从半导体晶体管到现代信息技术革命.pptxVIP

上海大学2011级理工类通识教育课程之一第三讲从半导体晶体管到现代信息技术革命上海大学物理系 张金仓E-mail: jczhang@staff.shu.edu.cn2011-07-21什么是集成电路集成电路历史溯源微电子传奇人物科技改变生活未来畅想曲启示与思考；课后活动与题目的设计提纲什么是集成电路什么是微电子技术什么是集成电路 什么是集成度什么是微电子技术 1946年，世界第一台电子管计算机──埃尼克（ENIAC，数字积分计算机）诞生了，它占地167平方米，重量达30吨，耗电160千瓦，是一个名副其实的“庞然大物”。我们设想一下，如此庞大的计算机能够进入办公室、企业以及广大家庭么？而如今，计算机已经发展成为不足几公斤的微型计算机以及便携式笔记本电脑，并走近千家万户，成为人们不可或缺的工具。这真是不可想象的变化。 那么，是什么引起如此巨大的变化呢？答案就是微电子技术。那么，什么是微电子技术呢？ 微电子技术就是使电子元器件和电子设备微小型化的技术，其核心是集成电路。因此，微电子技术通常也被称为集成电路技术。微电子技术的兴起和迅猛发展促进和推动了计算机技术、通信技术等信息技术的快速发展。可以毫不夸张地说，没有微电子技术，就没有今天的信息社会。微电子技术是信息社会的基础。什么是集成电路 你通过卫星转播观看奥运比赛的时候，当你通过笔记本电脑学习、工作的时候，当你畅游在精彩的网络世界享受在线多媒体的时候，当你舒适地坐在家里的沙发上，惬意地欣赏家庭影院带来的动感体验的时候，当你无论走到哪里，总能通过手机及时跟家人联系的时候…….你是否想过，这所有的一切都和一个事物有关，它就是集成电路。 究竟什么是集成电路呢？也许你对它感到十分陌生，但是它在现实生活中却无处不在，被广泛应用于人们生产生活中所用的各种各样的电子设备中。如果把现代信息社会比喻成宏伟大厦，那么集成电路就是构建这宏伟大厦的金砖 集成电路（Integrated Circuit, IC）就是通过一系列特定的加工工艺，将晶体管等有源器件（简称器件）以及电阻电容等无源器件（简称元件），按照一定的电路互连关系，“集成”在一块半导体晶片上，封装在一个外壳内，执行特定的电路或系统功能。集成电路通常也被称作芯片。一块半导体晶圆片可以加工成千上万颗芯片，芯片很小，却可以用晶圆片加工的方式实现规模化生产。 集成度是集成电路发展水平的一个重要标志。集成电路从1958年发明以来，一直以惊人的速度在发展，最初的小规模集成电路其集成度只有几十个晶体管，而现在的巨大规模集成电路其集成度已达上亿个晶体管（目前最高集成度已超过10亿个晶体管）！什么是集成度 人们通常用某种尺度来衡量一个事物，例如，用高度来衡量大山之高，用深度来衡量海水之深，用面积来衡量天地之广阔……同样的道理，那么集成电路的规模以及制造工艺水平又是拿什么来衡量的呢？ 人们通常用集成度来衡量集成电路的规模。那么什么是集成度呢？集成度就是一块集成电路芯片中包含元器件的数目。芯片集成度越高，其中包含的元器件数目就越多，其规模就越大，芯片往往能够实现更加复杂的电路和系统功能。集成电路历史溯源电子管的发明晶体管的发明集成电路的发明摩尔定律电子管的发明 弗莱明于1904年研制出一种能够充当交流电整流和无线电检波的特殊“灯泡”，他把这项发明称为“热离子阀”，阀是开关的意思，并为它申请了专利。这就是世界上第一只电子管，也就是人们后来所说的真空二极电子管。 真空二极电子管的发明标志着人类进入了无线电时代。真空二极电子管发明后主要用作检波器件，但是早期由于其性能很不稳定，直到高真空电子管发明后，它才获得普遍应用。 1906年，美国发明家德·福雷斯特在真空二极电子管的阴极和阳极之间添加了一个栅栏式的金属丝网，形成第三个极，该金属丝网后来被称作“栅极”。德·福雷斯特为这“三个极”的真空管（取名为“Audion，奥迪恩”）申请了专利，并宣告真空三极电子管具有放大作用。 真空三极电子管的发明和应用在电子技术史上具有划时代的意义，它为通讯、广播、电视、计算机等技术的发展铺平了道路，并奠定了近代电子工业的基础。 1943年，莫奇利和年仅２４岁的硕士研究生埃克特(J. Prespen Eckert)组织了一个研究小组，全力投入研制，并为这台计算机起名为“电子数字积分计算机”（ Electronic Numerical Integrator And Computer），简称“ENIAC” 。 经过三年紧张的工作，“ENIAC” 终于在1946年2月14日问世了，它是世界上第一台电子管计算机。ENIAC使用了17,468只电子管，70,000只电阻，10,000只电容，占地167平方米，重量达30吨，耗电160千瓦，是一个名副其实的“庞然大物”。 晶体管的发明 1946年，美