探索清华大学VLSI设计：硅与GaAs器件比较

清华大学的VLSI设计导论课程深入探讨了第三章——器件设计技术，这一章节主要关注集成电路的不同制造材料和工艺。首先，介绍了集成电路的主要分类，即基于Si（硅）和GaAs（砷化镓）的两类。尽管硅材料是ASIC设计的主流，但GaAs因其能提供更高的电路速度在某些高速应用中占据一席之地，然而其生产工艺的问题，如成品率低，限制了其大规模应用。 在双极型工艺下，讨论了常见的逻辑门设计技术，如Emitter-Coupled Logic (ECL) 和 Current-Mode Logic (CML)，以及Transistor-Transistor Logic (TTL) 和 Integrated Injection Logic (IIL)。这些技术在不同的应用场景中展现各自的优点。 在MOS工艺部分，重点提到了NMOS（金属氧化物半导体）、PMOS（P型MOS）、CMOS（金属栅CMOS）等技术，其中CMOS由于其低功耗、高集成度和较好的兼容性，成为最广泛使用的逻辑门设计。特别提到的是High-Speed CMOS (HSCMOS)和Silicon-on-Sapphire (SOS) CMOS，前者提高了速度，后者提升了抗辐射能力；此外，还有Vertical CMOS (VMOS)，通过垂直结构设计来提升密度并减少Latching-Up效应。 对于GaAs集成电路，其关键特性在于III-V族化合物半导体中的载流子迁移率远高于硅，这使得GaAs非常适合制作MESFET（金属半导体场效应晶体管）。GaAs工艺易于集成，但由于工艺一致性问题，导致成品率相对较低。 清华大学的VLSI设计导论课程第三章通过对比不同材料和工艺的优缺点，展示了集成电路器件设计的多元化选择，强调了硅作为主导材料的同时，也指出了GaAs在特定领域中的潜力及其挑战。这对于理解集成电路设计的原理和技术趋势具有重要意义。