微电子与集成电路设计导论 第六章 新型微电子技术.pptx

第六章 新型微电子技术; 本章内容;6.1 SoC技术;典型SoC组成;iPhone 手机上的SOC;SoC设计基础和IP分类;SoC具有的优势： 降低耗电量 减少体积 丰富系统功能 提高速度 节省成本 问题： 要将IP模块集成到SoC中，要求设计者完全理解复杂IP模块的功能、接口和电气特性，如微处理器、存储器控制器、总线仲裁器等。 随着系统的复杂性的提高，要得到完全吻合的时序也越来越困难。即使每个IP模块的布局是预先定义的，但把它们集成在一起仍会产生一些不可预见的问题，如噪声，这些对系统的性能有很大的影响。;6.2 微机电系统（MEMS）技术;主要特点如下： 微型化 物理参数良好 批量生产 集成化 多学科交叉;6.2.2 微机电系统分类;6.2.3 微机电系统常用工艺和材料 微机械加工工艺基本有两种方式：（1）体微加工工艺；（2）表面微加工工艺。 满足功能要求的材料有：半导体硅、锗??砷化镓、金属铌，以及石英、陶瓷等，尤以硅材料最为常见。 微机电系统的结构材料： 基底材料：硅、砷化镓、其它半导体材料； 薄膜材料：单晶硅、氮化硅、氧化硅； 金属材料：金、铝、其它金属。 微机电系统的功能材料： 高分子材料：聚酰亚胺、PMMA； 敏感材料：压阻、压电、热敏、光敏、其它； 致动材料：形状记忆合金、磁性材料等。;在汽车里作为加速规来控制碰撞时安全气囊防护系统的使用； 在喷墨打印机里作为压电元件； 在汽车里作为陀螺来测定汽车倾斜，控制动态稳定控制系统； 在轮胎里作为压力传感器，在医学上测量血压； 数字微镜芯片； 在计算机网络中充当光交换系统，这是一个与智能灰尘技术的融合。;生物芯片（biochip）是指采用光导原位合成或微量点样等方法，将大量生物大分子比如核酸片段、多肽分子甚至组织切片、细胞等等生物样品有序地固化于支持物的表面，组成密集二维分子排列，然后与已标记的待测生物样品中靶分子杂交，通过特定的仪器对杂交信号的强度进行快速、并行、高效地检测分析，从而判断样品中靶分子的数量。;6.3.1 生物芯片发展历史 1996年美国Affymetrix公司成功的制作出世界上首批用于药物筛选和实验室试验用的生物芯片。 1998年12月Affymefrix公司和Molecular Dynamics公司宣布成立基因分析协会（genetic analysis technology consortium）以制定一个统一的技术平台生产更有效而价廉的设备。 1998年10月，中科院将基因芯片列为“九五”特别支持项目，利用中科院在微电子技术、生化技术、物理检测技术方面的优势，组织跨所、跨学科合作。;6.3.2 生物芯片分类 根据芯片上的固定的探针分： 基因芯片 蛋白质芯片 细胞芯片 组织芯片 根据原理分： 元件型微阵列芯片 表达谱基因芯片是用于基因功能研究的一种基因芯片。是目前技术比较成熟，应用最广泛的一种基因芯片。;6.3.3 生物芯片的应用前景 生物芯片能为现代医学发展提供强有力的手段，促进医学从“系统、血管、组织和细胞层次”（第二阶段医学）向“DNA、RNA、蛋白质及其相互作用层次”（第三阶段医学）过渡。 DNA芯片技术可用于水稻抗病基因的分离与鉴定。 近年来，生物芯片的应用前景呈现以下几个特点： （1）高密度芯片的批量制备技术是重要的发展趋势。 （2）高密度基因芯片的设计将会成为基因芯片发展的一个重要课题。 （3）生物功能物质微阵列芯片的研制具有重要研究意义。 ;纳电子学 是指在纳米尺度（量子点或库伦岛）中，探测、识别与控制单个量子或量子波的运动规律； 研究单个原子、分子人工组装和自组装技术； 研究在量子点内，单个量子或量子波所表现出来的特征和功能的学科。 纳电子器件是纳电子学重要的组成部分。 ;纳电子器件——单电子晶体管 用一个或者少量电子就能记录信号的晶体管。 由两个极薄的绝缘层夹一个小岛（库伦岛，尺寸小于10nm）组成。当加在栅上的电压变化引起库伦岛中电荷变化量不到一个电子的电荷，则将没有电流通过。直到电压增大到能引起一个电子电荷的变化时。源漏之间有电流通过。 ;纳电子器件——碳纳米管场效应晶体管 最早利用碳纳米管制成的场效应晶体管在1998年首次提出:硅衬底做背栅（衬底上通过热氧化生长1层厚300nm的SiO2层），然后制备Pt作电极，再利用自组装技术将半导体型的单根单壁碳纳米管搭接Pt电极上，从而构建单壁碳纳米管场效应晶体管。;纳电子器件——有机分子场效应晶体管 该技术利用了分子之间可自由组合的化学特性，晶体管电极之间的距离仅为1纳米到2个纳米，是目前世界最小的晶体管。同时具有制造简单，造价低廉的优点。 ;纳电子器件——Memristor忆阻器 全称记忆电阻（Memristor），是表示磁通与电荷关系的电路器件。;纳电子器件——石墨烯 它是已知