前言:想要寫出一篇令人眼前一亮的文章嗎?我們特意為您整理了5篇集成電路范文,相信會為您的寫作帶來幫助,發(fā)現(xiàn)更多的寫作思路和靈感。
關(guān)鍵詞:555集成電路;工作原理;電路分析
浙江省教育改革走在全國前列,從2014屆開始,通用技術(shù)中的《電子控制技術(shù)》作為高考的選考內(nèi)容,這對于全省通用技術(shù)教師教學(xué)來說是個嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)。大多數(shù)教師不是電子技術(shù)專業(yè)出身,有些從物理教師轉(zhuǎn)行過來,更甚的是從生物、化學(xué)、文科等教師中轉(zhuǎn)行過來,對電子技術(shù)專業(yè)知識相當(dāng)?shù)膮T乏,且現(xiàn)使用的蘇教版《電子控制技術(shù)》教材,沒有經(jīng)過教學(xué)實(shí)踐檢驗(yàn),所以教材中有些錯誤的內(nèi)容沒有訂正。這樣情況下,我們有必要對555集成電路有全面的正確認(rèn)識,并能分析其在電路中的工作原理和實(shí)際應(yīng)用。
一、555集成電路命名規(guī)則和常見封裝形式
555集成電路芯片的生產(chǎn)廠家眾多,常見的有NE555、CA555、MC7555、CB7555.那它們的命名規(guī)則是怎樣的呢?
如果用TTL工藝制作的稱為雙極型集成電路,用CMOS工藝制作的稱為CMOS集成電路。所有雙極型集成電路型號最后3位數(shù)碼都是555;所有CMOS產(chǎn)品型號最后4位數(shù)碼都命名為7555;如果一個芯片上集成兩個555并共用一組電源叫雙定時器。雙極型雙定時器產(chǎn)品命名為556;CMOS雙定時器命名為7556。雙極型和CMOS型555定時器的功能和外部引腳的排列完全相同。
雙極型的555集成電路工作電壓為4.5V―15V,第3腳輸出(驅(qū)動電流)可達(dá)200mA,可直接驅(qū)動小型繼電器,但缺點(diǎn)是靜態(tài)電流也偏大。
CMOS型的7555集成電路工作電壓2―18V,靜態(tài)電流很小,只有80uA,特別適合于使用電池、低電源電壓場合。但7555的第3腳驅(qū)動電流很小,只有1mA,不能直接驅(qū)動繼電器,需要通過三極管的放大來驅(qū)動繼電器。
二、555芯片等效電路結(jié)構(gòu)及工作原理
(1)555等效功能電路圖。
雖然很多半導(dǎo)體器件公司都生產(chǎn)各自型號的555集成電路,但其內(nèi)部電路大同小異,且都具有相同的引腳功能端。
555集成電路內(nèi)部等效電路圖
555集成電路由3個阻值為5kΩ的電阻組成的分壓器(555由此得名)、兩個電壓比較器C1和C2、基本RS觸發(fā)器、放電三極管TD和緩沖反相器G3組成。虛線邊沿標(biāo)注的數(shù)字為管腳號。其中1腳為接地端;2腳為低電平觸發(fā)端,由此輸入低電平觸發(fā)脈沖;6腳為高電平觸發(fā)端,由此輸入高電平觸發(fā)脈沖;4腳為復(fù)位端,輸入負(fù)脈沖(或使其電壓低于0.7V)可使555定時器直接復(fù)位;5腳為電壓控制端,在此端外加電壓可以改變比較器的參考電壓,不用時,經(jīng)0.01uF的電容接地,以防止引入干擾;7腳為放電端,555定時器輸出低電平時,放電晶體管TD導(dǎo)通,外接電容元件通過TD放電;3腳為輸出端,輸出高電壓約低于電源電壓1V―3V,輸出電流可達(dá)200mA,因此可直接驅(qū)動繼電器、發(fā)光二極管、指示燈等;8腳為電源端,可在5V―15V范圍內(nèi)使用。
(2)555集成電路工作原理分析
5腳經(jīng)0.01uF電容接地,以防止引入干擾;比較器C1比較電壓為2/3VCC,C2的比較電壓為1/3VCC。
①當(dāng)R(__)=0時,Q(__)=1,uo=0,T飽和導(dǎo)通。
②當(dāng)R(__)=1、UTH>2VCC/3、UTR(____)>VCC/3時,C1=0、C2=1,Q(__)=1、Q=0,uo=0,T飽和導(dǎo)通。
③當(dāng)R(__)=1、UTHVCC/3時,C1=1、C2=1,Q(__)、Q不變,uo不變,T狀態(tài)不變。
④當(dāng)R(__)=1、UTH
三、教材555電路案例分析
案例1.雞蛋孵化溫度控制器的設(shè)計(jì)電路圖如下(教材P99頁)
對于這個電路圖根據(jù)我們之前對555原理的分析,發(fā)現(xiàn)教材對該電路的設(shè)計(jì)和分析有錯誤:
(1)圖中三個箭頭處應(yīng)加上圓點(diǎn),表示電路是連接的。
(2)將 CB7555 改為 NE555,因CB7555 是 CMOS 型的集成電路,輸出電流只有1mA,驅(qū)動能力不夠。NE55是雙極型集成電路,能輸出200mA,能直接驅(qū)動繼電器。
(3)文字描述有誤。這里的 555 是工作于雙穩(wěn)態(tài)。
把熱敏電阻Rt1放入盛有37℃的水的燒杯中,調(diào)節(jié)可變電阻Rp1,使NE555的2腳電壓低于VCC/3,6腳的電壓低于2VCC/3,3腳輸出高電平,點(diǎn)亮V1,繼電器觸點(diǎn)J-1閉合,電熱器開始加熱。
案例2 555電路組成的水箱閉環(huán)電子控制系統(tǒng)電路圖(教材P104頁)
電路分析如下:
當(dāng)水位低于b點(diǎn)時,555電路中的AC和BC都斷開,所以2腳和6腳輸入都是低電平,由555邏輯功能表分析可知,3腳輸出高電平,V4飽和導(dǎo)通,繼電器J吸合,電動機(jī)M工作抽水。由于3腳高電平,所以V1導(dǎo)通,打水指示燈亮。7腳輸出狀態(tài)是高電平V2截止,有水指示燈不亮。
電動機(jī)M抽水時,水位上升,如果在ab之間,相當(dāng)于BC導(dǎo)通,AC斷開,則2腳輸入為高電平(大于VCC/3),6腳為低電平(小于2VCC/3),由555邏輯功能表分析可知,3腳輸出狀態(tài)不變,由原來的狀態(tài)決定,即3腳輸出高電平,V4飽和導(dǎo)通,繼電器J吸合,電動機(jī)M還是繼續(xù)工作抽水;由于3腳高電平,所以V1導(dǎo)通,打水指示燈亮。7腳輸出狀態(tài)是高電平V2截止,有水指示燈不亮。
當(dāng)水位到達(dá)a時,AC接通,6腳主電平(大于2VCC/3),則3腳和7腳輸出低電平,則V4和V1截止,繼電器J斷開,電動機(jī)M停止抽水,V1打水指示燈滅。由于7腳低電平,則V2導(dǎo)通,則有水指示燈亮。
當(dāng)水位下降時,AC斷開,BC接通,則6腳輸入是低電平(小于2VCC/3),而2腳輸入是高電平(大于VCC/3),3腳輸出狀態(tài)保持不變,即輸出為低電平,抽水機(jī)不工作。
當(dāng)水位下降到b時,電路工作情況跟(1)一樣,抽水機(jī)又工始工作,又重復(fù)前面的周期運(yùn)行情況。
以上是對教材兩例的糾錯和電路原理分析,但555電路的應(yīng)用有很多種,如接成單穩(wěn)態(tài)電路,可用在555觸摸定時開關(guān)和定時器;還可以外接電容器,組成多諧振蕩器,我們教師首先掌握555電路等效功能電路和基本的邏輯關(guān)系,對于實(shí)際電路也可以通過上面例子的分析方法,相信一定能理解其他555電路工作原理的,在電子控制技術(shù)教學(xué)中會更加得心應(yīng)用,心中有底氣。
參考文獻(xiàn):
本報告通過深入調(diào)查分析,把握行業(yè)目前所處的全球和國內(nèi)宏觀經(jīng)濟(jì)形勢,具體分析該產(chǎn)品所在的細(xì)分市場,對通用集成電路測試系統(tǒng)行業(yè)總體市場的供求趨勢及行業(yè)前景做出判斷;明確目標(biāo)市場、分析競爭對手,了解產(chǎn)品定位,把握市場特征,發(fā)掘價格規(guī)律,創(chuàng)新營銷手段,提出通用集成電路測試系統(tǒng)行業(yè)市場進(jìn)入和市場開拓策略,對行業(yè)未來發(fā)展提出可行性建議。
報告屬性
【報告性質(zhì)】專題調(diào)研
【報告名稱】
2009-2010年中國通用集成電路測試系統(tǒng)產(chǎn)業(yè)專題調(diào)查分析報告
【表述方式】文字分析、數(shù)據(jù)比較、統(tǒng)計(jì)圖表瀏覽
【交付周期】3—5個工作日
【報告價格】8900元
【制作機(jī)關(guān)】中國市場調(diào)查研究中心
【定購電話】
86-10-88430838(劉老師)88864829(高老師)88864539(云老師)88893867(姜老師)
【傳真】86-10-68450238合同下載
報告目錄
第一章通用集成電路測試系統(tǒng)產(chǎn)業(yè)市場基本情況分析
第一節(jié)市場發(fā)展環(huán)境分析(宏觀經(jīng)濟(jì)環(huán)境、產(chǎn)業(yè)市場政策……)
一、2009年我國宏觀經(jīng)濟(jì)運(yùn)行情況
二、我國宏觀經(jīng)濟(jì)發(fā)展運(yùn)行趨勢
三、市場相關(guān)政策及影響分析
1、全球經(jīng)濟(jì)危機(jī)對中國宏觀經(jīng)濟(jì)的消極影響
2、全球經(jīng)濟(jì)危機(jī)對通用集成電路測試系統(tǒng)行業(yè)的消極影響
3、全球經(jīng)濟(jì)危機(jī)對上下游產(chǎn)業(yè)的消極影響
4、中國擴(kuò)大內(nèi)需保增長的政策解析
5、行業(yè)未來運(yùn)行環(huán)境總述
第二節(jié)產(chǎn)業(yè)市場基本特征(定義分類或產(chǎn)業(yè)市場特點(diǎn)、發(fā)展歷程、市場重要動態(tài)……)
一、市場界定及主要產(chǎn)品
二、市場在國民經(jīng)濟(jì)中的地位
三、市場特性分析
四、市場發(fā)展歷程
五、國內(nèi)市場的重要動態(tài)
第三節(jié)產(chǎn)業(yè)市場發(fā)展情況(現(xiàn)狀、趨勢、市場重要動態(tài)……)
一、市場國際現(xiàn)狀分析
二、市場主要國家情況
三、市場國際發(fā)展趨勢分析
四、國際市場的重要動態(tài)
第二章2009年我國通用集成電路測試系統(tǒng)產(chǎn)業(yè)市場經(jīng)濟(jì)運(yùn)行情況
第一節(jié)2009年我國產(chǎn)業(yè)市場發(fā)展基本情況(現(xiàn)狀、技術(shù)、產(chǎn)業(yè)市場運(yùn)行特點(diǎn)……)
一、市場發(fā)展現(xiàn)狀分析
二、市場特點(diǎn)分析
三、市場技術(shù)發(fā)展?fàn)顩r
第二節(jié)我國本產(chǎn)業(yè)市場存在問題及發(fā)展限制(主要問題與發(fā)展受限、基本應(yīng)對的策略……)
第三節(jié)市場上、下游產(chǎn)業(yè)發(fā)展情況(上、下游產(chǎn)業(yè)對本產(chǎn)業(yè)市場的影響)
一、市場上游產(chǎn)業(yè)
二、市場下游產(chǎn)業(yè)
第四節(jié)2006年-2009年產(chǎn)業(yè)市場企業(yè)數(shù)量分析(近年內(nèi)企業(yè)數(shù)量的變化情況以及各類型企業(yè)的數(shù)量變化……)
一、2006-2009年企業(yè)及虧損企業(yè)數(shù)量
二、不同規(guī)模企業(yè)數(shù)量
三、不同所有制企業(yè)數(shù)量分析
第五節(jié)2006年-2009年從業(yè)人數(shù)分析(近年內(nèi)從業(yè)人員的變化情況以及各類型企業(yè)的數(shù)量變化……)
一、不同規(guī)模企業(yè)從業(yè)人員分析
二、不同所有制企業(yè)比較
第六節(jié)本產(chǎn)業(yè)市場進(jìn)出口狀況分析(本產(chǎn)業(yè)市場內(nèi)主要產(chǎn)品進(jìn)出口情況)
第三章2009年我國通用集成電路測試系統(tǒng)產(chǎn)業(yè)市場生產(chǎn)狀況分析
第一節(jié)2006年-2009年市場工業(yè)總產(chǎn)值分析
一、2006-2009年市場工業(yè)總產(chǎn)值分析
二、不同規(guī)模企業(yè)工業(yè)總產(chǎn)值分析
三、不同所有制企業(yè)工業(yè)總產(chǎn)值比較
四、2009年工業(yè)總產(chǎn)值地區(qū)分布
五、2009年總產(chǎn)值前20位企業(yè)對比
第二節(jié)2006年-2009年市場產(chǎn)成品分析(產(chǎn)成品、產(chǎn)成品區(qū)域市場)
一、2006-2009年產(chǎn)業(yè)市場產(chǎn)成品分析
二、不同規(guī)模企業(yè)產(chǎn)成品分析
三、不同所有制企業(yè)產(chǎn)成品比較
四、2009年產(chǎn)業(yè)市場產(chǎn)成品地區(qū)分布
第三節(jié)2006年-2009年本產(chǎn)業(yè)市場產(chǎn)成品資金占用率分析
第四章2009年我國通用集成電路測試系統(tǒng)產(chǎn)業(yè)市場銷售狀況分析
第一節(jié)2006年-2009年市場銷售收入分析(產(chǎn)品銷售收入、不同規(guī)模的企業(yè)銷售收入、不同企業(yè)類型的銷售收入)
一、2006-2009年產(chǎn)業(yè)市場總銷售收入分析
二、不同規(guī)模企業(yè)總銷售收入分析
三、不同所有制企業(yè)總銷售收入比較
第二節(jié)2009年本產(chǎn)業(yè)市場產(chǎn)品銷售集中度分析
一、按企業(yè)分析
二、按地區(qū)分析
第三節(jié)2006年-2009年本產(chǎn)業(yè)市場銷售稅金分析
一、2006-2009年產(chǎn)業(yè)市場銷售稅金分析
二、不同規(guī)模企業(yè)銷售稅金分析
三、不同所有制企業(yè)銷售稅金比較
第五章2009年我國通用集成電路測試系統(tǒng)產(chǎn)業(yè)市場成本費(fèi)用分析(銷售成本、銷售費(fèi)用、管理費(fèi)用、財(cái)務(wù)費(fèi)用、成本費(fèi)用利潤率……)
第一節(jié)2006-2009年市場產(chǎn)品銷售成本分析
一、2006-2009年產(chǎn)業(yè)市場銷售成本總額分析
二、不同規(guī)模企業(yè)銷售成本比較分析
三、不同所有制企業(yè)銷售成本比較分析
第二節(jié)2006-2009年市場銷售費(fèi)用分析
一、2006-2009年產(chǎn)業(yè)市場銷售費(fèi)用總額分析
二、不同規(guī)模企業(yè)銷售費(fèi)用比較分析
三、不同所有制企業(yè)銷售費(fèi)用比較分析
第三節(jié)2006-2009年市場管理費(fèi)用分析
一、2006-2009年產(chǎn)業(yè)市場管理費(fèi)用總額分析
二、不同規(guī)模企業(yè)管理費(fèi)用比較分析
三、不同所有制企業(yè)管理費(fèi)用比較分析
第四節(jié)2006-2009年市場財(cái)務(wù)費(fèi)用分析
一、2006-2009年產(chǎn)業(yè)市場財(cái)務(wù)費(fèi)用總額分析
二、不同規(guī)模企業(yè)財(cái)務(wù)費(fèi)用比較分析
三、不同所有制企業(yè)財(cái)務(wù)費(fèi)用比較分析
第五節(jié)2006-2009年市場成本費(fèi)用利潤率分析
第六章2009年我國通用集成電路測試系統(tǒng)產(chǎn)業(yè)市場資產(chǎn)負(fù)債狀況分析(總資產(chǎn)、固定資產(chǎn)、總負(fù)債、流動資產(chǎn)、應(yīng)收賬款、資產(chǎn)負(fù)債率……)
第一節(jié)2006-2009年市場總資產(chǎn)狀況分析
一、2006-2009年產(chǎn)業(yè)市場總資產(chǎn)分析
二、不同規(guī)模企業(yè)資產(chǎn)規(guī)模比較分析
三、不同所有制企業(yè)總資產(chǎn)比較分析
四、總資產(chǎn)規(guī)模前20位企業(yè)對比
第二節(jié)2006-2009年市場固定資產(chǎn)狀況分析
一、2006-2009年產(chǎn)業(yè)市場固定資產(chǎn)凈值分析
二、不同規(guī)模企業(yè)固定資產(chǎn)凈值分析
三、不同所有制企業(yè)固定資產(chǎn)凈值分析
第三節(jié)2006-2009年市場總負(fù)債狀況分析
一、2006-2009年產(chǎn)業(yè)市場總負(fù)債分析
二、不同規(guī)模企業(yè)負(fù)債規(guī)模比較分析
三、不同所有制企業(yè)總負(fù)債比較分析
第四節(jié)2006-2009年市場流動資產(chǎn)總額分析
一、2006-2009年產(chǎn)業(yè)市場流動資產(chǎn)總額分析
二、不同規(guī)模企業(yè)流動資產(chǎn)周轉(zhuǎn)總額比較分析
三、不同所有制企業(yè)流動資產(chǎn)周轉(zhuǎn)總額比較分析
第五節(jié)2006-2009年市場應(yīng)收賬款總額分析
一、2006-2009年產(chǎn)業(yè)市場應(yīng)收賬款總額分析
二、不同規(guī)模企業(yè)應(yīng)收賬款總額比較分析
三、不同所有制企業(yè)應(yīng)收賬款總額比較分析
第六節(jié)2006-2009年市場資產(chǎn)負(fù)債率分析
第七節(jié)2006-2009年市場周轉(zhuǎn)情況分析
一、2006-2009年總資產(chǎn)周轉(zhuǎn)率分析
二、2006-2009年流動資產(chǎn)周轉(zhuǎn)率分析
三、2006-2009年應(yīng)收賬款周轉(zhuǎn)率分析
四、2006-2009年流動資產(chǎn)周轉(zhuǎn)次數(shù)
第八節(jié)2006-2009年市場資本保值增值率分析
第七章2009年我國通用集成電路測試系統(tǒng)產(chǎn)業(yè)市場盈利能力分析(利潤總額、銷售毛利率、總資產(chǎn)利潤率、凈資產(chǎn)利潤率……)
第一節(jié)2006-2009年市場利潤總額分析
一、2006-2009年產(chǎn)業(yè)市場利潤總額分析
二、不同規(guī)模企業(yè)利潤總額比較分析
三、不同所有制企業(yè)利潤總額比較分析
第二節(jié)2006-2009年銷售毛利率分析
第三節(jié)2006-2009年銷售利潤率分析
第四節(jié)2006-2009年總資產(chǎn)利潤率分析
第五節(jié)2006-2009年凈資產(chǎn)利潤率分析
第六節(jié)2006-2009年產(chǎn)值利稅率分析
第八章2009年我國通用集成電路測試系統(tǒng)產(chǎn)業(yè)市場經(jīng)濟(jì)運(yùn)行最好水平分析(資本保值增值率、資產(chǎn)負(fù)債率、產(chǎn)值利稅率、資金利潤率……)
第一節(jié)2006-2009年資本保值增值率最好水平
第二節(jié)2006-2009年資產(chǎn)負(fù)債率最好水平
第三節(jié)2006-2009年產(chǎn)值利稅率最好水平
第四節(jié)2006-2009年資金利潤率最好水平
第五節(jié)2006-2009年流動資產(chǎn)周轉(zhuǎn)次數(shù)最好水平
第六節(jié)2006-2009年成本費(fèi)用利潤率最好水平
第七節(jié)2006-2009年人均銷售率最好水平
第八節(jié)2006-2009年產(chǎn)成品資金占用率最好水平
第九章2009年我國通用集成電路測試系統(tǒng)產(chǎn)業(yè)市場重點(diǎn)企業(yè)競爭狀況分析(產(chǎn)業(yè)市場按銷售收入前10企業(yè))
第一節(jié)2009年企業(yè)地區(qū)分布
第二節(jié)銷售收入前10名企業(yè)競爭狀況分析
一、企業(yè)基本情況
(法人單位名稱、法定代表人、省、主要業(yè)務(wù)活動、從業(yè)人員合計(jì)、全年?duì)I業(yè)收入、資產(chǎn)總計(jì)、工業(yè)總產(chǎn)值、工業(yè)銷售產(chǎn)值、出貨值、工業(yè)增加值、產(chǎn)成品)
二、企業(yè)資產(chǎn)負(fù)債分析
(企業(yè)資產(chǎn)、固定資產(chǎn)、流動資產(chǎn)合計(jì)、流動資產(chǎn)年平均余額、負(fù)債合計(jì)、流動負(fù)債合計(jì)、長期負(fù)債合計(jì)、應(yīng)收帳款)
三、企業(yè)經(jīng)營費(fèi)用分析
(營業(yè)費(fèi)用、管理費(fèi)用、其中:稅金、財(cái)務(wù)費(fèi)用、利稅總額)
四、企業(yè)收入及利潤分析
(主營業(yè)務(wù)收入、主營業(yè)務(wù)成本、主營業(yè)務(wù)稅金及附加、其他業(yè)務(wù)收入、其他業(yè)務(wù)利潤、營業(yè)利潤、利潤總額)
五、企業(yè)營業(yè)外支出分析
(廣告費(fèi)、研究開發(fā)費(fèi)、勞動、失業(yè)保險費(fèi)、養(yǎng)老保險和醫(yī)療保險費(fèi)、住房公積金和住房補(bǔ)貼、應(yīng)付工資總額、應(yīng)付福利費(fèi)總額、應(yīng)交增值稅、進(jìn)項(xiàng)稅額、銷項(xiàng)稅額)
六、企業(yè)工業(yè)中間投入及現(xiàn)金流分析
(工業(yè)中間投入合計(jì)、直接材料投入、加工費(fèi)用中的中間投入、管理費(fèi)用中的中間投入、營業(yè)費(fèi)用中的中間投入、經(jīng)營活動產(chǎn)生的現(xiàn)金流入、流出、投資活動產(chǎn)生的現(xiàn)金流入、流出、籌資活動產(chǎn)生的現(xiàn)金流入、流出)
第十章2009年我國通用集成電路測試系統(tǒng)產(chǎn)業(yè)市場營銷及投資分析
第一節(jié)本產(chǎn)業(yè)市場營銷策略分析及建議
一、產(chǎn)業(yè)市場營銷策略分析
二、企業(yè)營銷策略發(fā)展及建議
第二節(jié)本產(chǎn)業(yè)市場投資環(huán)境分析及建議
一、投資環(huán)境分析
二、投資風(fēng)險分析
三、投資發(fā)展建議
第三節(jié)本產(chǎn)業(yè)市場企業(yè)經(jīng)營發(fā)展分析及建議
一、產(chǎn)業(yè)市場企業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀及存在問題
二、產(chǎn)業(yè)市場企業(yè)應(yīng)對策略
第十一章2010-2013年我國通用集成電路測試系統(tǒng)產(chǎn)業(yè)市場發(fā)展趨勢分析
第一節(jié)未來本產(chǎn)業(yè)市場發(fā)展趨勢分析(產(chǎn)業(yè)市場發(fā)展趨勢、技術(shù)發(fā)展趨勢、市場發(fā)展趨勢……)
一、未來發(fā)展分析
二、未來技術(shù)開發(fā)方向
三、總體產(chǎn)業(yè)市場“十一五”整體規(guī)劃及預(yù)測
第二節(jié)2010-2013年本產(chǎn)業(yè)市場運(yùn)行狀況預(yù)測(工業(yè)總產(chǎn)值、銷售收入、利潤總額、總資產(chǎn))
一、2010-2013年工業(yè)總產(chǎn)值預(yù)測
二、2010-2013年銷售收入預(yù)測
粗粗略讀一過,文章總結(jié)了我國IC產(chǎn)業(yè)的進(jìn)步,擺出了存在的問題,提出了相應(yīng)對策,實(shí)事求是,識見不凡,總歸企望好夢成圓。筆者畢生混跡電子產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域,終身期盼電子工業(yè)能在“電子化工業(yè)化兩化并舉”政策的指引下,電子工業(yè)真正成為中國國民經(jīng)濟(jì)中的主導(dǎo)產(chǎn)業(yè)和第一產(chǎn)業(yè)。集成電路和平板顯示是電子工業(yè)的基礎(chǔ),如果將平板顯示比作人的“臉面”的話,那IC則是人的“心臟”,發(fā)展至今,平板顯示業(yè)后起先熟,市場逐漸退燒,已屆低迷前進(jìn),風(fēng)光難再的地步。而IC起步雖早,卻依然在開拓前進(jìn),IC業(yè)尚有發(fā)展空間,不可等閑視之,更加拒絕等待。首先,世界IC業(yè)規(guī)模相對較大,目前市場在3000億美元左右,而平板顯示市場約為千億美元,兩者相差3倍之多,輕重未可倒置。摩爾定律走到盡頭的呼聲不絕于耳,走到頭也是必然趨勢,早晚總要來的,但晶圓尺寸仍將增大,盡管300mm晶圓問世已10有余年,450mm晶圓卻姍姍來遲,同時,加工工藝微細(xì)化也一直沒有停下腳步,近年將從28nm、20nm繼續(xù)邁向14nm、10nm,7nm??何處是盡頭? 有說1nm的,更有說0.1nm的,走著瞧吧!
IC的重要性猶如日月光華,伴我雄心,可說是一國經(jīng)濟(jì)成敗榮衰的定盤星和勝負(fù)手?!督鹑跁r報》近期正連載《50 Ideas》系列文章,其中7月9日有篇《微型芯片》說:微型芯片又叫集成電路,自20世紀(jì)后半葉以來已成為科學(xué)技術(shù)進(jìn)步的基石。自1958年問世后,芯片幫助推動了空間發(fā)射任務(wù)、企業(yè)現(xiàn)代化以及世界貿(mào)易革命。通過不斷的微型化,芯片已把昔日需占有一個很大房間的電子管大型計(jì)算機(jī)的計(jì)算能力,凝縮到一手之握的智能手機(jī)中。1971年,英特爾生產(chǎn)的第一塊微處理器集成了2250個晶體管;如今,它采用22nm工藝生產(chǎn)的芯片,在一個句號大小的面積里可容下600萬個晶體管,42年增長了近2700倍。
微型芯片為商業(yè)帶來的益處是實(shí)實(shí)在在和顯而易見的。它們是個人電腦、平板電腦以及智能手機(jī)的引擎,而這些設(shè)備已成為企業(yè)雇員的主要工具。它們還是服務(wù)器的核心,而服務(wù)器則支撐著互聯(lián)網(wǎng)、存儲著我們的數(shù)據(jù)、執(zhí)行著電子商務(wù)交易。日趨強(qiáng)大的計(jì)算能力使得企業(yè)更有可能完成各種任務(wù),比如預(yù)測天氣模式,發(fā)現(xiàn)能源,開發(fā)更有效的藥物、分析其銷售情況和顧客行為,在“大數(shù)據(jù)”中尋找線索,促進(jìn)未來的成功。在半個世紀(jì)多一點(diǎn)的時間里,微型芯片已成為商業(yè)世界的核心。
彼以今日的觀念,剖析了半個多世紀(jì)前入市的集成電路(IC),IC并未時過境遷而成明日黃花,而是與時俱進(jìn),歷久彌新,技術(shù)迅速發(fā)展,應(yīng)用日益廣泛,重要性不斷增強(qiáng),“成為科學(xué)技術(shù)進(jìn)步的基石”,“商業(yè)世界的核心”,今日人人工作時不可或缺的工具,生活的重要助手,信息存取的淵源,明天新科技開發(fā)的手段。它的重要性怎么強(qiáng)調(diào)也不致過分,我人豈可等閑視之?
中國IC起步不晚,美國1961年開始生產(chǎn),日本1966年,中國1968年,韓國1977年,我們僅比日本晚2年,比韓國還早了9年。參考有關(guān)資料進(jìn)行估計(jì),到2011 年,美國半導(dǎo)體產(chǎn)值約540億美元,韓國430億美元,日本近400億美元,分列世界前三位,中國僅約89億美元,不顯生機(jī),經(jīng)過40多年的發(fā)展,生產(chǎn)規(guī)模被拉大到5倍左右。又據(jù)2012年海關(guān)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù),我國IC進(jìn)口金額為1920.6億美元,同比增長12.8%,與當(dāng)年我國原油的進(jìn)口金額(2206.7億美元)大體相當(dāng),歸為最大進(jìn)口產(chǎn)品之列。與此同時,中國家電、手機(jī)、電腦、汽車等整機(jī)企業(yè)所需的核心芯片80%以上不得不依賴進(jìn)口。技術(shù)層面差距也很明顯,國際先進(jìn)工藝已經(jīng)達(dá)到2xnm層級,正向著1xnm演進(jìn),而中國目前實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)的工藝技術(shù)仍是40nm,相差至少2代。綜上觀察分析,事實(shí)無情地說明,我國IC產(chǎn)業(yè)與國際相比較是全方位地大大落后,不但沒有跟上時代闊步向前的堅(jiān)實(shí)步伐,而是在慢條斯理,不著不急地緩慢前行。
美國市調(diào)公司IC Insights 7月發(fā)表了一份250頁的報告――《Mid-Year Update to the 2013 McClean Report》,專門討論分析了中國IC的市場和生產(chǎn),該報告指出,自2005年起中國已是世界最大的IC市場,但展望中國的IC生產(chǎn)既不能馬上跟上市場,且恐將永續(xù)落后。如圖1所示,2012年中國的IC生產(chǎn)計(jì)89億美元,僅占當(dāng)年市場810億美元的11%,預(yù)期到2017年也就略略增長到14%多一點(diǎn)。
而且,中國IC的生產(chǎn)大多還掌握在外國公司之手,表1告訴我們中國10大IC生產(chǎn)公司中美國Intel和韓國Hynix分別占l、2位,合計(jì)產(chǎn)值占中國全部生產(chǎn)的53%,超過一半,預(yù)估今后幾年內(nèi)還將迅速成長。特別值得一提的還有三星公司,它將總投入70億美元資金,在西安建設(shè)300mm生產(chǎn)線,采用10~19nm工藝生產(chǎn)NAND閃存,影響更為深遠(yuǎn)。而中國IC生產(chǎn)在世界IC市場上則很不起眼,2012年僅占3.5%,到2017年才5.6%,既便加上若干未入統(tǒng)計(jì)的代工收入,2017年至多也到不了10%,可見中國IC生產(chǎn)的尷尬處境,真正難以為情,情何以堪,它的生產(chǎn)規(guī)模與中國龐大的電子市場、IC的殷切需求極不相稱。
可以說筆者是世界IC產(chǎn)業(yè)演繹幾十年的旁觀者,內(nèi)外參照,撫今追昔,不禁感慨系之!我國IC下手不晚,惜乎認(rèn)識有差,屢失良機(jī),眼看著周邊日、韓、中國臺灣(地區(qū))相繼崛起,稱雄世界,我國縱有一定進(jìn)步,然發(fā)展遲緩,導(dǎo)致IC市場君臨天下,而進(jìn)口雄踞首位,生產(chǎn)不敷應(yīng)用,與市場極不相稱。展望未來,世界電子工業(yè)、IC產(chǎn)業(yè)依然將繼續(xù)成長,前景樂觀,我們真應(yīng)即時扭轉(zhuǎn)認(rèn)識,立馬奮發(fā)圖強(qiáng),加速跟進(jìn),跳躍發(fā)展,追夢中國集成電路,振興中華庶可實(shí)現(xiàn)。
【關(guān)鍵詞】:微電子集成電路納米電子
中圖分類號: TN4 文獻(xiàn)標(biāo)識碼: A
隨著科技的迅猛發(fā)展,信息技術(shù),電子技術(shù),自動化技術(shù)及計(jì)算機(jī)技術(shù)日漸融合,成為當(dāng)今社會科技領(lǐng)域的重要支柱技術(shù),任何領(lǐng)域的研發(fā)工作都與這些技術(shù)緊密聯(lián)系,而他們的相互交叉,相互滲透,也越來越密切。
微電子技術(shù)是現(xiàn)代電子信息技術(shù)的直接基礎(chǔ),它的發(fā)展有力推動了通信技術(shù),計(jì)算機(jī)技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的迅速發(fā)展,成為衡量一個國家科技進(jìn)步的重要標(biāo)志。美國貝爾研究所的三位科學(xué)家因研制成功第一個結(jié)晶體三極管,獲得1956年諾貝爾物理學(xué)獎。晶體管成為集成電路技術(shù)發(fā)展的基礎(chǔ),現(xiàn)代微電子技術(shù)就是建立在以集成電路為核心的各種半導(dǎo)體器件基礎(chǔ)上的高新電子技術(shù)。集成電路的生產(chǎn)始于1959年,其特點(diǎn)是體積小、重量輕、可靠性高、工作速度快。衡量微電子技術(shù)進(jìn)步的標(biāo)志要在三個方面:一是縮小芯片中器件結(jié)構(gòu)的尺寸,即縮小加工線條的寬度;二是增加芯片中所包含的元器件的數(shù)量,即擴(kuò)大集成規(guī)模;三是開拓有針對性的設(shè)計(jì)應(yīng)用。
大規(guī)模集成電路指每一單晶硅片上可以集成制作一千個以上的元器件。集成度在一萬至十萬以上元器件的為超大規(guī)模集成電路。國際上80年代大規(guī)模和超大規(guī)模集成電路光刻標(biāo)準(zhǔn)線條寬度為0.7一0.8微米,集成度為108 。90年代的標(biāo)準(zhǔn)線條寬度為0.3一0.5微米,集成度為109。集成電路有專用電路(如鐘表、照相機(jī)、洗衣機(jī)等電路)和通用電路。通用電路中最典型的是存貯器和處理器,應(yīng)用極為廣泛。計(jì)算機(jī)的換代就取決于這兩項(xiàng)集成電路的集成規(guī)模。
存貯器是具有信息存貯能力的器件。隨著集成電路的發(fā)展,半導(dǎo)體存貯器已大范圍地取代過去使用的磁性存貯器,成為計(jì)算機(jī)進(jìn)行數(shù)字運(yùn)算和信息處理過程中的信息存貯器件。存貯器的大小(或稱容量)常以字節(jié)為單位,字節(jié)則以大寫字母B表示,存貯器芯片的集成度已以百萬位(MB)為單位。目前,實(shí)驗(yàn)室已做出8MB的動態(tài)存貯器芯片。一個漢字占用2個字節(jié),也就是說,400萬漢字可以放入指甲大小的一塊硅片上。動態(tài)存貯器的集成度以每3年翻兩番的速度發(fā)展。
中央處理器(CPU)是集成電路技術(shù)的另一重要方面,其主要功能是執(zhí)行“指令”進(jìn)行運(yùn)算或數(shù)據(jù)處理?,F(xiàn)代計(jì)算機(jī)的CPU通常由數(shù)十萬到數(shù)百萬晶體管組成。70年代,隨著微電子技術(shù)的發(fā)展,促使一個完整的CPU可以制作在一塊指甲大小的硅片上。度量CPU性能最重要的指標(biāo)是“速度”,即看它每秒鐘能執(zhí)行多少條指令。60年代初,最快的CPU每秒能執(zhí)行100萬條指令(??s寫成MIPS)。1991年,高檔微處理器的速度已達(dá)5000萬一8000萬次。現(xiàn)在繼續(xù)提高CPU速度的精簡指令系統(tǒng)技術(shù)(即將復(fù)雜指令精減、減少)以及并行運(yùn)算技術(shù)(同時并行地執(zhí)行若干指令)正在發(fā)展中。在這個領(lǐng)域,美國硅谷的英特爾公司一直處于領(lǐng)先地位。此外,光學(xué)與電子學(xué)的結(jié)合,成為光電子技術(shù),被稱為尖端中的尖端,為微電子技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展找到了新的出路。美國《時代》雜志預(yù)測:“21世紀(jì)將成為光電子時代?!逼渲饕I(lǐng)有激光技術(shù)、紅外技術(shù)、光纖通信技術(shù)等。
微電子學(xué)給人類帶來了半個世紀(jì)的繁榮。目前國際上集成電路生產(chǎn)線已普遍采用8圓片,0.35um工藝。我國 集成電路集成電路的大生產(chǎn)水平發(fā)展也很快。1995年已經(jīng)達(dá)到了6'1.2um的水平,IC產(chǎn)量到2000年可望達(dá)到年產(chǎn)10億塊。1995年4月,中科院微電子中心已開發(fā)出0.8um的CMOS工藝,在5.0×5.7mm 面積上集成了26000只晶體管、輸出管腳數(shù)為72,制成了通用的模糊控制集成塊。
在此,我們重點(diǎn)是討論集成電路芯片加工過程中的一些關(guān)鍵手藝。
集成電路基本工藝包括基片外延生長、掩模制造、曝光技術(shù)、刻蝕、氧化、擴(kuò)散、離子注入、多晶硅淀積、金屬層形成。
關(guān)鍵詞:外延、掩膜、光刻、刻蝕、氧化、擴(kuò)散、離子注入、淀積、金屬層
集成電路芯片加工工藝,雖然在進(jìn)行IC設(shè)計(jì)時不需要直接參與集成電路的工藝流程,了解工藝的每一個細(xì)節(jié),但了解IC制造工藝的基本原理和過程,對IC設(shè)計(jì)是大有幫助的。
集成電路基本工藝包括基片外延生長掩模制造、曝光技術(shù)、刻蝕、氧化、擴(kuò)散、離子注入、多晶硅淀積、金屬層形成。
下面我們分別對這些關(guān)鍵工藝做一些簡單的介紹。
一、外延工藝
外延工藝是60年代初發(fā)展起來的一種非常重要的技術(shù),盡管有些器件和IC可以直接做在未外延的基片上,但是未經(jīng)過外延生長的基片通常不具有制作期間和電路所需的性能。外延生長的目的是用同質(zhì)材料形成具有不同摻雜種類及濃度而具有不同性能的晶體層。常用的外延技術(shù)主要包括氣相、液相金屬有機(jī)物氣相和分子束外延等。其中,氣相外延層是利用硅的氣態(tài)化合物或液態(tài)化合物的蒸汽在襯底表面進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)生成單晶硅,即CUD單晶硅;液相外延則是由液相直接在襯底表面生長外延層的方法;金屬有機(jī)物氣相外延則是針對ⅢⅤ族材料,將所需要生長的ⅢⅤ族元素的源材料以氣體混合物的形式進(jìn)入反應(yīng)器中加熱的生長區(qū),在那里進(jìn)行熱分解與沉淀反映,而分子束外延則是在超高真空條件下,由一種或幾種原子或分子束蒸發(fā)到襯底表面形成外延層的方法。
二、掩模板的制造
掩模板可分成整版及單片版兩種,整版按統(tǒng)一的放大率印制,因此稱為1×掩模,在一次曝光中,對應(yīng)著一個芯片陳列的所有電路的圖形都被映射到基片的光刻膠上。單片版通常八九、實(shí)際電路放大5或10倍,故稱作5×或10×掩模,其圖案僅對應(yīng)著基片上芯片陳列中的單元。
早期掩模制作的方法:①首先進(jìn)行初縮,把版圖分層畫在紙上,用照相機(jī)拍照,而后縮小為原來的10%~%20的精細(xì)底片;②將初縮版裝入步進(jìn)重復(fù)照相機(jī),進(jìn)一步縮小,一步一幅印到鉻片上,形成一個陣列。
制作掩模常用的方法還包括:圖案發(fā)生器方法、x射線制版、電子束掃描法。
其中x射線、電子束掃描都可以用來制作分辨率較高的掩模版。
三、光刻技術(shù)
光刻是集成電路工藝中的一種重要加工技術(shù),在光刻過程中用到的主要材料為光刻膠。光刻膠又稱為光致抗蝕劑,有正膠、負(fù)膠之分。其中,正膠曝光前不溶而曝光后可溶,負(fù)膠曝光前可溶而曝光后不可溶。
光刻的步驟:①晶圓涂光刻膠;②曝光;③顯影;④烘干
常見的光刻方法:①接觸式光刻;②接近式光刻;③投影式光刻
其中,接觸式光刻可得到比較高的分辨率,但容易損傷掩模版和光刻膠膜;接近式光刻,則大大減少了對掩模版的損傷,但分辨率降低;投影式光刻,減少掩模版的磨損也有效提高光刻的分辨率。
四、刻蝕技術(shù)
經(jīng)過光刻后在光刻膠上得到的圖形并不是器件的最終組成部分,光刻只是在光刻膠上形成臨時圖形,為了得到集成電路真正需要的圖形,必須將光刻膠上的圖形轉(zhuǎn)移到硅膠上,完成這種圖形轉(zhuǎn)換的方法之一就是將未被光刻膠掩蔽的部分通過選擇性腐蝕去掉。
常用的刻蝕方法有:濕法腐蝕、干法腐蝕。
濕法腐蝕:首先要用適當(dāng)?shù)娜芤航櫩涛g面,溶液中包含有可以分解表面薄層的反應(yīng)物,其主要優(yōu)點(diǎn)是選擇性好、重復(fù)性好、生產(chǎn)效率高、設(shè)備簡單、成本低。存在的問題有鉆蝕嚴(yán)重、對圖形的控制性較差、被分解的材料在反應(yīng)區(qū)不能有效清除。
干法刻蝕:使用等離子體對薄膜線條進(jìn)行刻蝕的一種新技術(shù),按反應(yīng)機(jī)理可分為等離子刻蝕、反應(yīng)離子刻蝕、磁增強(qiáng)反應(yīng)例子刻蝕和高密度等離子刻蝕等類型,是大規(guī)模和超大規(guī)模集成電路工藝中不可缺少的工藝設(shè)備。干法刻蝕具有良好的方向性。
五、氧化
在集成電路工藝中常用的制備氧化層的方法有:①干氧氧化;②水蒸氣氧化;③濕氧氧化。
干氧氧化:高溫下氧與硅反應(yīng)生成sio2的氧化方法;
水蒸氣氧化:高溫下水蒸氣與硅發(fā)生反應(yīng)的氧化方法;
濕氧氧化:氧化首先通過盛有95%c左右去離子睡的石英瓶,將水汽帶入氧化爐內(nèi),再在高溫下與硅反映的氧化方法。
影響硅表面氧化速率的三個關(guān)鍵因素:溫度、氧化劑的有效性、硅層的表面勢。
六、擴(kuò)散與離子注入
擴(kuò)散工藝通常包括兩個步驟:即在恒定表面濃度條件下的預(yù)淀積和在雜志總量不變的情況下的再分布。預(yù)淀積只是將一定數(shù)量的雜質(zhì)引入硅晶片表面,而最終的結(jié)深和雜質(zhì)分布則由再分布過程決定。
常見的擴(kuò)散方法主要有固態(tài)源擴(kuò)散和氣態(tài)源擴(kuò)散等。
離子注入是將具有很高能量的帶點(diǎn)雜質(zhì)離子射入半導(dǎo)體襯底中的摻雜技術(shù),它的摻雜深度由注入雜質(zhì)離子的能量、雜質(zhì)離子的質(zhì)量決定,摻雜濃度由注入雜質(zhì)離子的劑量決定。高能離子射入靶后,不斷與襯底中的原子以及核外電子碰撞,能量逐步損失,最后停止下來。
離子注入法于20世紀(jì)50年代開始研究,20世紀(jì)70年代進(jìn)入工業(yè)應(yīng)用階段。隨著VLSI超精細(xì)加工技術(shù)的發(fā)展,現(xiàn)已成為各種半導(dǎo)體摻雜和注入隔離的主流技術(shù)。在離子注入后,由于會在襯底中形成損傷,而且大部分注入的離子又不是以替位的形式位于晶格上,為了激活注入到襯底中的雜質(zhì)離子,并消除半導(dǎo)體襯底中的損傷,需要對離子注入后的硅片進(jìn)行退火。
退火,也叫熱處理,作用是消除材料中的應(yīng)力或改變材料中的組織結(jié)構(gòu),以達(dá)到改善機(jī)械強(qiáng)度或硬度的目的。
七、淀積
器件的制造需要各種材料的淀積,這些材料包括多晶硅、隔離互連層的絕緣材料和作為互連的金屬層。
在厚絕緣層上生長多晶硅的一個常用方法是“化學(xué)氣相淀積”(CVD),這種方法是將晶片放到一個充滿某種氣體的擴(kuò)散爐中,通過氣體的化學(xué)反應(yīng)生成所需要的材料。
以上簡單介紹了集成電路的基本工藝,當(dāng)然,這些只是關(guān)鍵的幾個工藝,集成電路的工藝還有很多,在這里就不一一說明了。
參考文獻(xiàn):
[1] 李冰,集成電路CAD與實(shí)踐,電子工業(yè)出版社
[2] 王志功、陳瑩梅,集成電路設(shè)計(jì)(第二版),電子工業(yè)出版社
[3] 張興、黃如、劉曉彥,微電子學(xué)概論(第二版),北京大學(xué)出版社