半导体、集成电路、芯片的区别

Release time:2025-02-26
author:AMEYA360
source:网络
reading:360

  在当今科技飞速发展的时代,我们常常听到关于半导体、集成电路和芯片的词汇。那大家是否知道它们的区别和功能呢?

半导体、集成电路、芯片的区别

  1.半导体、集成电路、芯片三者的区别

  半导体、集成电路和芯片是现代电子技术中不可或缺的核心概念,它们在电子设备的制造和功能实现上起着重要作用。

  半导体

  半导体是一种材料,具有介于导体和绝缘体之间特性的物质。常见的半导体材料有硅(Si)和锗(Ge),与金属导体相比,半导体的电导率较低,但高于绝缘体,半导体的导电特性可以通过控制其电流和电压来实现。

  集成电路

  集成电路(Integrated Circuit,简称IC)是一种技术,将多个电子元件(如电晶体、电容、电阻等)集成在一个小巧的硅片上,通过微制工艺,将这些元件连接起来构成一个电路,并实现特定的功能,集成电路的出现极大地提高了电子设备的性能和可靠性。

  芯片

  芯片则是指集成电路在物理上的实现。它是集成电路的具体产物,通常由硅片或其他半导体材料制成,芯片上的电子元件通过微米级别的工艺布局在表面上,形成复杂的电路结构,芯片的设计及制造需要精密的工艺和设备。

  2.半导体、集成电路和芯片的关联

       它们之间的关联如下:半导体是材料的一种,集成电路是技术的一种,而芯片是实际的产品。

  半导体可以说是集成电路和芯片的基础。半导体是指在温度较高时表现为导电性能较好,而在较低温度下则表现为绝缘体的一类物质。半导体材料的独特特性使得它们成为制造集成电路和芯片的理想材料,半导体材料如硅(Silicon)和锗(Germanium)可通过控制其电导性能来实现电子器件的功能,例如二极管和晶体管。

  集成电路是将数百到数十亿个微小的电子元件(如电晶体、电容、电阻等)集成到一个小小的半导体芯片上的技术。集成电路的出现革命性地改变了电子器件的制造和使用方式,它大大减小了电子元件的体积,提高了功能的集成度,降低了电路的功耗,并为电子设备的小型化、高性能化和高可靠性化提供了基础,集成电路使得电子产品变得更加智能化、便携化,开启了现代电子技术的新纪元。

  芯片就是集成电路的具体实现。芯片是指将集成电路的电子元件按照一定的布局和连接方式制造在半导体基片上的产品。芯片通常是由多个层次的金属导线、晶体管等电子元件组成,通过这些元件之间的连接,实现了各种功能,芯片是集成电路技术的产物,也是现代电子设备中不可或缺的关键组成部分。

  半导体、集成电路和芯片之间的联系可以用一个简单的比喻来理解:半导体就像是建造房子时所用的砖块,集成电路就像是将砖块按照一定的规则摆放在一起形成墙壁、门窗等,而芯片则是具体成型的房子,具备了完整的功能。它们相互依存、相互促进,共同构成了现代电子技术中重要的组成部分。

  1.识别数字集成电路(Digital IC):数字集成电路主要用于处理离散的数字信号,它们能够执行数字逻辑操作,例如逻辑门、触发器、计数器等,数字集成电路广泛应用于计算机、嵌入式系统、通信设备等领域。

  2.模拟集成电路(Analog IC):模拟集成电路处理连续变化的模拟信号。它们用于对模拟信号进行放大、滤波、调节等操作,常见的模拟集成电路包括放大器、滤波器、模拟-数字转换器等,模拟集成电路应用广泛,包括音频设备、手机、电视、无线通信等领域。

  3.混合集成电路(Mixed-signal IC):混合集成电路结合了数字和模拟电路的特性。它们在同一个芯片上同时集成了数字电路和模拟电路,以实现数字与模拟信号之间的转换和交互,混合集成电路常见于通信设备、嵌入式系统等领域。

  4.处理器集成电路(Microprocessor IC):处理器集成电路包含中央处理器(CPU)和其他核心功能,是计算机等设备的核心组成部分,它们能够处理和执行各种指令,使计算机能够运行各种应用程序。处理器集成电路广泛应用于计算机、手机、智能家居等领域。

  5.存储器集成电路(Memory IC):存储器集成电路用于存储和读取数据。它们包括随机访问存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、闪存等,存储器集成电路广泛应用于计算机、手机、存储设备等领域。

  6.传感器集成电路(Sensor IC):传感器集成电路包含各种传感器,用于感知和检测环境中的物理量,常见的传感器集成电路包括温度传感器、压力传感器、光传感器等,传感器集成电路应用于汽车、物联网、医疗设备等领域。

  半导体、集成电路技术和芯片作为国家发展的基础性、战略性的产业,是现代信息科技技术发展的重要载体,也将是未来科技发展的重要驱动力。


("Note: The information presented in this article is gathered from the internet and is provided as a reference for educational purposes. It does not signify the endorsement or standpoint of our website. If you find any content that violates copyright or intellectual property rights, please inform us for prompt removal.")

Online messageinquiry

reading
高温IC设计必懂基础知识:高结温带来的5大挑战
  随着技术的飞速发展,商业、工业及汽车等领域对耐高温集成电路(IC)的需求持续攀升‌。高温环境会严重制约集成电路的性能、可靠性和安全性,亟需通过创新技术手段攻克相关技术难题‌。  这份白皮书致力于探讨高温对集成电路的影响,并提供适用于高功率的设计技术以应对这些挑战。第一篇文章介绍了工作温度,包括环境温度和结温等。本文将继续介绍高结温带来的挑战。  高结温带来的挑战  半导体器件在较高温度下工作会降低电路性能,缩短使用寿命。对于硅基半导体而言,晶体管参数会随着温度的升高而下降,由于本征载流子密度的影响,最高极限会低于 300℃。依靠选择性掺杂的器件可能会失效或性能不佳。  影响 IC 在高温下工作的主要技术挑战包括:  泄漏电流增加  MOS 晶体管阈值电压降低  载流子迁移率降低  提高闩锁效应(Latch-Up)敏感性  加速损耗机制  对封装和接合可靠性的挑战  要设计出能够在高温下工作的 IC,了解高温下面临的挑战至关重要。下文将探讨 IC 设计面临的挑战。  1.泄漏电流增加  CMOS 电路中泄漏电流的增加主要是由半导体 PN 结泄漏和亚阈值沟道泄漏的增加引起的。  ▷反向偏置 PN 结泄漏  在较高温度下,半导体中热能的增加会导致更多电子 - 空穴对的产生,从而产生更高的泄露电流。结泄漏取决于掺杂水平,通常随温度呈指数增长。根据广泛使用的经验法则,温度每升高 10℃,结电流大约增加一倍。  二极管的泄漏电流由漂移电流和扩散电流组成:  其中, q 为电子的基本电荷, Aj 为结面积,ni 为本征载流子浓度,W 为耗尽区宽度,τ 为有效少数载流子寿命,L 为扩散长度,N 为中性区掺杂密度。  在中等温度下,泄漏电流主要由耗尽区中电子 - 空穴对产生的热引起。在高温下,泄漏电流主要由中性区产生的少数载流子引起。漂移电流与耗尽区宽度成正比,这意味着它与结电压的平方根成正比(在正常反向电压下),而扩散电流与结电压无关,并且与掺杂密度 N 成反比。掺杂水平越高,在温度高于约 150°C 时扩散泄漏越少。  泄漏电流的指数增加影响了大多数主动器件(如双极晶体管、MOS 晶体管、二极管)和一些被动器件(如扩散电容、电阻)。然而,由氧化物隔离的器件,例如多晶硅电阻、多晶硅二极管、ploy-poly 电容和 metal-metal 电容,并不受结泄漏的影响。结泄漏被认为是高温 bulk CMOS 电路中最严峻的挑战。  ▷亚阈值沟道泄漏  MOS 晶体管关闭时,栅极 - 源极电压 VGS 通常设置为零。由于漏极至源极电压 VDS 非零,因此漏极和源极之间会有小电流流过。当 Vgs 低于阈值电压 Vt 时,即在亚阈值或弱反型区,就会发生亚阈值泄漏。该区域的漏极源极电流并不为零,而是与 Vgs 呈指数关系,主要原因是少数载流子的扩散。  该电流在很大程度上取决于温度、工艺、晶体管尺寸和类型。短沟道晶体管的电流会增大,阈值电压较高的晶体管的电流会减小。亚阈值斜率因子 S 描述了晶体管从关断(低电流)切换到导通(高电流)的有效程度,定义为使漏极电流变化十倍所需改变的 VGS 的变化量:  其中,n 是亚阈值斜率系数(通常约为 1.5)。对于 n = 1,斜率因子为 60mV/10 倍,这意味着每低于阈值电压 Vt 60mV,漏极电流就会减少十倍。典型的 n = 1.5 意味着电流下降速度较慢,为 90mV/10 倍。为了能够有效地关闭 MOS 晶体管并减少亚阈值泄漏,栅极电压必须降到足够低于阈值电压的水平。  ▷栅极氧化层隧穿泄露  对于极薄的栅极氧化层(厚度低于约 3 纳米),必须考虑隧穿泄漏电流的影响。这种电流与温度有关,由多种机制引发。Fowler-Nordheim 遂穿是在高电场作用下,电子通过氧化层形成的三角形势垒时产生。随着有效势垒高度降低,隧道电流随温度升高而增大。较高的温度也会增强 trap-assisted 隧穿现象,即电子借助氧化层中的中间陷阱态通过。对于超薄氧化层,直接隧穿变得显著,由于电子热能的增加,隧穿概率也随之上升。  2.阈值电压降低  MOS 晶体管的阈值电压 Vt 与温度密切相关,通常随着温度的升高而线性降低。这是由于本征载流子浓度增加、半导体禁带变窄、半导体 - 氧化物界面的表面电位的变化以及载流子迁移率降低等因素造成的。温度升高导致的阈值电压降低会引起亚阈值漏电流呈指数增长。  3.载流子迁移率下降  载流子迁移率直接影响 MOS 晶体管的性能,其受晶格散射与杂质散射的影响。温度升高时,晶格振动(声子)加剧,导致电荷载流子的散射更加频繁,迁移率随之下降。此外,高温还会增加本征载流子浓度,引发更多的载流子 - 载流子散射,进一步降低迁移率。当温度从 25°C 升高到 200°C 时,载流子迁移率大约会减半。  载流子迁移率显著影响多个关键的 MOS 参数。载流子迁移率的下降会降低驱动电流,减少晶体管的开关速度和整体性能。更高的导通电阻会增加功率损耗并降低效率。较低的迁移率还会降低跨导,使亚阈值斜率变缓(增加亚阈值泄漏),降低载流子饱和速度(对于短沟道器件至关重要),并间接影响阈值电压。  4.提高闩锁效应敏感性  集成电路中各个二极管、晶体管和其他元件之间的隔离是通过反向偏置 P-N 结来实现的。在电路开发过程中,需采取预防措施以确保这些结在预期应用条件下始终可靠阻断。这些 P-N 结与其他相邻结形成 N-P-N 和 P-N-P 结构,从而产生寄生 NPN 或 PNP 晶体管,这些晶体管可能会被意外激活。  当寄生 PNP 和 NPN 双极晶体管相互作用,在电源轨和接地之间形成低阻抗路径时,CMOS IC 中就会出现闩锁效应(Latch-up)。这会形成一个具有正反馈的可控硅整流器(SCR),导致过大的电流流动,并可能造成永久性器件损坏。图 1 显示了标准 CMOS 逆变器的布局截面图。图中还包含寄生 NPN 和 PNP 晶体管。正常工作时,所有结均为反向偏置。图 1. 带标记的寄生双极晶体管逆变器截面图和寄生双极晶体管示意图  闩锁效应的激活主要取决于寄生 NPN 和 PNP 晶体管的 β 值,以及 N - 阱、P - 阱和衬底电阻。随着温度的升高,双极晶体管的直流电流增益(β)以及阱和衬底的电阻也会增加。  在高温条件下,闩锁效应灵敏度的增加也可以视为双极结型晶体管(BJT)阈值电压的降低,从而更容易在阱和衬底电阻上产生足以激活寄生双极晶体管的压降。基极 - 发射极电压随温度变化降低的幅度约为 -2mV/℃,当温度从 25℃升至 200℃时,基极 - 发射极电压降低 350mV。室温下的典型阈值电压为 0.7V,这意味着阈值电压大约减半。  5.加速损耗机制  Arrhenius 定律在可靠性工程中被广泛用于模拟温度对材料和元器件失效率的影响。  其中,R( T) 是速率常数,Ea 是活化能,k 是玻尔兹曼常数(8.617 · 10−5eV/K),T 为绝对温度(单位:开尔文)。通常,每升高10°C可靠性就会降低一半。  ▷经时击穿-TDDB  TDDB 是电子器件中的一种失效机制,其中介电材料(例如 MOS 晶体管中的栅氧化层)由于长时间暴露于电场下而随时间退化,导致泄漏电流增加。当电压促使高能电子流动时,在氧化层内部形成导电路径,同时产生陷阱和缺陷。当这些导电路径在氧化层中造成短路时,介电层就会失效。失效时间 TF 随着温度的升高而呈指数级减少。  ▷负 / 正偏置温度不稳定性 - NBTI / PBTI  NBTI 影响以负栅极 - 源极电压工作的 p 沟道 MOS 器件,而 PBTI 则影响处于积累区的 NMOS 晶体管。在栅极偏压下,缺陷和陷阱会增加,导致阈值电压升高,漏极电流和跨导减少。这种退化显示出对数时间依赖性和指数温度上升,在高于 125°C 时有部分恢复。  ▷电迁移  电迁移是指导体中的金属原子因电流流动而逐渐移位,形成空隙和小丘。因此,如果金属线中形成的空隙大到足以切断金属线,就会导致开路;如果这些凸起延伸得足够长以至于在受影响的金属与相邻的另一金属之间形成桥接,则可能导致短路。电迁移会随着电流密度和温度的升高而加快,尤其是在空隙形成后,会导致电流拥挤和局部发热。金属线发生故障的概率与温度成指数关系,与电流密度成平方关系,与导线长度成线性关系。铜互连器件可承受的电流密度约为铝的五倍,同时可靠性相似。  ▷热载流子退化  当沟道电子在 MOS 晶体管漏极附近的高电场中加速,会发生热载流子退化。在栅极氧化层中产生界面态、陷阱或空穴。它影响诸如阈值电压 VT、电流增益 β、导通电阻 RDS_ON 和亚阈值泄漏等参数。在较高温度下,平均自由程减少,降低了载流子获得的能量,使得热载流子退化在低温条件下更为显著。
2025-05-28 09:21 reading:263
集成电路原产地新规,流片地成关键!
半导体集成电路选用八大原则
  电子元器件是电子产品最基本组成单元,电子设备的故障有很大一部分是由于元器件的性能、质量或选用的不合理而造成的,故电子元器件的正确选用是保障电子产品可靠性的基本前提。可靠性设计就是选用在最坏的使用环境下仍能保证高可靠性的元器件的过程。  半导体集成电路选用八大原则  一、集成电路的优选顺序为超大规模集成电路→大规模集成电路→中规模集成电路→小规模集成电路。  二、尽量选用金属外壳集成电路,以利于散热。  三、选用的集成稳压器,其内部应有过热、过电流保护电路。  四、超大规模集成电路的选择应考虑可以对电路测试和筛选,否则影响其使用可靠性。  五、集成电路MOS器件的选用应注意以下内容:  1)MOS器件的电流负载能力较低,并且容抗性负载会对器件工作速度造成较大影响。  2)对时序、组合逻辑电路,选用器件的最高频率应高于电路应用部位的2~3倍。  3)对输入接口,器件的抗干扰要强。  4)对输出接口,器件的驱动能力要强。  六、应用CMOS集成电路时应注意下列问题:  1)CMOS集成电路输入电压的摆幅应控制在源极电源电压与漏极电源电压之间。  2)CMOS集成电路源极电源电压VSS为低电位,漏极电源电压VDD为高电位,不可倒置。  3)输入信号源和CMOS集成电路不用同一组电源时,应先接通CMOS集成电路电源,后接通信号源;应先断开信号源,后断开CMOS集成电路电源。  4)CMOS集成电路输入(出)端如接有长线或大的积分或滤波电容时,应在其输入(出)端串联限流电阻(1~10kΩ),把其输入(出)电流限制到10mA以内。  5)当输入到CMOS集成电路的时钟信号因负载过重等原因而造成边沿过缓时,不仅会引起数据错误,而且会使其功耗增加,可靠性下降。为此可在其输入端加一个施密特触发器来改善时钟信号的边沿。  七、CMOS集成电路中所有不同的输入端不应闲置,按其工作功能一般应作如下处理:  1)与门和非门的多余端,应通过0.5~1MΩ的电阻接至VDD或高电平。  2)或门和或非门的多余端,应通过0.5~1MΩ的电阻接至VSS或低电平。  3)如果电路的工作速度不高,功耗也不要特别考虑的话,可将多余端与同一芯片上相同功能的使用端并接。应当指出,并接运用与单个运用相比,传输特性有些变化。  八、选用集成运算放大器和集成比较器时应注意下列问题:  1)无内部补偿的集成运算放大器在作负反馈应用时,应采取补偿措施,防止产生自激振荡。  2)集成比较器开环应用时,有时也会产生自激振荡。采取的主要措施是实施电源去耦,减小布线电容、电感耦合。  3)输出功率较大时,应加缓冲级。输出端连线直通电路板外部时,应考虑在输出端加短路保护。  4)输入端应加过电压保护,特别当输入端连线直通电路板外部时,必须在输入端采取过电压保护措施。
2025-04-03 17:43 reading:388
集成电路引脚分布规律详解
  在现代电子设计中,集成电路(IC)是核心组件之一,而其引脚的分布规律则影响着电路的功能和性能。了解集成电路引脚的分布,可以帮助设计师优化电路布局,减少干扰,提高整体系统的可靠性。  一、集成电路引脚的基本概念  集成电路引脚是连接外部电路与内部电路的接口,通常由金属材料制成,并通过焊接或插接方式固定在印刷电路板(PCB)上。引脚的数量和排列方式依据IC的类型、功能以及封装形式(如DIP、SMD、BGA等)而异。  1.1 引脚分类  集成电路的引脚通常可以分为以下几类:  电源引脚:通常用于连接电源和接地,确保IC正常工作。  信号引脚:用于传递输入和输出信号,决定了IC的功能。  控制引脚:用于控制IC的工作状态,如复位、使能等。  二、引脚分布的规律  2.1 略称优先的布局  许多集成电路在设计时遵循了略称优先(Power First)的原则,即电源和接地引脚通常位于封装的边缘或靠近中心,以确保它们与其他信号引脚的最佳连接。这种布局可以减少电源线的阻抗,提高供电稳定性。  2.2 信号引脚的排列  信号引脚的排列一般遵循从输入到输出的方向性设计。这种从左到右的布局有助于在设计电路时简化信号流,提高信号完整性。  输入引脚:通常位于封装的一侧,便于外部信号连接。  输出引脚:通常与输入引脚相对,简化信号传输路径。  2.3 接地引脚的分布  接地引脚在设计中扮演着重要角色,它通常具有以下分布规律:  多点接地:在多引脚IC中,接地引脚应分布在不同位置,以减少电流回流时引起的干扰。  接地平面:在PCB设计中,尽量采用连续的接地平面连接接地引脚,以降低电阻和电感,提高电路的信号稳定性。  2.4 保护引脚的设计  一些集成电路还会设置保护引脚,比如用于静电放电(ESD)保护的引脚。这些引脚通常需要在设计时特别关注,确保它们能够有效避免外部环境对IC的损害。  三、实际应用中的注意事项  了解引脚分布规律后,设计师在进行实际应用时,还应注意以下几点:  引脚选择:在详细设计电路时,应仔细查阅IC手册,确认引脚的功能,以避免错误连接。  布局合理:在PCB设计时,要合理布局引脚的位置,尽量缩短信号路径,以降低延迟和噪声干扰。  考虑散热:高功率IC需关注引脚的散热问题,确保在设计时留有充足的散热空间。  测试点设计:适当设置测试点,引脚附近提供常规调试接口,方便后期电路调试和故障排查。  集成电路的引脚分布规律是设计电路的重要基础,掌握这些规律可以帮助设计师更有效地进行电路设计,优化性能。
2025-03-21 16:13 reading:571
  • Week of hot material
  • Material in short supply seckilling
model brand Quote
BD71847AMWV-E2 ROHM Semiconductor
TL431ACLPR Texas Instruments
RB751G-40T2R ROHM Semiconductor
MC33074DR2G onsemi
CDZVT2R20B ROHM Semiconductor
model brand To snap up
IPZ40N04S5L4R8ATMA1 Infineon Technologies
TPS63050YFFR Texas Instruments
BP3621 ROHM Semiconductor
ESR03EZPJ151 ROHM Semiconductor
STM32F429IGT6 STMicroelectronics
BU33JA2MNVX-CTL ROHM Semiconductor
Hot labels
ROHM
IC
Averlogic
Intel
Samsung
IoT
AI
Sensor
Chip
About us

Qr code of ameya360 official account

Identify TWO-DIMENSIONAL code, you can pay attention to

AMEYA360 weixin Service Account AMEYA360 weixin Service Account
AMEYA360 mall (www.ameya360.com) was launched in 2011. Now there are more than 3,500 high-quality suppliers, including 6 million product model data, and more than 1 million component stocks for purchase. Products cover MCU+ memory + power chip +IGBT+MOS tube + op amp + RF Bluetooth + sensor + resistor capacitance inductor + connector and other fields. main business of platform covers spot sales of electronic components, BOM distribution and product supporting materials, providing one-stop purchasing and sales services for our customers.

Please enter the verification code in the image below:

verification code