1.3 集成電路元件的分類

1.3.1 IC的功能及類型

礦石收音機時代就已使用的二極管、三極管、電阻、電容等分立元件至今仍在生產、出售、使用。IC中更是大量存在具有相同功能的元件，為與通常的分立元件相區別，稱前者為“半導體元件”。

這些半導體元件，一般可以分成兩大類：第一大類為有源元件(又稱為能動元件、主動元件，這種稱謂更科學)，指在IC中具有使電氣信號放大、變換等積極功能的元件，例如三極管、二極管等；第二大類為無源元件(又稱為受動元件、被動元件，這種稱謂更科學)，指在IC芯片中起受動作用的元件，例如電阻、電容等。

這些半導體元件在IC中成千上萬，數量很多，為對集成電路有初步了解，應該從以下幾個方面考慮：①功能方面：該集成電路有哪些功能，起什么作用；②性能方面：運行速度、工作電壓、功耗各是多少；③集成度方面：IC中含有多少(數量級)半導體元件；④集成密度方面：半導體元件在芯片上擠得有多滿，或說單位面積上裝有多少半導體元件；⑤技術方面：為實現上述要求，采用了哪些技術。

首先，存儲器IC的功能是存儲記憶各種各樣信息。其次，CPU是指相當于計算機大腦的中央處理器。CPU又分為MPU（Microprocessor Unit）、MCU（Micro Controller Unit）以及處理器周邊IC。MPU是在CPU部分僅裝入一個LSI芯片構成的。MCU比MPU做得更加緊湊，多用于家電等產品。AS-IC（Application Specific Integrated Circuit）區別于CPU更多為定制的，分為用戶定制型和特殊用途型。其中的用戶定制型又分為全用戶定制型以及半用戶定制型，半用戶定制型分為門陣列型（GA）、標準單元陣列型。而特殊用戶定制型有數字式音頻應用型、圖像處理應用型以及其他的應用。最后是系統LSI，是指僅在一個芯片上同時裝入多個前面所介紹的通用IC以及LSI，以實現多種不同的系統功能，因此也可以稱為SoC（System on Chip），即單芯片系統。

1.3.2 RAM和ROM

存儲器的功能是存儲或記憶各種各樣的“信息”。

存儲器按功能可分為易失性存儲器(隨機存儲器）和不易失性存儲器（只讀存儲器）兩大類：前者切斷電源則已存儲的信息全部失掉；而后者即使切斷電源已存儲的信息也繼續保持。

易失性存儲器稱為RAM(Random Access Memory：隨機存取存儲器)，這種存儲器可以隨時寫入或者隨時讀出新的信息。在RAM中又有DRAM和SRAM之分。

在DRAM(Dynamic RAM：動態隨機存取存儲器)中存儲的信息，即使電源不切斷，經過一定的時間，記憶內容也會失掉。為此，在DRAM中，每經過一定的時間需要重復進行“再存入”(修復動作)操作。

與此相對，對于SRAM(Static RAM：靜態隨機存取存儲器)來說，只要電源不切斷，記憶就繼續保持。沒有必要像DRAM那樣進行“再存入”操作，因此使用方便，速度也快。

無論是DRAM還是SRAM，都屬于易失性存儲器，電源一旦切斷，記憶的內容就會失掉。與此相對，即使電源切斷，內容仍能保持的非易失性存儲器為ROM。通常，單提到ROM，是指“掩模ROM”，其記憶的內容在IC制作時即已存入，以后不能更改，故只能進行“讀出動作”，為只讀性存儲器。

與此相對，EPROM在IC制造時處于“白紙”狀態，必要的信息可以在以后記入。而且，經紫外線照射可消除記入的信息，但與DRAM相比要慢得多，消除時全部信息同時失掉。

EEPROM也屬于ROM，其中信息可以以塊為單位用電氣方法進行消除，只是構造復雜，集成度難以提高。

集上述各種存儲器的優點，近年來出現了快閃存儲器（FLASH Memory）。例如家庭用ISDN(Integrated Services Digital Networks：綜合服務數字網絡系統)設備等，經一次設定，以后即使電源切斷，也不會自動消除，顯然快閃存儲器等大有用武之地。

1.3.3 半導體器件的分類方法

半導體器件有多種不同的分類方法。例如，按其結構有雙極結型及CMOS型之分，按其功能有數字型及邏輯型之分等。在此，集半導體器件之大成，除了按集成度、基板構成、結構、功能分類之外，還按開發形態和生產形態進行分類，下表是對這些分類的匯總。

本章所述，采用了表中所示的按基板構成分類，主要討論在硅基板內將所有元件都制作在其中的所謂單片器件，因此薄膜IC、厚膜IC等混合型器件并不包含其中。

半導體制程中最令人頭痛的問題是器件的構造區分。首先，雙極型和MOS型在基本制作工藝上有很大差異，而BiCMOS的基本制作工藝更是與二者的不同。因此，不同工藝的整合必不可少。

在按功能的分類中，對于三極管（CMOS）來說，盡管存儲器、邏輯器件等對其所要求的性能及對工藝所要求的精度多少有些差異，但只要處于同一設計基準（特征線寬），其基本的加工技術內容大致上是相同的。但對于存儲器來說，由于存儲器特有的結構（電容器），需要考慮加入制作它的工藝流程。而且，在存儲器、邏輯混載型器件（系統LSI及芯片上系統（System on Chip，SoC）中，既有采用三維電容器結構但不需要2～3層以上多層布線的存儲器，又有不具有電容器結構而采用2～3層及以上多層布線的邏輯電路，因此工藝整合不可或缺。

在按器件的開發形態或生產形態的分類中，有半用戶型器件（柵陣列等）。在這些器件中，預先在基板內完成三極管的工序及布置，再按用戶所要求的回路在其上通過布線工序，實現芯片化。這種基板是預先做好三極管的，應要求實施布線即可出貨。

關于生產形態，還要進一步考慮基礎生產形態中工藝的模塊化。這是由于，通過生產及工藝的通用化和標準化，可以降低價格，縮短工期。