超大规模集成技术:其历史和使用现代技术

2022年3月17日

关键的外卖

●了解VLSI技术。

●更好地理解VLSI技术的优点。

●学习如何使用超大规模集成技术在今天的设备和系统。

超大规模集成提供IC设计师能够设计利用更少的空间。

通常,电子电路包含一个CPU、RAM、罗和其他外围设备在一个单一的加工。然而,非常大规模集成(VLSI)技术提供一种集成电路设计的能力,所有这些添加到一个芯片上。如果我们检查电子景观在过去的几十年里,我们将看到其快速增长的证据。好处包括增加功能,提高了小型化,提高整体性能。然而,这种需求将更多组件,而越来越多的利用更少的空间转化为的误差较低。

保持,这是可以理解的,为什么在过去的几年里,硅(CMOS)技术是目前领先制造工艺成本和相对高性能超大规模集成电路。

超大规模集成技术

非常大规模的集成是一个嵌入的过程或集成成千上万的晶体管到一个单一的硅半导体芯片。超大规模集成技术的概念可以追溯到1970年代末,先进水平微芯片处理器(电脑)也在开发阶段。两个最常见的超大规模集成设备微处理器和微控制器。

集成电路指的是一种集成电路技术许多设备在一个芯片上。源自这个词,当然,在1970年代,以及其他各种规模集成分类基于盖茨的数量或晶体管/ IC。

电子行业的显著增长主要是由于大规模集成技术的进步。的到来VLSI设计ICs的可能性在控制应用中,电信、高性能计算、消费电子产品作为一个整体将继续上升。

目前,智能手机和移动通信等技术承受前所未有的可移植性,处理能力,由于VLSI技术应用程序访问。这一趋势表明一个快速增长的预测需求继续增加。

超大规模集成技术的优点

以下是超大规模集成技术的主要优点:

降低了电路的大小
增加了设备成本效益
改进的性能而言,电路的工作速度
需要更少的能量比离散组件
提高设备可靠性
需要更少的空间,促进小型化

超大规模集成IC的设计过程

总的来说,超大规模集成集成电路设计包含两个主要阶段或部分:

1。前端设计:这包括数字使用硬件描述语言设计,例如,Verilog,系统Verilog,硬件描述语言(VHDL)。此外,这个阶段包括设计验证通过仿真和其他验证技术。整个过程也包含了设计,从大门开始,一直持续到可测试性设计。

2。后端设计:这包括描述和CMOS库设计。此外,它包括故障模拟和物理设计。

整个设计过程遵循循序渐进的方法,以下是前端设计步骤:

规范问题:这是一个高级的解释系统。我们解决的关键参数,如设计技术、功能、性能、制造工艺和物理维度。最终规范包括权力、功能、速度和规模超大规模集成系统。
架构定义:包括基本规范,如浮点单元和系统使用,如RISC和CISC ALU的缓存大小。
功能设计:这个识别系统的重要功能单元,因此,使识别每个单元的物理和电气规范和互连的要求。

逻辑设计:这一步涉及到控制流,布尔表达式,宽度,和寄存器分配。
电路设计:这一步执行的实现电路的形式一个网表。由于这是一个软件的步骤,它利用模拟检查结果。
物理设计:在这个步骤中,我们创建一个布局将网表转换为几何描述。这一步也遵循一些先入为主的静态规则,比如λ规则,提供了精确的细节比,组件之间的间距和大小。

以下是后端设计硬件开发的步骤:

晶片处理:这一步利用纯硅融化在1400ºc,一壶,一个小种子组成所需的晶体取向注入液态硅和逐步退出,1毫米/分钟。我们制造硅晶体作为圆柱锭和切成光盘或晶片抛光和晶体取向。
光刻技术:这个过程(光刻)包括屏蔽与摄影照片蚀刻和面具。接下来,我们应用一个光刻胶薄膜在晶片上。照片对准器然后将晶圆一个面具。最后,我们使晶片暴露在紫外线,从而突显出跟踪通过面具。
蚀刻:在这里,我们有选择性地去除晶片表面的材料生产模式。与一个蚀刻掩模保护材料的核心部分,我们使用额外的等离子体或化学物质去除剩余的光刻胶。
离子注入:在这里,我们使用一个方法来实现所需的半导体电特性,即。,添加掺杂物的过程。这个过程使用一束高能离子掺杂剂目标精确的晶片区域。光束的能量级别决定了晶片的深度渗透。
金属化:在这个步骤中,我们应用一层薄的铝在整个晶片。
组装和包装晶圆的:每一个包含成百上千的芯片。因此,我们使用金刚石锯把晶片切成单一的芯片。之后,他们获得电气测试,我们丢弃的失败。相比之下,那些通过利用显微镜获得彻底的目视检查。最后,我们包芯片通过目视检查和复核。