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第1章 信息技术概述 1.3 微电子技术简介 1.3 微电子技术简介 (1)微电子技术与集成电路 什么是微电子技术？ 电子电路中元器件的发展演变 什么是集成电路？ 集成电路 (Integrated Circuit，简称IC)： 以半导体单晶片作为基片,采用平面工艺，将晶体管、电阻、电容等元器件及其连线所构成的电路制作在基片上所构成的一个微型化的电路或系统 集成电路的优点： 体积小、重量轻 功耗小、成本低 速度快、可靠性高 IC是所有电子产品的核心 集成电路的其他分类 按用途分： 通用集成电路 专用集成电路（ASIC） 按电路的功能分： 数字集成电路 模拟集成电路 按晶体管结构、电路和工艺分： 双极型（Bipolar）电路 金属氧化物半导体(MOS)电路 ······ 微电子技术与集成电路 集成电路芯片是微电子技术的结晶，它们是计算机和通信设备的核心。 先进的微电子技术→→高集成度芯片→→高性能的计算机→→利用计算机进行集成电路的设计、生产过程控制及自动测试，又能制造出性能高、成本更低的集成电路芯片 微电子技术与集成电路(续) 集成电路是现代信息产业和信息社会的基础 集成电路是改造和提升传统产业的核心技术 2000年世界半导体产值达2000亿美元 电子信息产品市场总额超过1万亿美元 据预测：未来十年内世界半导体的年平均增长率将达15%以上，2010年全世界半导体的年销售额可达到6000~8000亿美元，将支持4~5万亿美元的电子装备市场。 (2)集成电路的制造(选学) 集成电路的制造(阅读材料1.5) 集成电路的制造材料：主要是硅，也可以是化合物半导体如砷化镓。 (3)集成电路的发展趋势 IC集成度提高的规律 Moore定律：单块集成电路的集成度平均每18个月翻一番 (Gordon E.Moore,1965年) IC技术发展——增大晶圆面积 增大硅晶圆的面积：使每块晶圆能生产更多的芯片 比如，使用0.13微米的工艺在200mm的晶圆上可以生产大约179个处理器核心，而使用同样工艺在300mm的晶圆可以制造大约427个处理器核心，而实际成本提高不多 IC技术发展——减小蚀刻尺寸 减小蚀刻尺寸，缩小晶体管、电阻、电容和连线的尺寸 尺寸越小，开关速度越快，性能越高 相同面积晶片可容纳的晶体管数目就越多，成本越低 8086的蚀刻尺寸为 3μm Pentium的蚀刻尺寸是 0.80μm Pentium 4的蚀刻尺寸当前是 0.09μm（90纳米） 酷睿2双核的蚀刻尺寸为 0.065μm（65纳米） 酷睿2四核的蚀刻尺寸为 0.045μm（45纳米） 酷睿i7六核的蚀刻尺寸为 0.032μm（32纳米） Intel CPU芯片工艺的进展 进一步提高集成度的问题与出路 问题： 线宽进一步缩小后，晶体管线条小到纳米级时，其电流微弱到仅有几十个甚至几个电子流动，晶体管将逼近其物理极限而无法正常工作 出路： 在纳米尺寸下，纳米结构会表现出一些新的量子现象和效应，人们正在利用这些量子效应研制具有全新功能的量子器件，使能开发出新的纳米芯片和量子计算机 同时，正在研究将光作为信息的载体，发展光子学，研制集成光路，或把电子与光子并用，实现光电子集成 光子计算机 光能够像电一样来传递信息，甚至效果更好。而且，更重要的一个特点在于它不会和周围环境发生相互干扰的作用。 量子计算机 是运用量子力学来设计的。从理论上说，它们的速度提高可以说是没有止境的，因为量子计算技术可以在同一时间内执行各种操作，同时有足够的能力来完成现在电子计算机还很难完成的任务，比如说完成密码的破译和语音的识别等等。这是因为量子不像半导体只能记录0与1，它可以同时表示多种状态。如果把半导体比成单一乐器，量子电脑就像交响乐团，一次运算可以处理多种不同状况。 分子计算机 现在已经开发出来一种能够由氮气和二氯化碳来开动和关闭的分子计算机，这种超高速的微型计算机离现实已经很近了。分子计算机能够比硅计算机更小、更便宜,耗 ... 分子计算机的各种应用:手表大的超级计算机、可缝进到衣服里 ... 生物计算机 实际上就是随着生物技术的发展，人们将模仿人的大脑制造一种用基因学的机制来开发的新一代计算机。 现在生物计算机的模型已经出来。以色列的科学家制造了一个有可能会比单个活细胞还要小的计算机的模型。这么微小的计算机也可能将在我们的体内漫游，监视我们的健康。也许会纠正它所发现人体 内哪个地方脂肪的堆积，帮助解决 问题。其实每一个细胞实际上都是 一个复杂的生物机件，一个系统。 用这么一种仿生技术来制造生物 计算机。 (4) IC卡简介 什么是 IC卡？ IC卡(chip card、smar