专用集成电路综述论文

摘要：“ASIC”是“Application Specific Integrates Circuit”

（专用集成电路）的缩写，它是面向特定用户或特定用途而设计的集成电路。集成电路按其功能、结构的不同，可以分为模拟集成电路、数字集成电路和数/模混合集成电路三大类。随着经济发展和技术的进步，集成电路产业取得了突飞猛进的发展，在科学、工业、农业、生活等各方面都有了更多的应用。

本文首先介绍了集成电路的特点和发展情况，接着简单介绍了数字集成电路的制造工艺，最后介绍了数字集成电路设计中的一些基础电路的特点等。

关键字： ASIC 专用集成电路 数字集成电路

引言：集成电路是采用半导作工艺，在一块较小的单晶硅片上

制作许多晶体管及电阻器、电容器等元器件，并按照多层布线或隧道布线的方法将元器件组合成完整的电子电路，通常用IC（Integrated Circuit）表示。集成电路产业主要由集成电路的设计、芯片、封装和测试构成。随着经济的发展，人们生活质量的提高，生活中遍布着各类电子消费产品。电脑﹑手机和mp3播放器等电子产品和人们的生活息息相关。中国的集成电路产业经过多年的发展，在规模和技术上也跨上了一个新台阶，成为有一定规模的高成长性产业。

一、集成电路的发展及特点

（1）集成电路的发展

自从1947年世界上第一只晶体三极管面世标志着电子管时代向晶体管时代过渡。此后，英国、美国等欧美国家在集成电路的发展上又取得了巨大的成果，直到1960年成功制造了第一块MOS集成电路。之后，集成电路经过小规模（SSI）—中规模（MSI）—大规模（LSI)—超大规模（VLSI）—甚大规模（ULSI），到了一个片上系统（SOC）的时代。

集成电路的未来发展方向主要有：

•芯片的尺寸越来越大，特征尺寸越来越小；

•单片上的晶体管数目越来越多，集成度越来越高； •布线层数越来越多，时钟速度越来越快； •电源电压越来越低，I/O引脚越来越多； （2）集成电路的特点

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集成电路具有体积小，重量轻，引出线和焊接点少，寿命长，可靠性高，性能好等优点，同时成本低，便于大规模生产。它不仅在人们日常生活中使用的电子器件等方面应用广泛，还在军事方面有广泛的应用。用集成电路来装配电子设备，其装配密度比晶体管可提高几十倍至几千倍，设备的稳定工作时间也可大大提高。

二、集成电路制造工艺

集成电路的制造工艺是一个非常复杂而又精密的过程，根据工序的不同，可以分为三类：前工序、后工序及辅助工序。下面简单介绍一下关于前工序的一些工艺。 1、氧化工艺

氧化主要是对硅的反复氧化，制备SiO₂薄膜，SiO₂薄膜在集成电路的制作过程中有着重要作用：（1）SiO₂是很好的电容器元件的介质；（2）可以作绝缘介质和隔离介质；（3）可以作器件表面的保护膜；（4）可以作MOS器件的绝缘栅材料；生成SiO₂薄膜的方法有热氧化、化学气相淀积和阳极氧化等，其中前两种方法较为常用。 2、掺杂工艺

掺杂工艺主要是在集成电路的制作过程中在半导体基片的一定区域掺入一定浓度的杂志元素，形成不同类型的半导体层，最后制作各种元器件。主要制作工艺有扩散工艺和离子注入工艺。 3、光刻工艺

在集成电路的制作过程中也要反复进行多次光刻，光刻工艺主要是借助于掩膜板，利用光敏的抗蚀涂层发生的光化学反应，结合刻蚀方法在各种薄膜上刻蚀出各种所需要的图形，实现掩膜版图形到硅片表面各种薄膜上图形的转移。光刻质量对集成电路性能有着重要影响。光刻的主要步骤有：涂胶—前烘—曝光—显影—坚膜—腐蚀—去胶。

三、数字集成电路设计简介

数字集成电路是将元器件和连线集成于同一半导体芯片上而制成的数字逻辑电路或系统。按电路结构来分，可分成TTL和MOS 两大系列。TTL 数字集成电路是利用电子和空穴两种载流子导电的，所以又叫做双极性电路。MOS 数字集成电路是只用一种载流子导电的电路，其中用电子导电的称为NMOS 电路；用空穴导电的称为PMOS 电路；如果是用NMOS 及PMOS 复合起来组成的电路，则称为CMOS 电路。随着工艺技术的发展，CMOS集成电路已成为集成电路的主流，工艺也日趋完善和复杂 ，由P阱或N阱CMOS发展到双阱CMOS工艺。

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CMOS 数字集成电路与TTL 数字集成电路相比，有许多优点，如工作电源电压范围宽，静态功耗低，抗干扰能力强，输入阻抗高，成本低等。因而，CMOS 数字集成电路得到了更广泛的应用。我们本学期的课程中也主要学习了MOS集成电路。数字集成电路的设计基础包括MOS开关、CMOS传输门、反相器、各种门电路以及触发器等。 1、CMOS传输门

数字集成电路的最小元素就是开关。由CMOS组成的传输门克服了单管MOS开关的阈值损失的缺点而被广泛使用。CMOS传输门是由NMOS和PMOS单管开关组合在一起而形成的。CMOS传输门的设计过程中，为保证导电沟道与衬底的隔离，N管的衬底必须接地，P管的衬底必须接电源。 2、CMOS反相器

CMOS反相器相当于非门，由于其功耗小、速度快，集成度高等特点，与其他电路的兼容性比较好。CMOS反相器的静态功耗比动态功耗小很多，因此主要克服的就是动态功耗的问题，目前电源电压已经可以降到0.6V，通过降低电源电压就可以降低动态功耗，提高速度。 3、全互补CMOS集成电路

通过将“与”、“或”、“非”等基本门电路进行组合就可以得到不同的具有复杂逻辑功能的电路。在CMOS逻辑门电路中的设计中，对于NMOS逻辑块，遵循“与串或并”的规律；对于PMOS逻辑块，遵循“或串与并”规律。

全互补型CMOS的电路特点是：PMOS管和NMOS管对应出现，管子数目=输入变量数×2，管子数量较多，静态功耗为0。 4、改进的CMOS逻辑电路

伪NMOS逻辑电路是由一个NMOS逻辑块和一个PMOS管组成，该电路所需的管子数目=输入变量数+1。所以其管子数目减少，集成度提高了，但是会产生静态功耗。 5、动态CMOS逻辑电路

为解决伪NMOS逻辑电路的静态功耗的问题，又提出了动态CMOS电路。这种电路就是在NMOS逻辑块下面增加一个N开关管，而且与PMOS一起由时钟控制其导通或截止。

这种电路的特点就是与元件数减少，功耗低，且集成度和工作速度都提高了。但是输入变量只能在预充电期间变化，在求值阶段必须

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保持稳定，而且有分布电容存在，多级不能直接级联。

四、总结

集成电路的应用十分广泛，本学期我们只是简单地学习了一下，若想更加深入的了解就需要自己去多学习。

参考文献

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