IC半導(dǎo)體的基礎(chǔ)知識(一)

一、物理基礎(chǔ)    所有物質(zhì)按照導(dǎo)電能力的差別可分為導(dǎo)體、半導(dǎo)體和絕緣體三類。芯片規(guī)格，也就像功能列表一樣，是客戶向芯片設(shè)計公司提出的設(shè)計要求，包括芯片需要達(dá)到的具體功能和性能方面的要求。半導(dǎo)體材料的導(dǎo)電性能介于導(dǎo)體和絕緣體之間?；蛘哒f，半導(dǎo)體是介于導(dǎo)體和絕緣體之間的物質(zhì)。常用的半導(dǎo)體材料有：元素半導(dǎo)體硅(Si)和鍺(Ge)、化合物半導(dǎo)體(GaAs)等。導(dǎo)體的電阻率在10-4Ω?cm以下，如銅的電阻率為1.67×10-6 Ω?cm，絕緣體的電阻率在1010 Ω?cm以上，半導(dǎo)體的電阻率在10-3Ω?cm～109Ω?cm之間，與導(dǎo)體的電阻率相比較，半導(dǎo)體的電阻率有以下特點。

1.對溫度反映靈敏

導(dǎo)體的電阻率隨溫度的升高略有升高，如銅的電阻率僅增加0.4%左右，但半導(dǎo)體的電阻率則隨溫度的上升而急劇下降，如純鍺，溫度從20℃上升到30℃時，電阻率降低一半左右。

2.雜質(zhì)的影響顯著

金屬中含有少量雜質(zhì)其電阻率不會發(fā)生顯著變化，但是，極微量的雜質(zhì)摻在半導(dǎo)體中，會引起電阻率的極大變化。如在純硅中加入百萬分之一的硼，就可以使硅的電阻率從2.3×105 Ω?cm急劇減少到0.4 Ω?cm左右。

3.光照可以改變電阻率

例如，有些半導(dǎo)體(如)受到光照時，其導(dǎo)電能力會變得很強；當(dāng)無光照時，又變得像絕緣體那樣不導(dǎo)電，利用這種特性可以制成光敏元件。而金屬的電阻率則不受光照的影響。

溫度、雜質(zhì)、光照對半導(dǎo)體電阻率的上述控制作用是制作各種半導(dǎo)體器件的物理基礎(chǔ)。

IC半導(dǎo)體的基礎(chǔ)知識(二)

本征半導(dǎo)體    完全純凈的、具有完整晶體結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體，稱為本征半導(dǎo)體。

硅或鍺是四價元素，其外層電子軌道上有四個價電子。ⅠⅡⅢRegion(I)被稱為早夭期（Infancyperiod）這個階段產(chǎn)品的failurerate快速下降，造成失效的原因在于IC設(shè)計和生產(chǎn)過程中的缺陷。在本征半導(dǎo)體的晶體結(jié)構(gòu)中，相鄰兩個原子的價電子相互共有，即每個原子的四個價電子既受自身原子核的束縛，又為相鄰的四個原子所共有；每兩個相鄰原子之間都共有一對價電子。這種組合方式稱為共價鍵結(jié)構(gòu)，圖5-1為單晶硅共價鍵結(jié)構(gòu)的平面示意圖。

在共價鍵結(jié)構(gòu)中，每個原子的外層雖然具有八個電子而處于較為穩(wěn)定的狀態(tài)，但是共價鍵中的價電子并不像絕緣體中的電子被束縛得那樣緊，在室溫下，有數(shù)價電子由于熱運動能獲得足夠的能量而脫離共價鍵束縛成為自由電子。

當(dāng)一部分價電子掙脫共價鍵的束縛而成為自由電子后，共價鍵中就留下相應(yīng)的空位，這個空位被稱為空穴。原子因失去一個價電子而帶正電，也可以說空穴帶正電。在本征半導(dǎo)體中，電子與空穴總是成對出現(xiàn)的，它們被稱為電子空穴對。

 如果在本征半導(dǎo)體兩端加上外電場，半導(dǎo)體中將出現(xiàn)兩部分電流：一是自由電子將產(chǎn)生定向移動，形成電子電流；一是由于空穴的存在，價電子將按一定的方向依次填補空穴，亦即空穴也會產(chǎn)生定向移動，形成空穴電流。這種損害是個逐漸積累的過程，當(dāng)這種“凹凸不平”多到一定程度的時候，就會造成IC內(nèi)部導(dǎo)線的斷路與短路，而終使得IC報廢。所以說，半導(dǎo)體中同時存在著兩種載流子(運載電荷的粒子為載流子)——電子和空穴，這是半導(dǎo)體導(dǎo)電的特殊性質(zhì)，也是半導(dǎo)體與金屬在導(dǎo)電機理上的本質(zhì)區(qū)別。

大功率模擬集成電路

隨著集成電路產(chǎn)業(yè)快速發(fā)展,集成電路的集成度越來越高,內(nèi)部結(jié)構(gòu)也越來越復(fù)雜,對于測試的要求也越來越高。對于當(dāng)今所有的IC設(shè)計，DCUltra是可以利用的的綜合平臺。集成電路測試技術(shù)作為保障集成電路性能、質(zhì)量的重要技術(shù)之一也得到了很快的發(fā)展。直流參數(shù)測試是集成電路測試技術(shù)的重要組成部分,能夠快速有效的檢測芯片的性能,受到集成電路測試行業(yè)的高度重視。實現(xiàn)了一種大功率直流參數(shù)測試的研制,可以實現(xiàn)高電壓、大電流的直流參數(shù)測試,具有很高的測試精度,而且具有一定的通用性。 

首先根據(jù)文獻(xiàn)資料分析本課題研究的背景以及意義,介紹了集成電路測試系統(tǒng)組成、分類以及國內(nèi)外的發(fā)展?fàn)顩r?！靶酒焙汀凹呻娐贰边@兩個詞經(jīng)?；熘褂茫热缭诖蠹移匠Ｓ懻撛掝}中，集成電路設(shè)計和芯片設(shè)計說的是一個意思，芯片行業(yè)、集成電路行業(yè)、IC行業(yè)往往也是一個意思。介紹了集成電路直流參數(shù)測試的基本原理與方法,在此基礎(chǔ)上分析了大功率模擬集成電路直流參數(shù)測試的設(shè)計需求,提出了設(shè)計需要實現(xiàn)的功能與設(shè)計指標(biāo),構(gòu)建了大功率模擬集成電路直流參數(shù)測試實現(xiàn)的原理方案;設(shè)計了接口控制模塊、邏輯控制模塊與精密測量單元,詳細(xì)分析了精密測量單元的工作原理,并搭建了具體的硬件電路;根據(jù)硬件所需要實現(xiàn)的測試功能,設(shè)計了測試底層驅(qū)動函數(shù),提供給應(yīng)用軟件測試函數(shù)接口實現(xiàn)可編程測試,并對測試進(jìn)行了軟件校正;后文章給出了功能測試數(shù)據(jù)與報告,分析了集成運算放大器的測試原理和方法,并給出了測試過程與測試數(shù)據(jù),表明測試性能達(dá)到了比較好的效果。設(shè)計的大功率模擬直流參數(shù)測試模塊,已經(jīng)被廣東某集成電路制造企業(yè)使用,使用效果表明測試模塊性能穩(wěn)定,通用性強,成本低,特別適合國內(nèi)集成電路企業(yè)的應(yīng)用,具有比較高的實用價值。