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《集成电路设计基础》电子教案 作者：姚晓琼 联系方式： yao_xq@163.com 《集成电路设计基础》课程简介 了解并掌握集成电路（IC）的发展历史、现状和未来 了解并掌握各类集成电路的特点 熟悉TTL电路特点，会使用EDA软件进行电路模拟 熟悉MOSFET电路特点，会使用EDA软件进行电路模拟，可以画出版图 EDA软件：EWB，Micowind，Laker 熟悉Linux操作系统的使用，会使用基本的命令 学习本课程的基础 电路基础 模拟电子技术 数字电子技术 半导体物理学 固体物理学 量子力学 微电子学基础：晶体管，MOSFET管原理 第一章 概论 一 半导体集成电路概述 二 集成电路基础知识 1.基本概念 2.分类 三 半导体基础知识 1.半导体基础 2.PN结 一 半导体集成电路概述 1.定义： 集成电路(IC)是指半导体集成电路，即以半导体晶体材料为基片，经加工制造，将原件、有源器件和连线集成在基片内部、表面或片面之上，执行某种功能的微型化电路。 单片集成电路：用一块半导体晶片为基片，通常是硅（Si）或化合物半导体如砷化镓（GaAs）制成的集成电路。 本课程讨论的集成电路实际专指单片集成电路。 集成电路：Intergrated Circuit 2.集成电路举例： 51单片机，计算机CPU，74LS系列芯片等 一般见到的芯片都是封装好的，打开封盖后可以看到管壳内有一小小的硅片，称为芯片（die或chip），但人们通常将封装好的集成电路块也叫芯片。 用肉眼是观察不到集成电路芯片上的图形的，只有在高倍显微镜下才能观察到。芯片上的这些线条和图形的集合，被称为版图（layout）。这些线条和图形是为了实现器件、元件和互联线而专门设计和制作的。 3.集成电路的过去、现在和未来 －－爱迪生效应：为了延长白炽灯的寿命，1883年，爱迪生在灯泡的碳丝附近焊上一小块金属片（实际并没能延长灯泡的寿命），金属片没有与灯丝接触，但如果在它们之间加上电压，灯丝受热后，会产生一股趋向附近的金属片的电流。当时，爱迪生本人并没有意识到这种现象有多少技术潜力，而转入其他项目的研究。后人认识到爱迪生发现的是一种“热电子发射现象”，有重要的实际应用价值，把它称为“爱迪生效应”。 －－真空二级管的发明（1904年 弗莱明） 最早预见到爱迪生效应具有实用价值的，是英国物理学家、工程师弗莱明。利用“爱迪生效应”将交流电转化成直流电。用一个金属圆筒代替了爱迪生所用的金属丝，套在灯丝外面，和灯丝一起封在玻璃泡里。这样，接收电子的面积大大增加了。金属筒接正电(“阳极”) 、灯丝接负电(“阴极”)。这种新诞生的器件，其作用相当于一个只允许电流单向流动的阀门，弗莱明就称它叫做“阀”。后人将其称为“真空二极管”。 真空二极管的发明标志着人类进入了电子时代。 －－真空三极管的发明（1907年 德·福雷斯特） 直到真空三极管的发明后，电子管才成为实用的器件 真空三极管除了可以处于放大状态外，还可充当开关器件 －－晶体管的发明（1947年 肖克利等） 在贝尔实验室,肖克利和两位同事用几条金箔片，一片半导体 材料和一个弯纸架制成一个小模型，可以传导、放大和开关电流。他们把这一发明称为“点接晶体管放大器”（Point-Contact Transistor Amplifier）。电子革命的“晶体管”。获得1956年度的诺贝尔物理学奖。称为“20世纪最重要的发明”。 －－集成电路的发明（1958年杰克·基尔比（Jack Kilby） ） 1958年9月12日，美国德州仪器工程师基尔比发明第一颗IC。给电子产业带来了一场革命，并为无数的其它发明铺平了道路。 1960年3月基尔比所在的德州仪器公司（Texas Instrument Inc）制造出了第一个商用的集成电路。 2000年的10月10日，七十七岁的基尔比获得2000年的诺贝尔物理学奖。这个奖距离他的发明已经四十二年。 集成电路的出现，为开发电子产品的各种功能铺平了道路，并且大幅度降低了成本，第三代电子器件从此登上舞台。它的诞生，使微处理器的出现成为了可能，也使计算机变成普通人可以亲近的日常工具。集成技术的应用，催生了更多方便快捷的电子产品。 －－摩尔定律的提出（1965年，戈登?摩尔） 1965年，戈登?摩尔在《电子》杂志上发表了一篇预测未来集成电路发展趋势的文章，它就是摩尔定律的原