IC半導(dǎo)體的基礎(chǔ)知識(shí)(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(jì)公司提出的設(shè)計(jì)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。或者說，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(diǎn)。

1.對(duì)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(shí)，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(huì)發(fā)生顯著變化，但是，極微量的雜質(zhì)摻在半導(dǎo)體中，會(huì)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(shí)，其導(dǎo)電能力會(huì)變得很強(qiáng)；當(dāng)無光照時(shí)，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(duì)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(shí)(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(jià)元素，其外層電子軌道上有四個(gè)價(jià)電子。ⅠⅡⅢRegion(I)被稱為早夭期（Infancyperiod）這個(gè)階段產(chǎn)品的failurerate快速下降，造成失效的原因在于IC設(shè)計(jì)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(gè)原子的價(jià)電子相互共有，即每個(gè)原子的四個(gè)價(jià)電子既受自身原子核的束縛，又為相鄰的四個(gè)原子所共有；每兩個(gè)相鄰原子之間都共有一對(duì)價(jià)電子。這種組合方式稱為共價(jià)鍵結(jié)構(gòu)，圖5-1為單晶硅共價(jià)鍵結(jié)構(gòu)的平面示意圖。

在共價(jià)鍵結(jié)構(gòu)中，每個(gè)原子的外層雖然具有八個(gè)電子而處于較為穩(wěn)定的狀態(tài)，但是共價(jià)鍵中的價(jià)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(jià)電子由于熱運(yùn)動(dòng)能獲得足夠的能量而脫離共價(jià)鍵束縛成為自由電子。

當(dāng)一部分價(jià)電子掙脫共價(jià)鍵的束縛而成為自由電子后，共價(jià)鍵中就留下相應(yīng)的空位，這個(gè)空位被稱為空穴。原子因失去一個(gè)價(jià)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(duì)出現(xiàn)的，它們被稱為電子空穴對(duì)。

 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(dòng)，形成電子電流；一是由于空穴的存在，價(jià)電子將按一定的方向依次填補(bǔ)空穴，亦即空穴也會(huì)產(chǎn)生定向移動(dòng)，形成空穴電流。這種損害是個(gè)逐漸積累的過程，當(dāng)這種“凹凸不平”多到一定程度的時(shí)候，就會(huì)造成IC內(nèi)部導(dǎo)線的斷路與短路，而終使得IC報(bào)廢。所以說，半導(dǎo)體中同時(shí)存在著兩種載流子(運(yùn)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(jī)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(duì)于測試的要求也越來越高。對(duì)于當(dāng)今所有的IC設(shè)計(jì)，DCUltra是可以利用的的綜合平臺(tái)。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(shí)現(xiàn)了一種大功率直流參數(shù)測試的研制,可以實(shí)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(gè)詞經(jīng)?；熘褂茫热缭诖蠹移匠Ｓ懻撛掝}中，集成電路設(shè)計(jì)和芯片設(shè)計(jì)說的是一個(gè)意思，芯片行業(yè)、集成電路行業(yè)、IC行業(yè)往往也是一個(gè)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(jì)需求,提出了設(shè)計(jì)需要實(shí)現(xiàn)的功能與設(shè)計(jì)指標(biāo),構(gòu)建了大功率模擬集成電路直流參數(shù)測試實(shí)現(xiàn)的原理方案;設(shè)計(jì)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(shí)現(xiàn)的測試功能,設(shè)計(jì)了測試底層驅(qū)動(dòng)函數(shù),提供給應(yīng)用軟件測試函數(shù)接口實(shí)現(xiàn)可編程測試,并對(duì)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(bào)告,分析了集成運(yùn)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(jì)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(qiáng),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(shí)用價(jià)值。