电子科技大学：《集成电子学 Integrated Electronics》课程教学资源（课件讲稿）第一章 超大规模集成导论（陈勇）

集成电子学 电子科技大学电子学院

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主要内容 超大规模集成导论 缩小到纳米尺度CMOS器件面临的挑战 VLS集成物理 纳米CMOS器件中的栅工程 纳米CMOS器件的沟道工程和超浅结技术 新型纳米CMOS器件

• 超大规模集成导论 • 缩小到纳米尺度CMOS器件面临的挑战 • VLSI集成物理 • 纳米CMOS器件中的栅工程 • 纳米CMOS器件的沟道工程和超浅结技术 • 新型纳米CMOS器件

第一章超大规模集成导论 硅基MOS集成电路仍将是微电子技术的主流 微电子工业是国民经济信息化的基石 集成电路是微电子技术的核心，如果以单位质 量的“钢”对国民生产总值的贡献为1来计算， 则小轿车为5，彩电为30，计算机100，集成电 路是1000

¨ 硅基MOS集成电路仍将是微电子技术的主流 ¨ 微电子工业是国民经济信息化的基石 ¨ 集成电路是微电子技术的核心， 如果以单位质 量的“钢”对国民生产总值的贡献为1来计算， 则小轿车为5，彩电为30，计算机100，集成电 路是1000

美国国民经济的构成关系统计： 集成电路 电子产品 国民经济产值 1~2美元 10美元 100美元 即发达国家经济关系：GDP每增长100元，需要10 元左右电子工业产值和1~2元集成电路产值的支持。 欧美发达国家的一般统计规律 集成电路产值的增长率≈1.52倍电子工业 产值的增长率 电子工业产值的增长率≈3倍国民经济GDP 的增长率

美国国民经济的构成关系统计： 即发达国家经济关系：GDP每增长100元，需要10 元左右电子工业产值和1~2元集成电路产值的支持。 欧美发达国家的一般统计规律： § 集成电路产值的增长率 ≈ 1.5~2倍电子工业 产值的增长率 § 电子工业产值的增长率 ≈ 3倍国民经济GDP 的增长率

经济上：1美金的集成电路所能带动的GDP,相当于100 美金。而全世界集成电路的全年产值撬动的GDP相当于 中国和美国GDP之和。 100$GDP 1$芯片 技术上：集成电路促进了包括自动化装备、制造装备 以及精密仪器、微细加工等40多个工程技术的发展。 40多学科及 工程技术 集成电路

• 经济上：1美金的集成电路所能带动的GDP，相当于100 美金。而全世界集成电路的全年产值撬动的GDP相当于 中国和美国GDP之和。 技术上：集成电路促进了包括自动化装备、制造装备 以及精密仪器、微细加工等40多个工程技术的发展

对世界半导体、钢、电子工业、移动通信和全球国民 生产总值的统计与预测 From S.M.SZE(著名半导体物理学家：施敏) 105 GNP=Gross National Product(国民生产总值 GNP (含￥z0) 104 3% ELECTRONICS 9% -*AUTOMOBILE SEMICONDUCTOR 0 STEEL 10 15% 10 1980 1990 2000 2010 年份

15% 9% 3% From S.M.SZE（著名半导体物理学家：施敏） GNP=Gross National Product(国民生产总值) 对世界半导体、钢、电子工业、移动通信和全球国民 生产总值的统计与预测：

集成电路的发展 自从1958年集成电路诞生以来，按照摩尔定律不断发 展，目前已进入超大规模(VLSI)和甚大规模集成电 路(ULSI)阶段，是一个“system on a chip”(SOC) 的时代。 第一代16位的Intel8086芯片中，共容纳了约2.8万个晶 体管。 目前高通骁龙835采用了三星的10nm制程，在集成 了超过30亿个晶体管的情况下，体积比14nm骁龙820 小了35%，整体功耗降低了40%，性能却提高27%。 目前国内最先进的量产制程是中芯国际的28nm工艺

• 自从1958年集成电路诞生以来，按照摩尔定律不断发 展，目前已进入超大规模（VLSI）和甚大规模集成电 路（ULSI）阶段，是一个“system on a chip”（SOC) 的时代。 • 第一代16位的Intel 8086芯片中，共容纳了约2.8万个晶 体管。 • 目前高通骁龙 835 采用了三星的 10nm 制程， 在集成 了超过 30 亿个晶体管的情况下，体积比14nm骁龙 820 小了 35%，整体功耗降低了 40%，性能却提高27%。 • 目前国内最先进的量产制程是中芯国际的28nm工艺

1987年，台湾TSMC(台积电)成立，首创Foundry(晶 圆代工)模式，为其日后成为世界集成电路代工龙头 奠定了基础。 2016年，调研机构1 C Insight公布全球前20大芯片制 造商排名，其中，美国有8家、欧洲3家、日本3家、 台湾地区3家、韩国2家，新加坡有1家。 芯片产业链分为芯片设计一制造一封测三个主要环节 ,目前芯片设计巨头为高通、联发科、三星等；芯片 制造企业主要为台积电、台联电等；封测排名第一的 则为日月光

• 1987年，台湾TSMC (台积电)成立，首创Foundry(晶 圆代工)模式，为其日后成为世界集成电路代工龙头 奠定了基础。 • 2016年，调研机构IC Insight公布全球前20大芯片制 造商排名，其中，美国有8家、欧洲3家、日本3家、 台湾地区3家、韩国2家，新加坡有1家。 • 芯片产业链分为芯片设计—制造—封测三个主要环节 ，目前芯片设计巨头为高通、联发科、三星等；芯片 制造企业主要为台积电、台联电等；封测排名第一的 则为日月光

2019年全球半导体供应商T0p10名单（以收入排名，单位：百万美元） 2018年 2018年~ 2019年排 2019年市场 供应商 2019年收入 2018年收入 名 排名 2019年增长率 份额(%) ·2019年排 (%) 2 Intel 65,793 15.7 66,290 -07 名前10的 Samsung 全球半导 2 1 52,214 12.5 73,649 -29.1 Electronics 体公司 3 3 SK hynix 22,478 5.4 36,240 -38.0 Micron 4 4 20,056 48 29,742 -32.6 Technology 5 5 Broadcom 15,293 3.7 16,261 -6.0 6 6 Qualcomm 13.537 3.2 15,375 -12.0 Texas 7 7 13,203 3.2 14,593 -95 Instruments 8 8 ST 9,017 9,213 Microelectronics 2.2 -2.1 9 12 Kioxia(Toshiba 8,797 2.1 8,533 31 Memory) 10 10 NXP 8.745 2.1 9,022 -3.1

• 2019年排 名前10的 全球半导 体公司

中国在自主发展集成电路产业的道路的三次高潮： 第一次：上世纪70年代末，引进了24条二手生产半导体 生产线； 第二次：80年代中期，引进设备同时引进技术、软件乃 至外资及其管理方法，诞生了华晶、首钢NEC、上海贝 岭、上海飞利浦等四个半导体企业； 第三次：90年代中期，实施华晶“908”工程以及上海飞 利浦先进半导体、首钢NEC、上海贝岭的技术升级，同 时在浙江绍兴引进一条微米级半导体生产线。1995年， 投入100亿元发起“909项目”，取得了不错的效果，建 设了一条8英寸硅片，从0.5微米技术起步的集成电路生产 线，生产出了64M随机动态存储器，并实现了盈利

• 中国在自主发展集成电路产业的道路的三次高潮： • 第一次：上世纪70年代末，引进了24条二手生产半导体 生产线; • 第二次：80年代中期，引进设备同时引进技术、软件乃 至外资及其管理方法，诞生了华晶、首钢NEC、上海贝 岭、上海飞利浦等四个半导体企业; • 第三次：90年代中期，实施华晶“908”工程以及上海飞 利浦先进半导体、首钢NEC、上海贝岭的技术升级，同 时在浙江绍兴引进一条微米级半导体生产线。1995年， 投入100亿元发起“909项目” ，取得了不错的效果，建 设了一条8英寸硅片，从0.5微米技术起步的集成电路生产 线，生产出了64M随机动态存储器，并实现了盈利