与IC有关部分笔试面试题目答案举例课件.ppt
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1、21、我们公司的产品是集成电路,请描我们公司的产品是集成电路,请描述一下你对集成电路的认识,列举一些述一下你对集成电路的认识,列举一些与集成电路相关的内容(如讲清楚模拟、与集成电路相关的内容(如讲清楚模拟、数字、双极型、数字、双极型、CMOS、MCU、RISC、CISC、DSP、ASIC、FPGA等的概等的概念)。念)。3单片微型计算机单片微型计算机(简称单片机简称单片机)有有时也称为微控制器时也称为微控制器MCU(micro control unit)。当然,与当然,与MPU相相比,比,MCU上的上的CPU的功能比较的功能比较简单,存储器的容量也很有限。简单,存储器的容量也很有限。MCU已被
2、广泛应用于各种家用已被广泛应用于各种家用电器产品以及工业控制。用得最电器产品以及工业控制。用得最多的是多的是4位和位和8位位MCU。4MCU(Micro Controller Unit),又,又称单片微型计算机称单片微型计算机(Single Chip Microcomputer),是指随着大规模集,是指随着大规模集成电路的出现及其发展,将计算机的成电路的出现及其发展,将计算机的CPU、RAM、ROM、定时数器和多、定时数器和多种种I/O接口集成在一片芯片上,形成芯接口集成在一片芯片上,形成芯片级的计算机。片级的计算机。5通常将采用英特尔处理器的服务器称为通常将采用英特尔处理器的服务器称为IA(
3、Intel Architecture)架构服务器,由于架构服务器,由于该架构服务器采用了开放式体系,并且该架构服务器采用了开放式体系,并且实现了工业标准化技术和得到国内外大实现了工业标准化技术和得到国内外大量软硬件供应商的支持,在大批量生产量软硬件供应商的支持,在大批量生产的基础上,以其极高的性能价格比而在的基础上,以其极高的性能价格比而在全球范围内,尤其在我国得到广泛的应全球范围内,尤其在我国得到广泛的应用。用。2000年国内年国内IA架构服务器供应商前架构服务器供应商前三位是惠普、三位是惠普、IBM、浪潮。、浪潮。6(1)CISC指令集指令集 CISC指令集,也称为指令集,也称为复杂指令集
4、复杂指令集,英文名是英文名是CISC,(,(Complex Instruction Set Computer的缩写)。在的缩写)。在CISC微处理微处理器中,程序的各条指令是按顺序串行执器中,程序的各条指令是按顺序串行执行的,每条指令中的各个操作也是按顺行的,每条指令中的各个操作也是按顺序串行执行的。顺序执行的优点是控制序串行执行的。顺序执行的优点是控制简单,但计算机各部分的利用率不高,简单,但计算机各部分的利用率不高,执行速度慢。执行速度慢。7lRISC是英文是英文“Reduced Instruction Set Computing”的缩写,中文意思是的缩写,中文意思是“精简精简指令集指令集
5、”。它是在。它是在CISC指令系统基础上指令系统基础上发展起来的,有人对发展起来的,有人对CISC机进行测试表机进行测试表明,各种指令的使用频度相当悬殊,最常明,各种指令的使用频度相当悬殊,最常使用的是一些比较简单的指令,它们仅占使用的是一些比较简单的指令,它们仅占指令总数的指令总数的20,但在程序中出现的频度,但在程序中出现的频度却占却占80。复杂的指令系统必然增加微处。复杂的指令系统必然增加微处理器的复杂性,使处理器的研制时间长,理器的复杂性,使处理器的研制时间长,成本高。并且复杂指令需要复杂的操作,成本高。并且复杂指令需要复杂的操作,必然会降低计算机的速度。必然会降低计算机的速度。8 基
6、于上述原因,基于上述原因,20世纪世纪80年代年代RISC型型CPU诞诞生了,相对于生了,相对于CISC型型CPU,RISC型型CPU不仅不仅精简了指令系统,还采用了一种叫做精简了指令系统,还采用了一种叫做“超标量超标量和超流水线结构和超流水线结构”,大大增加了并行处理能力。,大大增加了并行处理能力。RISC指令集是高性能指令集是高性能CPU的发展方向。它与的发展方向。它与传统的传统的CISC(复杂指令集复杂指令集)相对。相比而言,相对。相比而言,RISC的指令格式统一,种类比较少,寻址方的指令格式统一,种类比较少,寻址方式也比复杂指令集少。当然处理速度就提高很式也比复杂指令集少。当然处理速度
7、就提高很多了。目前在中高档服务器中普遍采用这一指多了。目前在中高档服务器中普遍采用这一指令系统的令系统的CPU,特别是高档服务器全都采用,特别是高档服务器全都采用RISC指令系统的指令系统的CPU。RISC指令系统更加适指令系统更加适合高档服务器的操作系统合高档服务器的操作系统UNIX,现在,现在Linux也也属于类似属于类似UNIX的操作系统。的操作系统。RISC型型CPU与与Intel和和AMD的的CPU在软件和硬件上都不兼容。在软件和硬件上都不兼容。9ASIC:专用集成电路,它是面向专门用专用集成电路,它是面向专门用途的电路,专门为一个用户设计和制造的。途的电路,专门为一个用户设计和制造
8、的。根据一个用户的特定要求,能以低研制成根据一个用户的特定要求,能以低研制成本,短、交货周期供货的全定制,半定制本,短、交货周期供货的全定制,半定制集成电路。与门阵列等其它集成电路。与门阵列等其它ASIC(Application Specific IC)相比,它们又具有相比,它们又具有设计开发周期短、设计制造成本低、开发设计开发周期短、设计制造成本低、开发工具先进、标准产品无需测试、质量稳定工具先进、标准产品无需测试、质量稳定以及可实时在线检验等优点。以及可实时在线检验等优点。10从从ASIC的发展看,它的主要特点不单纯的发展看,它的主要特点不单纯在其本身的专用性,其更深的含义在于在其本身的专
9、用性,其更深的含义在于用用户直接参与集成电路的设计户直接参与集成电路的设计。由于。由于ASIC是系统设计的一部分,它要求系统设计者是系统设计的一部分,它要求系统设计者直接参与芯片电路设计。直接参与芯片电路设计。ASIC可以是专可以是专为某一类特定应用而设计的集成电路,称为某一类特定应用而设计的集成电路,称为为标准专用电路标准专用电路(ASSP-Application Specific Standard Product),也可以是专,也可以是专为某一用户的特定应用而设计的集成电路,为某一用户的特定应用而设计的集成电路,称为定制专用电路。称为定制专用电路。11 FPGA(Field Program
10、mable Gate Array)是是可编程可编程ASIC。FPGA兼顾了兼顾了PLD和门阵列和门阵列两者的优点:两者的优点:具有门阵列电路那样的单元阵列结构,具有门阵列电路那样的单元阵列结构,但单元与门阵列不同,每个单元包含了但单元与门阵列不同,每个单元包含了PLA、若干寄存器和多路开关。、若干寄存器和多路开关。又象又象PLD那样,用户可以通过编程,任那样,用户可以通过编程,任意设定每个单元的内部电路结构以及单元意设定每个单元的内部电路结构以及单元之间的连线之间的连线 基本特征:基本特征:不需要定制式掩膜层,不需要定制式掩膜层,通过可编程实现组合逻辑和时序逻辑通过可编程实现组合逻辑和时序逻辑
11、1213OTP(One Time Programmable)是)是MCU的一种存储器类型。的一种存储器类型。MCU按其存储器按其存储器类型可分为类型可分为掩膜片掩膜片-MASK(掩模掩模)ROM、OTP(一次性可编程一次性可编程)ROM、FLASH ROM等等类型。类型。MASK ROM的的MCU价格便宜,但程价格便宜,但程序在出厂时已经固化,适合程序固定不变的序在出厂时已经固化,适合程序固定不变的应用场合;应用场合;FALSH ROM的的MCU程序可以程序可以反复擦写,灵活性很强,但价格较高,适合反复擦写,灵活性很强,但价格较高,适合对价格不敏感的应用场合或做开发用途;对价格不敏感的应用场合
12、或做开发用途;14 OTP ROM的的MCU价格介于前两者之间,价格介于前两者之间,同时又拥有一次性可编程能力,适合既同时又拥有一次性可编程能力,适合既要求一定灵活性,又要求低成本的应用要求一定灵活性,又要求低成本的应用场合,尤其是功能不断翻新、需要迅速场合,尤其是功能不断翻新、需要迅速量产的电子产品。量产的电子产品。15A1A0Y1Y2Y3Y4十进制0001101100000001010010010149 熔丝型开关熔丝型开关 反熔丝型开关反熔丝型开关000000111001用高压将用高压将PLICE介质击穿。介质击穿。熔丝断开为熔丝断开为1PLICE(可编程逻辑互连电路单元)(可编程逻辑互
13、连电路单元)16在反熔丝在反熔丝PROM中,各连接点放的不是熔丝,而中,各连接点放的不是熔丝,而是一种是一种PLICE编程单元,如图所示。未编程时纵编程单元,如图所示。未编程时纵线和横线间是不通的,编程时对需要连接处加上线和横线间是不通的,编程时对需要连接处加上高压使其中高压使其中PLICE(可编程逻辑互连电路单元)(可编程逻辑互连电路单元)介质击穿而短路,从而达到该点逻辑连接的目的。介质击穿而短路,从而达到该点逻辑连接的目的。反熔丝编程示意图反熔丝编程示意图(a)反熔丝编程阵列结构反熔丝编程阵列结构 (b)PLICE 编程元件编程元件171819了解一家了解一家IC代工公司代工公司(foun
14、dry)最直接和最直接和简便的方法,是认真浏览该代工公司的简便的方法,是认真浏览该代工公司的技术发展路线图技术发展路线图202122嵌入(embed)式系统是指操作系统和功能软件集成于计算机硬件系统之中。简单的说就是系统的应用软件与系统的硬件一体化,具有软件代码小,高度自动化,响应速度快等特点。特别适合于要求实时的和多任务的体系。嵌入式系统不一定就是单片机。嵌入式系统主要是将软件系统固化集成到硬件系统(如放到FLASH)中。http:/ RoadmapRtn Available Now200620070.35/0.3m 3.3V/12V0.35/0.3m 3.3V/18V0.35m 3.3V/
15、12V,18V embedded OTP0.25m 2.5V/+-16V0.35m 3.3V CIS0.15m1.5V/+-16V0.18m pixel size 3.2m0.5/0.45m 3.3V/5V0.35/0.3m 3.3V/5V0.25m 2.5V/3.3V0.18m 1.8V/3.3V0.35/0.3m 3.3V/5V0.25m 2.5V/3.3V,5V0.18m 1.8V/3.3V0.5m OTP 5V/12V0.35m FLASH 5V/10.5V0.25m FLASH 5V/9V0.25m e-EEPROM 2.5V/3.3V0.15m1.2V/3.3V0.15m1.5V/
16、3.3V0.13 m Cu 1.2V/3.3V0.18mFlash1.8V/3.3V0.13me-Flash1.2V/3.3V2008 Logic Mix Mode NVM Hi-Voltage CIS 0.35m3.3V/13.5V0.25m2.5V/5V0.18me-Flash1.8V/3.3V0.18mRF CMOS0.13mFlash 1.2V/3.3V0.13mAl0.13mAl 1.2V/+-16V0.18m1.8V/+-16V0.13m Al1.2V/3.3V0.13m Cu1.2V/3.3V0.162m1.8/3.3V和舰科技和舰科技(苏州苏州)有限公司有限公司 Roadmap
17、24只读存储器只读存储器(Read Only Memory,ROM)它又称固定存储器。它又称固定存储器。ROM是是把数据固定地存储起来,然后按给定把数据固定地存储起来,然后按给定地址进行读出,但不象地址进行读出,但不象RAM那样可以那样可以随时快速写入和修改,只能读出。它随时快速写入和修改,只能读出。它在停电后照样能长期保存数据,所以在停电后照样能长期保存数据,所以又被称为又被称为不挥发存储器不挥发存储器(Nonvolatile Memory)。2519941997199920022005大陆大陆 3m0.8m0.35m0.18m0.13m台湾台湾 0.35m0.25m0.18m0.13m0.
18、09m2621世纪头世纪头10年将面临如何进行年将面临如何进行0.1m级级 电电路的设计和制造问题。生产工艺从路的设计和制造问题。生产工艺从 微米级微米级(micro-M)(3m、2m1985年、年、1.5m、1m1989年)、年)、亚微米级亚微米级(submicro-SM)()(0.7m、0.5m1993年)发展到年)发展到 深亚微米深亚微米(deep submicro-DSM)()(0.35m1997年、年、0.25m、0.18m2001年、年、0.13m),),超深亚微米或亚超深亚微米或亚0.1m2005年(年(very deep submicro-VDSM)。)。27 GDSIIGra
19、phicalDesignSystemII二进制格式用来备份、导入、导出版图,以及提交给Foundry流片 CIFCaltechIntermediateFormat文本格式 EDIFElectronicDesignInterchangeFormat文本格式EDIF格式也用于描述线路图、网表、符号等其他数据2829 晶圆处理制程之主要工作为在硅晶圆上制作电晶圆处理制程之主要工作为在硅晶圆上制作电路与电子元件(如电晶体管、电容器、逻辑门等),路与电子元件(如电晶体管、电容器、逻辑门等),为上述各制程中所需技术最复杂且资金投入最多的为上述各制程中所需技术最复杂且资金投入最多的过程过程,以微处理器(,以
20、微处理器(Microprocessor)为例,其所)为例,其所需处理步骤可达需处理步骤可达数百道数百道,而其所需加工机台先进且,而其所需加工机台先进且昂贵,动辄数千万一台,其所需制造环境为为一温昂贵,动辄数千万一台,其所需制造环境为为一温度、湿度与度、湿度与 含尘(含尘(Particle)均需控制的无尘室)均需控制的无尘室/超超净间净间(Clean-Room),虽然详细的处理程序是随著),虽然详细的处理程序是随著产品种类与所使用的技术有关;不过其基本处理步产品种类与所使用的技术有关;不过其基本处理步骤通常是晶圆先经过适当的清洗(骤通常是晶圆先经过适当的清洗(Cleaning)之後,)之後,接著
21、进行氧化(接著进行氧化(Oxidation)及沉积,最後进行显影、)及沉积,最後进行显影、蚀刻及离子注入等反覆步骤,以完成晶圆上电路的蚀刻及离子注入等反覆步骤,以完成晶圆上电路的加工与制作。加工与制作。30 晶圆处理制程(晶圆处理制程(Wafer Fabrication;简称;简称 Wafer Fab)1.图形转换:图形转换:将设计在掩膜版将设计在掩膜版(类似于照相底片类似于照相底片)上的图上的图形转移到半导体单晶片上形转移到半导体单晶片上 2.掺杂:掺杂:根据设计的需要,将各种杂质掺杂在需要的根据设计的需要,将各种杂质掺杂在需要的位置上,形成晶体管、接触等位置上,形成晶体管、接触等 3.制膜
22、:制膜:制作各种材料的薄膜制作各种材料的薄膜31图形转换:图形转换:光刻:接触光刻、接近光刻、投影光刻、电子光刻:接触光刻、接近光刻、投影光刻、电子束光刻束光刻刻蚀:干法刻蚀、湿法刻蚀刻蚀:干法刻蚀、湿法刻蚀掺杂:掺杂:离子注入离子注入 退火退火扩散扩散制膜:制膜:氧化:干氧氧化、湿氧氧化等氧化:干氧氧化、湿氧氧化等CVD:APCVD、LPCVD、PECVDPVD:蒸发、溅射:蒸发、溅射32后部封装、测试后部封装、测试(在另外厂房)(在另外厂房)(1)背面减薄)背面减薄(2)划片划片、掰片、掰片(3)粘片)粘片(4)压焊:金丝球焊)压焊:金丝球焊(5)切筋)切筋(6)整形)整形(7)封装封装(
23、8)沾锡:保证管脚的电学接触)沾锡:保证管脚的电学接触(9)老化老化(10)成测,筛选成测,筛选(11)打字、包装)打字、包装33后工序后工序划片划片封装封装测试测试老化老化筛选筛选 辅助工序辅助工序超净厂房技术超净厂房技术超纯水、高纯气超纯水、高纯气体制备技术体制备技术光刻掩膜版制备光刻掩膜版制备技术技术材料准备技术材料准备技术34351.双极集成电路的基本制造工艺2.CMOS集成电路工艺3.Bi-CMOS集成电路工艺36 1.)双极集成电路中元件的形成过程和元件结构双极集成电路中元件的形成过程和元件结构 由典型的由典型的PN结隔离的掺金结隔离的掺金TTL电路工艺制作的集成电路中的电路工艺制
24、作的集成电路中的晶体管的剖面图如下图所示,它基本上由表面图形晶体管的剖面图如下图所示,它基本上由表面图形(由光刻掩模决由光刻掩模决定定)和杂质浓度分布决定。和杂质浓度分布决定。ALSiO2BPP+P-SUBN+ECN+-BLN-epiP+典型数字集成电路中典型数字集成电路中NPN晶体管剖面图晶体管剖面图 37 2.)CMOS集成电路工艺集成电路工艺 体硅体硅CMOS工艺设计中阱工艺的选择工艺设计中阱工艺的选择 (1)p阱工艺阱工艺实现实现CMOS电路的工艺技术有多种。电路的工艺技术有多种。CMOS是在是在PMOS工艺技术基础上于工艺技术基础上于1963年年 发展起来的,因此采发展起来的,因此采
25、用在用在n型衬底上的型衬底上的p阱制备阱制备NMOS器件是很自然的选择。器件是很自然的选择。由于氧化层中正电荷的作用以及负的金属由于氧化层中正电荷的作用以及负的金属(铝铝)栅与衬栅与衬底的功函数差,使得在没有沟道离子注入技术的条件底的功函数差,使得在没有沟道离子注入技术的条件下,制备低阈值电压下,制备低阈值电压(绝对值绝对值)的的PMOS器件和增强型器件和增强型NMOS器件相当困难。于是,采用轻掺杂的器件相当困难。于是,采用轻掺杂的n型衬底型衬底制备制备PMOS器件,采用较高掺杂浓度扩散的器件,采用较高掺杂浓度扩散的p阱做阱做NMOS器件,在当时成为最佳的工艺组合。器件,在当时成为最佳的工艺组
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