MOS積體電路

MOS積體電路是以金屬-氧化物-半導體(MOS)場效應電晶體為主要元件構成的積體電路。

MOS積體電路

以金屬-氧化物-半導體(MOS)場效應電晶體為主要元件構成的積體電路。簡稱MOSIC。1964年研究出絕緣柵場效應電晶體。直到1968年解決了MOS器件的穩定性,MOSIC得到迅速發展。與雙極型積體電路相比,MOSIC具有以下優點:
①製造結構簡單,隔離方便。
電路尺寸小、功耗低適於高密度集成。
③MOS管為雙向器件,設計靈活性高。
④具有動態工作獨特的能力。
⑤溫度特性好。其缺點是速度較低、驅動能力較弱。一般認為MOS積體電路功耗低、集成度高,宜用作數字積體電路;雙極型積體電路則適用作高速數字和模擬電路。

類型

按電晶體的溝道導電類型,可分為P溝MOSIC、N溝MOSIC以及將P溝和N溝MOS電晶體結合成一個電路單元的互補MOSIC,分別稱為PMOSNMOSCMOS積體電路。隨著工藝技術的發展,CMOS積體電路已成為積體電路的主流,工藝也日趨完善和複雜,由P阱或N阱CMOS發展到雙阱CMOS工藝。80年代又出現了集雙極型電路和互補金屬-氧化物-半導體(CMOS)電路優點的BiCMOS集成電路結構。按柵極材料可分為鉛柵、矽柵、矽化物柵和難熔金屬(如鉬、鎢)柵等MOSIC,柵極尺寸已由微米進入亞微米(0.5~1微米)和強亞微米(0.5微米以下)量級。此外,還發展了不同的MOS積體電路結構的MOSIC:如浮柵雪崩注入MOS(FAMOS)結構,用於可擦寫唯讀存貯器;擴散自對準MOS(DMOS)結構和V型槽MOS結構等,可滿足高速、高電壓要求。近年來發展了以藍寶石為絕緣襯底的CMOS結構,具有抗輻照、功耗低和速度快等優點。MOSIC廣泛用於計算機、通信、機電儀器、家電自動化、航空航天等領域,可使整機體積縮小、工作速度快、功能複雜、可靠性高、功耗低和成本便宜等。

研發和推廣

60年代末、70年代初,我國在積體電路技術的研究上剛剛起步,只是對雙極型小規模積體電路開始進行研製和少量生產。當時,國外MOS電路發展很快,與雙極型電路相比,MOS積體電路具有電路簡單、功耗低、集成度高的優勢,而國內MOS積體電路技術的研究開發上還存在不少困難。一個困難是MOS器件很容易被靜電擊穿,有人形容說:“MOS、MOS,一摸就死”;另一個難點是MOS器件柵氧化層電荷不易控制,因而大大影響了MOS電路的可生產性與工作穩定性。所以,大家對MOS積體電路的發展前途仍有很多疑慮。
在這樣的形勢下,半導體車間的徐葭生同志帶領十幾個中青年教師,從1970年開始,毅然投入了我國MOS積體電路研究開發與套用推廣的事業。在當時缺乏技術資料和工藝設備、生產條件十分落後的情況下,大家自力更生、團結奮鬥,從工藝和電路設計上解決了柵氧化層電荷與靜電損傷保護問題,為MOS積體電路在我國的發展掃清了技術障礙。在此基礎上,開發研製成功了中小規模MOS數控系列電路,包括了計數器、暫存器、解碼器及各種觸發器、門電路等,並進行了小量生產。為了使這些電路得到推廣,他們還製作了頻率計、數碼顯示等多種套用部件,到有關單位演示,幫助解決套用中的技術問題。這樣,終於使MOS積體電路得到社會認可。在此期間先後接產此數控系列電路的有,北京半導體器件五廠、前門器件廠、上海元件五廠、天津第一半導體廠、石家莊半導體器件廠、保定無線電二廠等。這些數控系列電路在相當長一段時間內成了不少半導體廠的主打產品。清華半導體車間除了派人傳授、推廣技術之外,還多次舉辦短訓班,幫助這些企業培養生產技術骨幹。可以說,我校的半導體車間成為了我國MOS集成技術最早的發源地。
在成功開發、推廣中小規模MOS數控系列電路的基礎上,半導體車間又進一步向中大規模MOS積體電路進軍,先後研製成功050台式計算機(器)全套電路,2240位96字元發生器和1KDRAM等多種大規模積體電路。從1970年開始直至1976年以後相當長的時期內,清華在國內一直保持著MOS積體電路技術的最高水平。
除了積體電路技術本身之外,半導體車間對我國積體電路生產基礎條件的發展也起了重要的推動作用。為了滿足大規模積體電路生產對於設備的高精度和自動化要求,有很多關鍵設備都是自製的,例如高精度初縮機、擴散爐和三氯乙烯氧化系統、高速勻膠機、等離子刻蝕機等。有些設備是由半導體車間提出性能要求並進行試用改進,與其它單位協作生產,例如高精度分步重複精縮機就是與我校無線電系、精儀系協作定型生產的,這一精縮機成了當時國內積體電路廠普遍採用的設備。
為了滿足大規模積體電路製造對減少灰塵沾污的要求,半導體車間自己設計、自己採購材料、聯繫施工,對原來的800平方米實驗室進行了淨化改造,於1975年建成了350平方米、淨化級別達到1000級和10000級的超淨車間。這是當時國內積體電路生產用的第一個超淨車間,它滿足了大規模積體電路研製的需要,一直使用到1993年。
由於徐葭生同志對我國積體電路事業的突出貢獻,他作為我校僅有的兩名代表之一參加了1978年由鄧小平倡導召開的全國科學大會。

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http://www.tsinghua.edu.cn/docsn/xqh/gjml/zk20009/z2000933.htm

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