Seong-Ik Cho Analog System Lab. 1.Electronic Circuit 2.Engineering 3.Electronics Electronics versus Microelecronics.

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2 Seong-Ik Cho Analog System Lab.

3 1.Electronic Circuit 2.Engineering 3.Electronics Electronics versus Microelecronics

4  Electronics  Began about a century ago  The radio, radar communications and computer for gun gliding distance used during the two world wars  Early electronic System  Vacuum tubes ( Plate, Grid, Cathode )

5 Electronics versus Microelecronics  Vacuum tubes  Amplifier, Control, Switching  Demerits  Finite lifetime  Large size  Transistor  Invention in the 1948s  Amplifier, Control, Switching  Merits  Very long lifetime  Smaller volume (e.g, less than 1cm 3 in packaged form)

6 Electronics versus Microelecronics  Integrated Circuits(ICs)  It was not until 1960s that microelectroniscs, i.e., the science of integrating many transistors on one chip, began.  Early IC  Contained only a handful of devices.  Advances in the technology made it possible to dramatically increase the complexity of “microchips”

7  Today’s microprocessors :  about 100million transistors in a chip area of 3cm x 3cm  If each device occupies a volume of 3mm x 3mm x 3mm, determine the minimum volume for the processor. What other issues would arise in such an implementation ? Electronics versus Microelecronics

8  Cellular Telephone  Simplified view of Cell Phone  Cellular telephones were developed in the 1980s and rapidly became popular in the 1990s.  Today’s cell phone contain a great deal of sophisticated analog and digital electronics Example of Microelectronic Systems

9  Transceiver of Cellular Telephone Duplexe r BPF GSM LNA DC Offset Cancellatio n Filter VGA ADC Mixe r PLL DSP Filter VGA DAC Mixe r PA Antenn a Receiver Block Transmitter Block PLL PA:Power Amplifier VGA:Variable Gain Amplifier GSM : WCDMA : Example of Microelectronic Systems

10  Analog Function of Digital Camera  Amplifier  Switching  Analog to Digital Conversion  Digital to Analog Conversion  Digital Function of Digital Camera Signal Processing Storage Example of Microelectronic Systems

11 Chonbuk National University Analog System Lab. 10 반도체산업의 비율 반도체가 국가경제에서 차지하는 비율 기간산업 반도체 기타 SS Hynix Micron Infineon Current Trend of ours semiconductor 21 세기에 풀어야 할 문제는 메모리와 비메모리를 포함하는 전체시스템과 회로의 설계 및 구현기술의 향상 메모리 분야 : 세계적인 위치 비메모리 분야 : 열악한 위치

12 Chonbuk National University Analog System Lab. 11 반도체 산업의 육성배경 국가경쟁력과 정보사회 구현의 원동력 소규모 투지로 사업이 가능 무공해 / 고부가치 산업 메모리 / 비메모리 산업의 활성화 기술집약적으로 고급설계 인력 확보가 경쟁력 강화 미국 전기전자 엔지니어 중에서 평균소득이 최고 장비시설 / 인력중심의 소규모 벤처산업으로 최적화고

13 Chonbuk National University Analog System Lab. 12 반도체란 무엇인가  도체 : 금속 ( 구리, 알루미늄, 금, 은 )  부도체 : 고무, 유리 등등  반도체 : 실리콘 (Si), 게르마늄 (Ge) 등등 원자 (atom) : 물질 구성의 기본요소 전자 (electron) : 전기를 통하게 함 반도체 : 불순물 ( 다른 원자 ) 을 넣어서 전기가 통하는 정도 조절 반도체의 구조

14 Chonbuk National University Analog System Lab. 13 P-type 반도체 순수한 실리콘에 III 족 원소 (B or In ) 를 소량 넣어주면 전자가 비어있는 상태. 즉 정공 (Hole) 이 생김 이 상태에서 실리콘에 전압을 걸어주 면 전류가 흐르게 되는 것이다. 진성반도체와 불순물 반도체

15 Chonbuk National University Analog System Lab. 14 N-type 반도체 순수한 실리콘에 V 족원소 ( P or As ) 를 소량 넣어주면 전자가 남는 상태, 즉 잉여전자가 생김. 이상태에서 실리콘에 전압을 걸어주면 제자리를 못찾은 이 잉여전자가 자유전자가 되며 전류가 흐르게 되는 것이다. 진성반도체와 불순물 반도체

16 Chonbuk National University Analog System Lab. 15 다이오드 (Diode) 한 방향으로 전류가 흐름 NP 트랜지스터 (Transistor) 반도체 소자 G S D B L W n+n+ n+n+ MOSFET BJT

17 Chonbuk National University Analog System Lab. 16 증폭 ( 增幅 ) 전기신호를 이동시키다 보면 점점 약해진다. 따라서 전기 신호를 정상적 으로 전달하기 위 해서는 이동 중에 원상태로 또는 보다 크게 해 주어야 한다. 이처럼 약한 신호를 강한 신호로 키워주는 것을 증폭이라 하며, 증폭작용을 하 는 반도체로 " 트랜지스터 " 가 있다. 반도체는 어떤 일을 하는가 ?

18 Chonbuk National University Analog System Lab. 17 정류 ( 整流 ) 전기신호의 흐름에는 직선처럼 생긴 직류와 파동처럼 생긴 교류 두 가지가 있다. 전기신호 를 처리하다 보면 직류를 교류로 또는 교류를 직류로 바꿔 주어야할 경우가 있는데, 이런 작업 을 전기신호의 흐름 ( 전류 ) 을 정리해주는 의미 에서 정류라고 한다. 이러한 정류작용을 하는 반도체 를 일반적으로 " 다이오드 " 라고 한다. 반도체는 어떤 일을 하는가 ?

19 Chonbuk National University Analog System Lab. 18 변환 ( 變換 ) 전기신호는 필요에 따라 빛 ( 光 ) 이나 소리 ( 音 ) 등으로 바꿔줄 필요 가 있다. 지하철이나 고속도로에 서 볼수 있는 전광판에 쓰이는 반 도체는 전기신호를 빛으로 바꿔주 는 역할 을 하며 이러한 반도체를 " 발광소자 " 라고 한다. 반대로 빛을 전기신호로 바꿔 줄 수도 있 는데 CCD 반도체는 카메라로 읽어들이는 빛을 전기신호 로 바꿔 저장하는 역할 반도체는 어떤 일을 하는가 ?

20 Chonbuk National University Analog System Lab. 19 전기신호를 처리한다 ( 1 ) 전환 ( 轉換 ) 정보 처리를 하다 보면 아날로그를 디지탈로 또는 디지탈을 아나로그로 바꿔주어야할 경우가 있다. 반도체는 이처럼 정보의 상태를 전환해 줄 수 있다. ( 2 ) 저장, 기억 메시지 정보가 프로그램화되어 컴퓨터 메모리에 저장되어 있기 때문에 가능하다. 이처럼 반도체는 정보를 프로그램화해서 저장할 수 있으며, 이러한 반도체를 " 메모리반도체 " 라고 한다. ( 3 ) 계산, 연산 PC( 퍼스널컴퓨터 ) 가 나오기 전에 널리 사용되던 것 으로 전자계산기가 있다. 사용하기도 편하고 속 도도 빠른 이 전자계산기도 그 속에는 반도체가 들어있다. 이처럼 수치정보를 계산하는데 사용되는 반도체를 " 논리반도체 " 라고 한다. ( 4 ) 제어 (CONTROL) 기계나 설비가 정해진 순서에 따라 동작하도록 해주는 것을 " 제어 " 라고 한다. 이런 작동 순서를 프로그램화 하여 반도체 IC 에 기억시켜두면 그 순서에 따라 장비나 작업을 자동으로 제어할 수 있게 되는데, 이러한 반도체를 " 마이크로 프로세서 " 라고 한다. 반도체는 어떤 일을 하는가 ?

21 Chonbuk National University Analog System Lab. 20 전자회로 / 집적회로란 ?  전자회로 우주선, 항공기, 가전, 정보통신, 전기, 산업전자기기등이 모두 전자회로에 의해 인간이 원하는 동작을 하고 있기 때문에 이를 이해하고 개발하는데 가장 핵심이 되는 학문  집적회로 전자회로 (R, L, C, 각종센서, 반도체 칩으로 구성 ) 집적회로 On Si Wafer 전자회로설계 Layout IC Fabrication Process Package Test

22 21 집적회로 설계시 요구되는 반도체 소자 능동소자 - BJT (Bipolar Juction Transistor) - MOSFET (Metal Oxide Semiconductor Field Oxide Tr.) - Diode 수동소자 - 저항 : 전압강하를 이용한 전압제어 - 커패시터 : 리액턴스 크기가 주파수에 반비례 - 인덕터 : 리액턴스 크기가 주파수에 비례 Chonbuk National University Analog System Lab.

23 22 Semiconductor Chip Concept (idea) Circuit (hardware) Semiconductor Chip Chonbuk National University Analog System Lab.

24 23 Integrated Circuit Manufacturing Sequence IC fabrication (wafer 가공 ) Process (EE4330, EE6322) Chip test Packaging Wafer Manufacturing (EE4330, EE 6322) (1) 칩 (Chip), Die (2) Scribe line (3) TEG(Test Element Group) (4) Edge die (5) Flat Zone

25 Chonbuk National University Analog System Lab. 24 The Larger Wafer the Better ! 2” dia.12” dia. 12” pizza # of dies Wafer size Production cost Wafer size

26 Chonbuk National University Analog System Lab. 25  Gordon Moore : a co-founder of Intel “Component counts per unit area doubles every two years.” Feature size reduction enables the increase of complexity. Integration Density of Chip

27 Chonbuk National University Analog System Lab. 26 반도체 제품 Memory 제품 RAM, ROM Micro 제품 메모리를 제외한 반도체 제품

28 Chonbuk National University Analog System Lab. 27 메모리 반도체 제품 반도체 메모리 : RAM (Random Access Memory) ROM (Read Only Memory) 메모리는 데이타나 프로그램의 명령과 같은 정보를 기억하는 장치로서 반도체메모리, 카세트테이프, CD, LD 등 DRAM SRAM VRAM High Speed DRAM Memory Module Memory CARD

29 Chonbuk National University Analog System Lab. 28 Personal Computer DDR: Double Data Rate Graphic DRAM ATI VS. nVIDIA

30 Chonbuk National University Analog System Lab. 29 Digital Semiconductor(Pentium IV) 42 million transistors 0.18 micron 1.5 GHz

31 Chonbuk National University Analog System Lab. 30 SDRAMSystem (PC Board) 168pin DIMM PC133 SDRAM CPU DIMMSocket Chipset SDRAM for Graphic SDRAM

32 Chonbuk National University Analog System Lab. 31 Manufacture for Semiconductor Chip Design Area CAD Area Process Area Test Area Element Area Product Area To make a semiconductor Co-Work

33 Chonbuk National University Analog System Lab. 32 Design Method of Semiconductor Chip Fast Low cost Trend of Product Design method Design Small areaLow power simulation LayoutPG Spec.SPICEVerify Tech. decision DRC/LVS Process 반도체소자 (Tr./R/L/C) 를 이용하여 회로설계

34 Chonbuk National University Analog System Lab. 33 집적회로 설계의 필요성 집적회로의 필요성 소형화 다량생산 가격의 저렴화 정보사회의 구현 국가적 경쟁력

35 Chonbuk National University Analog System Lab. 34 정보화 사회 공업을 주체로 발전해온 공업사회에서 벗어나 정보산업을 주체로 하며 다양한 정보의 생산과 전달을 중심으로 전개되는 사회. Network

36 Chonbuk National University Analog System Lab. 35 정보화 사회로의 적극 대응함 으로 써 초고속 인터넷 1,200 만, 이동전화 3,300 만등 세계 최고 수준의 정보통신 인프라 국가로 괄목할 만한 성과 이룸 Ubiquitous IT 시대 선도 ' 도처에 널려 있다 ', ' 언제 어디서나 동시에 존재한다 ' 라는 라틴어에서 유래한 개념으로 언제, 어디서나, 누구라도 컴퓨터와 네트워크를 통해 손쉽고, 편리하고, 안전하게 이용할 수 있는 환경을 의미

37 Chonbuk National University Analog System Lab. 36 Huk huk…… …. 과거 / 현재 / 미래 Vision( 목표 )

38 Chonbuk National University Analog System Lab. 37 반도체 설계엔지니어가 되기 위하여 Vision Dream 지금부터 계획을 세워 VISION( 앞으로의 목표 ) 전략을 잘 세워 설계엔지니어가 될수 있도록

39 Chonbuk National University Analog System Lab. 38 반도체설계 엔지니어의 위치

40 Chonbuk National University Analog System Lab. 39 반도체 기술의 지수함수적 발전은 정보혁명을 가져왔으며 정보 기술 은 사회의 기반기술로서 중요한 역할이 계속될 것이다. 반도체 설계는 소자, 회로, 알고리즘, 소프트웨어, 응용 시스템등 관련 관련분야가 광범위하다. 반도체 기술은 2020 년경 까지는 무어의 법칙에 따라 발전할 것이며, 그 이후 새로운 소자로 대체 되는 경우에도 설계기법은 계속 적용할 수 있을 것이다. 반도체 설계 기술은 진입 장벽이 높으나 어느 정도 기간만 인내하면 궤도에 도달할 수 있다 사회적인 수요가 지속되므로 앞으로 국가적으로 이익을 창출에 기여 할수 있고, 개인적으로 ? !. 결 론

41 Chonbuk National University Analog System Lab. 40  모든 사물과 인간에 다수의 컴퓨터가 부착되고 네트워크가 통합되어 인간중심의 전자 지능이 펼쳐지는 유비쿼터스 정보시대가 펼쳐지고 있습니다.  앞으로 정보화 시대를 위해선 반도체 집적회로 칩이 필수적입니다.  그러므로 ? ! ( 내 직업이 내 인생이 내 삶이 …………………) 결 론

42 Chonbuk National University Analog System Lab. 41 Thank you for attention