2022-2023学年高二物理竞赛课件：MOS管截面图

MOS管截面图 MOS管截面图 1958年第一块集成电路：TI公司的Kilby，12个器件，Ge晶片 获得2000年Nobel物理奖 电路板的制作 主芯片 集成电路芯片显微照片 IC的生产工序流程 普通硅沙（石英砂，沙子）－－> 分子拉晶（提炼）－－> 晶柱（圆柱形晶体）－－> 晶圆（把晶柱切割成圆形薄片）－－> 光刻（俗称流片，即先设计好电路图，通过激光暴光，刻到晶圆的电路单元上）－－> 切割成管芯（裸芯片）－－> 封装（也就是把管芯的电路管脚，用导线接到外部接头，以便与其它器件连接。） 单晶硅 硅的纯度达到99.999999%一根一米多长的硅棒，视其直径大小，硅棒的价值可高达8000美元到16000美元。这些纯硅单晶棒，每根重量可达到120公斤； 晶圆 金刚石锯床切成薄薄的圆晶片。厚度um级别，这些薄片再经过洗涤、抛光、清洁和接受人眼检测与机器检测；最后通过激光扫描发现小于人的头发丝宽度的1/300的表面缺陷及杂质，合格的圆晶片交付给芯片生产厂商。 光刻 芯片结构设计人员设计好电路版图，完整的设计图传送给主计算机并经 电子束曝光机进行处理，将这些设计图“刻写”在置于一块石英玻璃上的金属 薄膜上，制造出掩膜。制作芯片是对薄膜进行重复进行涂光敏胶、光刻和腐 蚀的组合处理，掩膜起着一个很像照相制版的负片作用。 光刻工艺图示 涂光刻胶 曝光 显影与后烘 腐蚀 腐蚀 切割 封装 封装是指把硅片上的电路管脚,用导线接引到外部接头处,以便与其它器件连接。 封装时主要考虑的因素： a）芯片面积与封装面积之比为提高封装效率，尽量接近1：1； b) 引脚要尽量短以减少延迟，引脚间的距离尽量远，以保证互不干扰， 提高性能； c) 基于散热的要求，封装越薄越好。 Intel’s CPU Year of introduction Transistors 4004 1971 2,250 8008 1972 2,500 8080 1974 5,000 8086 1978 29,000 286 1982 120,000 386™ processor 1985 275,000 486™ DX processor 1989 1,180,000 Pentium® processor 1993 3,100,000 Pentium II processor 1997 7,500,000 Pentium III processor 1999 24,000,000 Pentium 4 processor 2000 42,000,000 Intel 公司CPU芯片集成度的发展 Intel 公司第一代CPU—4004 电路规模：2300个晶体管 生产工艺：10um 最快速度：108KHz Intel 公司CPU—386TM 电路规模：275,000个晶体管 生产工艺：1.5um 最快速度：33MHz Intel 公司CPU—Pentium® 4 电路规模：4千2百万个晶体管 生产工艺：0.13um 最快速度：2.4GHz 英特尔 45nm Intel 酷睿i7 940 7.31亿个晶体管 主频为2.93GHz 0.1m Sub 0.1m $