大纲
集成电路概论
如果你是一名电子工程专业的学生，或者只是一个电子爱好者，你一定尝试过在面包板或印刷电路板(PCB)上组装不同的组件来形成一个电路。这是一个离散电路，虽然提供了你想要的结果，但不太可靠，消耗更多的空间。
集成电路的发明是电路技术的一个更好的改进。集成电路是将完整的电子电路小型化集成在一个半导体芯片(主要是硅)上。与分立电路相比，集成电路功耗更小，成本更低，可靠性更高，具有更高的频率和速度。
集成电路最重要的优势是其封装风格、复杂性和特性的广泛可用性。
集成电路的历史
集成电路的起源可以追溯到1947年，当时贝尔实验室的威廉·肖克利和他的同事们发明了第一个晶体管。这条铺路需要一个小平台，在那里所有的电子元件可以用小电线制作。
1949年，德国工程师维尔纳·雅可比(Werner Jacobi)为他开发的一种电路申请了专利，该电路采用了5个晶体管的三级排列。这种电路的工作原理与目前的集成电路类似。虽然他的发明没能引起多大的兴趣，但它成功地制造出了更便宜、更便携的设备，比如助听器。
1952年，英国国防部皇家雷达研究所的雇员杰弗里·杜默提出了完整的集成电路构想。然而，这实际上是一个失败，因为他从来没有能制造出一个IC。
后来，在1957年，美国陆军雇员杰克·基尔比(Jack Kilby)提出了一种小型陶瓷晶圆的想法，每个晶圆由一个组件组成。随着他的想法获得关注，他开始着手改进他的设计。1958年9月12日，当他还是德州仪器公司的雇员时，他演示了第一个工作的集成电路。事实上，“集成电路”一词就是在他的发明之后创造出来的。
然而，基尔比的集成电路是由锗组成的，有很多的局限性。1959年8月左右，飞兆半导体公司(Fairchild Semiconductors)的罗伯特·诺伊斯(Robert Noyce)开发了一种使用硅的集成电路芯片。
该公司的团队负责人杰伊·拉斯特(Jay Last)也制造了第一个平面集成电路，它使用了两对晶体管。然而，虽然他的原型是成功的，他的想法没有被公司接受。
随着在阿波罗飞船上使用的IC芯片的发展，IC应用从军事应用到商业市场的过渡是可能的。
后来，Robert Noyce利用kurtLehovec的想法创造了PN-Junction隔离IC，这后来为CMOS集成电路的发展铺平了道路。
在50、60年代，为了争夺集成电路(integrated circuit)的垄断地位，各公司展开了激烈的竞争。集成电路使缩小计算机体积的同时增加存储空间成为可能。
根据芯片尺寸对ic进行分类
集成电路可以根据集成规模进行分类。集成规模表示安装在标准集成电路中的组件数量。
小规模集成
- 早期开发的集成电路是只包含几个晶体管的小型集成电路。
- 许多晶体管的范围从2到10不等。
- 如今，一个小型集成电路芯片大约包含3到30个门。
中规模集成
- IC家族的下一个成员是包含数百个晶体管的中型集成电路。
- 一个中等规模的集成电路每片大约包含30到300个门。
大规模集成
- 大规模集成电路是仅次于微型集成电路的芯片。
- 每个LSI芯片都包含数万个晶体管。
- 一个大型集成电路每片大约包含300至3000个门。
非常大规模集成
- 超大规模集成电路(VLSI)芯片的发展，通过在单个微芯片上制造CPU，为第一个微处理器的诞生铺平了道路。
- 一个超大规模集成电路芯片包含大约100万到400万个晶体管。
- 一个芯片大约包含3000多个门。
Ultra-Large-Scale集成
- 当数百万乃至数十亿个晶体管被嵌入在一块硅片上时，这种集成技术被称为“超大规模集成”。
- 这种技术在20世纪80年代末首次被用于Intel 8086系列的开发。
- 另一个建立在ULSI技术上的芯片的例子是Intel 486和奔腾系列处理器。
基于应用的分类
线性集成电路
线性集成电路可以在连续的信号范围内工作。对于线性交流，输入和输出之间的关系总是线性的。换句话说，线性集成电路的输出与输入成正比。应用范围包括放大、振荡、混合、调制等。线性IC或模拟IC工作于连续的模拟信号。
最早开发的线性集成电路是运算放大器。最近的线性集成电路包括差分放大器、稳压器、锁相环、模拟乘法器等。运放是模拟电路的基本组成部分。
数字集成电路
执行逻辑功能的集成电路，即使用二进制输入的集成电路称为数字集成电路。大部分的数字集成电路都是采用单片技术制造的。然而，对于特定的应用，厚膜和薄膜技术被使用。数字集成电路一直是电子系统实现的重要工具。逻辑门是数字集成电路的基本组成部分。典型的例子包括触发器、计数器、移位寄存器等。
混合信号集成电路
另一类同时工作在模拟和数字信号上的集成电路是混合信号集成电路。模拟电路和数字电路都存在于同一块芯片上。应用包括媒体播放器中的FM调谐器，数字到模拟/模拟到数字转换器，以及以太网应用。
由于数字和模拟组件的功率需求和消耗不同，开发混合信号IC面临挑战。
基于制造的分类
单片集成电路
顾名思义，单片集成电路是在一个硅晶片上制造或制造的。所有的主动和被动电路元件同时形成，使用扩散步骤。
单片集成电路主要用于需要相同特性的组件的应用中，因此它们价格低廉，可靠性高。
单片集成电路实例
运算放大器IC741是单片集成电路的一个典型例子。这是一个8针的集成电路，最早由仙童半导体公司开发，后来由摩托罗拉、国家半导体等公司开发。
该IC为双列直插封装，引脚2和引脚3分别作为反相和非反相输入，引脚6作为输出。它需要双电源，正电源引脚7和负电源引脚4。
单片集成电路的优点
- 体积更小，重量更轻。
- 成本低，生产时间短。
- 高可靠性，由于没有焊接接头和较少的互连。
- 复杂电路易于制作，从而提高功能性能。
- 由于组件之间的距离非常近，因此可以进行小信号操作，消除了杂散信号拾取的可能性。
- 不需要外部投影，因为所有组件都是在芯片内部制造的。
单片集成电路的缺点
- 制造部件的距离太近也会导致它们之间的隔离不良。
- 电感器不能在单片集成电路上制造。
- 体积小导致额定功率低，IC只能用于低功率应用。
CMOS集成电路
由于其低功耗和低阈值电压能力，CMOS集成电路优于传统的FET集成电路。互补金属氧化物半导体(CMOS)集成电路由N-MOS和P-MOS器件在同一芯片上组装而成。它由多晶硅栅结构组成，该结构有助于降低器件的阈值电压，从而能够在低电压水平下运行。
CMOS集成电路的制作包括以下4个基本步骤
一个。n阱过程它涉及到在n型阱或池中制造PMOS晶体管，它扩散在p型衬底中。多晶硅栅下的一层二氧化硅提供了晶体管之间所需的隔离。
b。p阱过程: n阱工艺和p阱工艺的不同之处在于p阱工艺用于制造PMOS晶体管。
c。双中心的过程:涉及NMOS和PMOS晶体管的制造。
d。绝缘体硅技术:SOI技术是CMOS集成电路制造的一种趋势技术，它涉及到在绝缘层上外延生长硅。然后晶体管生长在这一层的顶部。
混合集成电路
一种混合集成电路包含独立的独立组件，附着在陶瓷基板上。这些组件使用金属化图案或连接线互连。有源器件和无源器件分散在芯片上。由于无源元件可以在更高的值上调整到精度，混合集成电路改善了电路性能。该技术主要用于小批量定制电路。
混合集成电路分类
根据形成无源元件的方法和衬底上的相关互连，混合集成电路(ic)可分为两种类型——厚膜ic和薄膜ic。
薄膜集成电路的薄膜厚度从50到20000阿姆斯特朗单元不等。薄膜的沉积采用真空蒸发、电镀、溅射和筛选等技术。
这些集成电路具有高频封装密度和高组件封装密度。使用这种技术，电阻器可以修整到精确值。这一特点使薄膜集成电路适用于梯形数模转换器。
厚膜集成电路的薄膜厚度在125000到625000阿姆斯特朗单元之间变化。这种技术以低成本生产出含有无源元件的高密度电路。丝网印刷和基片烧制等技术用于厚膜沉积。这些集成电路用于汽车电子电路，电子表，电子玩具等应用，高频和大小是重要的。
优势
a.它们体积较小，便于携带。
b.它们不容易受到物理参数变化的影响。
c.由于无寄生电容，运行速度高。
d.功耗低，使用电池即可操作。
e.无焊点，使集成电路更可靠。
f.更简单的设计和标准包装。
缺点
集成电路体积小，功耗低。这反过来会破坏集成电路，因为电流的增加会产生大量的热量。
广泛应用的集成电路
逻辑门集成电路
逻辑门是一种组合电路，它根据不同的输入信号提供逻辑输出。它可以有2到3个输入，但只有1个输出。
常见的例子是晶体管-晶体管逻辑(TTL) 7400系列ic和4000系列CMOS ic。IC 7408是一种四路2输入与门，采用塑料双线封装，是一种TTL集成电路。
定时器电路
Timer IC是一种单片集成电路，可以产生100%或50%占空比的精确定时周期。第一个定时器IC是由sigmagnetic公司在1970年开发的。广泛应用的定时器IC是555定时器集成电路，可用于8引脚或14引脚配置。它可以用作脉冲发生器或振荡器。
运算放大器
运放或运算放大器是一种具有差分输入和单端输出的高增益电压放大器。它由一个逆输入和一个非逆输入组成。
电压调节器电路
电压调整IC可以提供恒定的直流输出，而不用考虑直流输入的变化。常用的稳压器有uA723、LM309、LM105和78XX系列集成电路。
2反应
不错的
单片集成电路有什么用