于电压控制型半导体器件。,MOSFET:最初的时候栅为金属铝,绝缘层为二氧化硅,这就是金属-氧化物-半导体FET这一术语的由来。目前,MOSFET的栅采用高电导的简并参杂
7、多晶硅(poly Si)代替。所以IGFET是这类器件更精确的描述,但是工业界已经习惯采用MOSFET这一术语了。,半导体制造工艺,半导体材料,Bipolar,MOS,CMOS,BiCMOS,高跨导、强负载驱动能力,速度较快,CMOS器件高集成度、低功耗的优点,CMOS工艺,CMOS工艺是在PMOS和NMOS工艺基础上发展起来的。即将NMOS器件和PMOS器件同时制作在同一硅衬底上。NMOS晶体管做在P型硅衬底上,而PMOS晶体管是做在N型硅衬底上,要将两种晶体管都做在同一个硅衬底上,就需要在硅衬底上制作一块反型区,该区域称为“阱”。根据阱 的不同,CMOS工艺分为P阱CMOS工艺、 N阱CM
8、OS工艺以及双阱工艺,其中N阱CMOS工艺由于工艺简单、电路性能较P阱CMOS工艺更有,从而获得广泛的应用。目前95%集成电路采用的CMOS工艺。,CMOS工艺,N阱CMOS工艺,P阱CMOS工艺,双阱CMOS工艺,从双极型到MOS晶体管,工艺发展,线宽:是指IC生产工艺可达到的最小导线宽度,是IC工艺先进水平的主要指标。线宽越小,集成度就高,在同一面积上就集成更多电路单元。线宽从10微米、6微米、1微米、0.8微米不断减小。目前国际高端集成电路主流技术的线宽是0.130.25微米,国际高端集成电路领先技术的线宽是0.0650.13微米。,1971年,Intel发布了第一个微处理器4004,
9、采用10微米工艺生产,仅包含2300多个晶体管,时钟频率为108KHz,工艺发展,1974年,主频为2MHz的8位微处理器8080问世,它采用6微米工艺,集成了6000个晶体管它采用了NMOS(N沟道MOS)电路。1978年Intel又陆续推出了8086处理器,这时工艺已经缩减为3微米工艺,含2.9万个晶体管。,1989年,Intel发布了486处理器。此时,处理器工艺已经全面采用了1微米工艺,并且在芯片内集成了125万个晶体管。,工艺发展,1995年后,半导体行业已普遍采用0.35微米(350nm)工艺进行主流芯片的生产。Intel也开始采用0.35微米制程,Pentium 新工艺的应用使得
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