計算機軟件及應(yīng)用CMOS集成電路基礎(chǔ)

集成電路(integratedcircuit)一種微型電子器件或部件。把一個電路中所需的所有元件及布線互連一起，制作在一小塊半導體晶片，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)它在電路中用字母“IC”

表示。PCB與ICPCBIC集成電路內(nèi)部構(gòu)成與工作原理制造集成電路的材料有導體：含有大量自由電子，可在電壓作用下自由運動，參與導電；絕緣體：沒有能夠參與導電的自由電子；半導體：部分電子在獲得足夠能量后可自由運動，參與導電。1、制造材料2、半導體材料最早使用的半導體材料是由Ⅳ族元素組成的單質(zhì)半導體材料。如硅、鍺晶體。硅、鍺禁帶寬度很小，使其中的電子可以很容易獲得能量向高能級躍遷參與導電；硅在地表中儲量極大，目前仍是應(yīng)用最廣泛的半導體材料。單質(zhì)硅材料導電能力很弱，必須在其中選擇性的加入少量雜質(zhì)材料，提供更多自由電子。引入雜質(zhì)的過程稱為摻雜；摻雜不同雜質(zhì)，得到的半導體材料分為N型和P型材料。完美的硅晶體示意圖 硅晶體截面示意圖N型材料使用Ⅴ族元素為摻雜雜質(zhì)，雜質(zhì)的五個價電子中，四個與周圍的硅結(jié)合成共價鍵，多余的一個價電子成為自由電子，參與導電。電子被認為帶負電——negative，所以這種材料被稱為N型半導體材料，摻雜的雜質(zhì)稱為施主。P型材料使用Ⅲ族元素為摻雜雜質(zhì)，雜質(zhì)的價電子與周圍三個硅原子的電子結(jié)合成共價鍵，缺少一個形成共價鍵的電子，出現(xiàn)電子的空位，成為“空穴”?？昭ū徽J為帶正電——positive，所以這種材料被稱為P型半導體材料。摻雜的雜質(zhì)稱為受主。3、PN結(jié)集成電路中的器件一般由P型和N型材料構(gòu)成。P型材料與N型材料接觸形成PN結(jié)。PN結(jié)單向?qū)щ?，只當P區(qū)電壓高于N區(qū)（PN結(jié)正偏）時允許電流從P區(qū)流向N區(qū)。4、場效應(yīng)與半導體開關(guān)場效應(yīng)是指，在半導體材料附近施加不和半導體接觸的電壓時，則該電壓會對半導體內(nèi)部的電子或空穴形成吸引。利用場效應(yīng)制造的晶體管被稱為場效應(yīng)晶體管（FET）。可以作為半導體開關(guān)。例如在P型半導體附近施加正電壓，電壓吸引半導體內(nèi)的電子并形成積累。當電子積累到一定程度，P型半導體內(nèi)局部變?yōu)镹型，被稱為反型。場效應(yīng)晶體管（FET）應(yīng)用最廣的場效應(yīng)晶體管是金屬-氧化物-半導體場效應(yīng)管，簡稱MOSFET或MOS管。一般有柵（G）、源（S）、漏（D）三個電極。源漏之間被柵極覆蓋的區(qū)域稱為導電溝道。柵極負責施加控制電壓源極、漏極負責電流的流進流出導電溝道根據(jù)源極、漏極摻雜類型的不同，MOS管分為NMOS和PMOS兩種。同時使用兩種MOS管的集成電路稱為互補型金屬-氧化物-半導體，簡稱CMOS。PMOSNMOS襯底接觸CMOS電路中，MOS管源區(qū)、漏區(qū)以外的區(qū)域稱為襯底。通常將PMOS管的襯底接高電位（正壓）；NMOS管的襯底接低電位（負壓），以保證電路正常工作電路符號（a）NMOS（b）PMOS（a）NMOS（b）PMOS（a）NMOS （b）PMOSCMOS邏輯電路受柵極電壓控制，由源漏電壓的高低狀態(tài)表示二進制。源漏電位為高，表示二進制“1”源漏電位為低，表示二進制“0”MOS管反型導通條件PMOS管導通：柵極電壓為低電位（負壓），即邏輯“0”；NMOS管導通：柵極電壓為高電位（正壓），即邏輯“1”反相器（非門）INOUT0110與非門ABOUT00011011或非門ABOUT00011011先在硅表面制作一層二氧化硅；然后通過光刻，在二氧化硅上需要擴散摻入雜質(zhì)的區(qū)域開設(shè)窗口；最后完成摻雜和金屬化等工序，完成芯片的制造。集成電路制造(平面工藝)硅片氧化硅光刻膠擴散區(qū)定義版圖什么是版圖？集成電路制造工藝中，通過光刻和刻蝕將掩膜版上的圖形轉(zhuǎn)移到硅片上。這種制造集成電路時使用的掩膜版上的幾何圖形定義為集成電路的版圖。版圖要求與對應(yīng)電路嚴格匹配，具有完全相同的器件、端口、連線柵極負責施加控制電壓源極、漏極負責電流的流進流出導電溝道一、單個MOS管的版圖實現(xiàn)有源區(qū)柵導電溝道有源區(qū)注入雜質(zhì)形成晶體管，柵與有源區(qū)重疊的區(qū)域確定器件尺寸，稱為導電溝道1、圖形關(guān)系只要源極、漏極以及導電溝道所覆蓋的區(qū)域稱為有源區(qū)。芯片中有源區(qū)以外的區(qū)域定義為場區(qū)。MOS管中電流由源極流向漏極。溝道中電流流過的距離為溝道長度；截面尺寸為溝道寬度。電