集成电路的发展与应用教学课件

集成电路的发展与应用IntegratedcircuitTimeYouth测控1401第二组组员：刘金涛王栋王清

吴天昊甘智超2021/4/171

集成电路（IC）

所谓集成电路（IC），就是在一块极小的硅单晶片上，利用半导体工艺制作上许多晶体二极管、三极管及电阻、电容等元件，并连接成完成特定电子技术功能的电子电路。从外观上看，它已成为一个不可分割的完整器件，集成电路在体积、重量、耗电、寿命、可靠性及电性能方面远远优于晶体管元件组成的电路，目前为止已广泛应用于电子设备、仪器仪表及电视机、录像机等电子设备中。2021/4/172

世界集成电路发展史1912年前后，电子管的制作日趋成熟引发了无线电技术的发展；1906年，第一个电子管诞生；1920年，发现半导体材料所具有的光敏特性；1918年前后，逐步发现了半导体材料；1932年前后，运用量子学说建立了能带理论研究半导体现象；1956年，硅台面晶体管问世；1960年12月，世界上第一块硅集成电路制造成功；1966年，美国贝尔实验室使用比较完善的硅外延平面工艺制造成第一块公认的大规模集成电路。1997年：300MHz奔腾Ⅱ问世,采用0.25μｍ工艺，奔腾系列芯片的推出让计算机的发展如虎添翼，发展速度让人惊叹。2009年：intel酷睿i系列全新推出，创纪录采用了领先的32纳米工艺，并且下一代22纳米工艺正在研发。2021/4/173

世界集成电路发展史电子管晶体管集成电路电子管，是一种在气密性封闭容器中产生电流传导，利用电场对真空中的电子流的作用以获得信号放大或振荡的电子器件。由于电子管体积大、功耗大、发热厉害、寿命短、电源利用效率低、结构脆弱而且需要高压电源的缺点，很快就不适合发展的需求，被淘汰的命运就没躲过。晶体管，是一种固体半导体器件，可以用于检波、整流、放大、开关、稳压、信号调制和许多其它功能。晶体管很快就成为计算机“理想的神经细胞”，从而得到广泛的使用。虽然晶体管的功能比电子管大了很多，但由于电子信息技术的发展，晶体管也越来越不适合科技的发展，随之出现的就是能力更强的集成电路了。2021/4/174

中国集成电路发展史中国的集成电路产业起步于20世纪60年代中期1976年，中国科学院计算机研究所研制成功1000万次大型电子计算机所使用的电路为中国科学院109厂研制的ECL型电路；1986年，电子部提出“七五”期间，我国集成电路技术“531”发展战略，即推进5微米技术，开发3微米技术，进行1微米技术科技攻关；1995年，电子部提出“九五”集成电路发展战略：以市场为导向，以CAD为突破口，产学研用相结合以我为主，开展国际合作，强化投资；在2003年，中国半导体占世界半导体销售额的9%，电子市场达到860亿美元，中国成为世界第二大半导体市场，中国中高技术产品的需求将成为国民经济新的增长动力。到现在已经初具规模，形成了产品设计、芯片制造、电路封装共同发展的态势。我们相信，随着我国经济的发展和对集成电路的重视程度的提高，我国集成电路事业也会有更大的发展。2021/4/175

中国集成电路发展现状

中国人使用手机采用的芯片中，只有不足两成是我国自主研发生产的，至于4G手机采用的芯片，则基本上都是依靠国外进口。工信部的数据显示，2013年我国集成电路进口额高达2313亿美元，同比增长20.5%，而海关总署数据显示同期我国原油进口总额约2196亿美元。事实上，中国有十余年集成电路进口额超过石油，长期居各类进口产品之首。一直以来，我国芯片产业受制于人。

国务院发展研究中心发布的《二十国集团国家创新竞争力黄皮书》指出，中国关键核心技术对外依赖度高，80%芯片都靠进口。我国一年制造11.8亿部手机、3.5亿台计算机、1.3亿台彩电，都是世界第一，但嵌在其中的芯片专利费用却让中国企业沦为国际厂商的打工者。

发展集成电路的重要性和必要性在全国已有共识。中科院半导体研究所研究员吴南健说，各种芯片中，CPU、储存器等我国都无法自给，一些有规模的公司，也多数是给低端手机做配套，而高价值产品基本已被国外公司垄断。一、芯片产业受制于人2021/4/176

中国集成电路发展现状一、芯片产业受制于人2021/4/177

中国集成电路发展现状

事例：2013年在中国移动一期TD-LTE(4G)招标中，国产芯片厂商集体失意。终端招标结果显示，采用美国高通芯片的中标终端产品占一半以上，而国产芯片厂商只有华为海思中标。

目前我国半导体产业中，芯片设计水平与国际基本相当，封装技术水平有4至5年差距，制造工艺差距在3年半左右。在推动芯片产业发展中，我国投入不可谓不大。邓中翰表示，国家出台的支持芯片发展的重大专项，有不少都是百亿元级别的投入。北京、上海、武汉、西安等地的芯片制造商在国有银行和当地政府的支持下向半导体产业投入了巨资。二、与国际先进水平存在差距2021/4/178

中国集成电路发展现状然而，经过多年努力，本土芯片制造商仍处于发展初期，其中最具代表性的中芯国际等企业，与竞争对手英特尔、三星电子、台积电等国际半导体巨头相比，仍存在巨大差距。“核心技术是买不来的。”邓中翰说，由于资金、技术、管理等方面的劣势，我国企业依然很难与国外巨头竞争。一方面，与国外相比，中国的芯片产业起步较晚，核心技术受制于人;另一方面，相比国外动辄上百亿美元的投入，我国的投入依然相对偏小。二、与国际先进水平存在差距2021/4/179中国集成电路发展未来趋势

数据显示，全球半导体市场2013年恢复增长。我国集成电路行业抓住市场契机，在国家加快推动集成电路产业发展相关政策的支持下，全年完成销售产值2693亿元，同比增长7.9%，增幅高于上年2.9个百分点;累计生产集成电路866.5亿块，同比增长5.3%。与此同时，行业效益也得到大幅改善。2013年，集成电路行业实现利润总额148亿元，同比增长28.3%，扭转了上年下滑14.6%的局面;销售利润率6.1%，比上年提高1.1个百分点。目前，集成电路产业结构正处于良性调整阶段。2013年IC设计收入增长19%，设计业在全行业中比重超过30%，重点企业快速成长，本土封装测试企业业绩也有大幅增长。三、中国集成电路产业形势大好2021/4/17109、人的价值，在招收诱惑的一瞬间被决定。2023/2/32023/2/3Friday,February3,202310、低头要有勇气，抬头要有低气。2023/2/32023/2/32023/2/32/3/20234:35:44PM11、人总是珍惜为得到。2023/2/32023/2/32023/2/3Feb-2303-Feb-2312、人乱于心，不宽余请。2023/2/32023/2/32023/2/3Friday,February3,202313、生气是拿别人做错的事来惩罚自己。2023/2/32023/2/32023/2/32023/2/32/3/202314、抱最大的希望，作最大的努力。03二月20232023/2/32023/2/32023/2/315、一个人炫耀什么，说明他内心缺少什么。。二月232023/2/32023/2/32023/2/32/3/202316、业余生活要有意义，不要越轨。2023/2/32023/2/303February202317、一个人即使已登上顶峰，也仍要自强不息。2023/2/32023/2/32023/2/32023/2/3中国集成电路发展未来趋势三、中国集成电路产业形势大好2021/4/1712中国集成电路发展未来趋势

随着技术的不断进步，客户和设备供应商面临的工艺和整合方面的挑战日益严峻。新的元件结构和材料上的变革都将对客户的发展战略起到决定作用。在晶圆代工产业，14nm/16nm的FinFET器件已取得了一定的发展。拥有较低泄漏率和更高速度的低功率晶体管备受瞩目。3DNAND使平面NAND降到20nm以下，创造出外形更小巧、位密度更高的产品。在3DNAND方面，随着产品从24个单元叠层向32个/64个增加，我们也面临着高纵横比(HAR)方面的挑战。

未来IC产品的创新，不是单纯集成更多的功能，而是随着生活水平的提高，围绕人们生活质量的改善来创新和开发创意产品。能否开发出有精准市场定位的创新产品，将在相当程度上决定一个企业的成败。

四、中国集成电路产业变革在即2021/4/1713中国集成电路发展未来趋势

就目前而言，我国的集成电路技术与国际的先进水平仍有较大差距，无法提供高质量高水平的产品，在国际市场的竞争中也常常处于劣势。幸运的是，由于国家的重视与大力支持，我国创新水平提升、相关产业链逐步完善，我国的集成电路产业已经得到快速发展，并取得一定的成果。不过随着技术的发展与社会的进步，我国的集成电路产业也面临着越来越多的挑战。

五、总结2021/4/1714中国集成电路发展未来趋势

我们不得不注意到其中存在的问题，例如与国外相比，中国的芯片产业起步较晚，核心技术受制于人;另一方面，相比国外动辄上百亿美元的投入，我国的投入依然相对偏小。我国在创新体制机制上仍有欠缺，缺乏市场顶层设计。我国一些部门、企业还是习惯跟踪思维，国外有什么东西就跟着做什么东西。所以要想实现我国集成电路产业的健康、可持续的发展，不管是企业还是国家都需要做出努力。

比如说，国家应加大支持力度，设立先进半导体产业发展专项资金，并建立稳定的财政投入增长机制，加大对半导体设计、制造等方面重点企业的集中投入;同时，研究出台促进先进半导体产业发展的优惠税收政策。国家应实施标准化战略，用好政府和市场两只手，创造“跨越式”新需求，加大对在国内外市场或标准方面具有优势的国内企业的支持力度，培养国内产业的核心竞争力，从根本上摆脱受制于人的局面。五、总结2021/4/1715中国集成电路发展未来趋势

同时，企业应主要通过提高自身的研发能力、技术创新和知识产权保护管理水平，并构建以专利保护为核心及正确的申请策略、保护策略和经营策略为支撑的知识产权战略体系，从而努力提高自主创新能力。与海外科技企业和研发机构展开多层次合作等方式也可以作为辅助手段。此外，企业可以通过国内外的兼并重组，提升企业的国际竞争力。在市场制度创新方面，国内设备公司应该进一步加强发展海外市场，采取多种方式，如在海外设立分支机构提升客户服务质量和水平，并拓宽市场渠道。当然，想要实现更远大的目标，仅仅做到以上要求是不够的，未来的发展之路一定是充满挑战与艰辛的，但只要国家与企业积极地努力，我国的集成电路产业一定会有良好的发展前景。五、总结2021/4/1716

集成电路在生活上的应用

集成电路对一般人来说也许会有陌生感，但其实我们和它打交道的机会很多。计算机、电视机、手机、网站、取款机等等，数不胜数。

集成电路技术在日常生活中的各个领域都有广泛应用。比如说在汽车上，微控制器、功率半导体器件、电源管理器件、LED驱动器和CCFL驱动器等汽车集成电路器件的应用使得汽车能够出于最佳工作状态；再比如说在热能动力工程领域中的应用，最简单的莫过于温控计，当然，火电厂中的信息管理系统是离不开集成电路技术的。

提到集成电路我们就不得不提到我们的日常生活，在我们生活中与集成电路有关的产品随处可见。手机、电视、数码相机、摄像机等都与我们的生活关系越来越近。2021/4/1717

集成电路在生活上的应用

随着技术的进步和社会的发展，手机以其独特的传播功能，日益成为人们获取信息、学习知识、交流思想的重要工具，成为文化传播的重要平台。目前，我国已有手机用户5亿多，形成以手机为载体的网站、报纸、出版物等新的文化。手机功能和手机款式也在不断更新，以适应现代人们生活的要求。各种各样的手机接连问世，从小灵通到具有摄像功能的高新手机，手机行业正在以惊人冲击人们的思维和眼界,但无论手机如何变化，它内部的集成电路却是永远存在的。2021/4/1718

集成电路在生活上的应用2021/4/1719

集成电路在生活上的应用

伴随着现代社会节奏的加快，外界娱乐费用的增涨，电视传播的普及，已经为人们呆在家中提供了充足的理由和条件，足不出户却可以感受社会交谈带来的人际交际感觉。电视在不断发展，从黑白到彩电，从液晶到曲面都离不开支持它的集成电路，集成电路的体积在越变越小，电视的功能也越来越丰富。

电视机用集成电路包括行、场扫描集成电路、中放集成电路、伴音集成电路、彩色解码集成电路、AV/TV转换集成电路、开关电源集成电路、遥控集成电路、丽音解码集成电路、画中画处理集成电路、微处理器（CPU）集成电路存储器集成电路等。2021/4/1720

集成电路在生活上的应用2021/4/1721

集成电路在生活上的应用

音响用集成电路包括AM/FM高中频电路、立体声解码电路、音频前置放大电路、音频运算放大集成电路、音频功率放大集成电路、环绕声处理集成电路、电平驱动集成电路，电子音量控制集成电路、延时混响集成电路、电子开关集成电路等。2021/4/1722

集成电路在生活上的应用

影碟机用集成电路有系统控制集成电路、视频编码集成电路、MPEG解码集成电路、音频信号处理集成电路、音响效果集成电路、RF信号处理集成电路、数字信号处理集成电路、伺服集成电路、电动机驱动集成电路等。录像机用集成电路有系统控制集成电路、伺服集成电路、驱动集成电路、音频处理集成电路、视频处理集成电路。2021/4/1723

集成电路在生活上的应用

打印机的发展也离不开集成电路，它的便捷与多样的功能，得益于它内部一块块绿色的集成电路，虽然只有一块瓷砖大的面积，却集中了上百个电路元件，几百种电路连接。

我们的生活处处都有集成电路的身影，集成电路让我们的生活更加便捷高效。2021/4/1724

集成电路在医疗上的应用

在医学管理方面IC卡医疗仪器管理系统就是典型代表。IC卡医疗仪器管理系统集IC卡、监控、计算机网络管理于一体，凭卡检查，电子自动计时计次，可实现充值、打印，报表功能。系统性能稳定，运行可靠；控制医疗外部关键部位，不与医疗仪器内部线路连接，不影响医疗仪器性能，不产生任何干扰；管理机与智能床有机结合，分析计次；影像系统自动识别，有效解决病人复查问题；轻松实现网络化管理，可随时查阅档案记录，统计任意时间内的就医人数。2021/4/1725

集成电路在医疗上的应用

在健康应用方面，临时心脏起搏器作为治疗各种病因导致的一过性缓慢型心律失常及植入永久心脏起搏器前的过渡性治疗，已广泛应用于临床工作，技术成熟。在非心脏的外科手术患者中合并有心动过缓及传导阻滞者，在围手术期可因为麻醉、药物及手术的影响，加重心动过缓及传导阻滞，增加了手术风险，限制了外科手术的开展，而植入临时心脏起搏器可有效解决上述问题，增加此类患者围手术期的安全性。2021/4/1726

集成电路在医疗上的应用

磁振造影仪是一种新型医疗设备，对于治疗许多疾病有它独特的功效。磁振造影仪（MRI）是利用磁振造影的原理，将人体置于强大均匀的静磁场中，透过特定的无线电波脉冲来改变区域磁场，藉此激发人体组织内的氢原子核产生共振现象，而发生磁矩变化讯号。因为身体中有不同的组织及成份，性质也各异，所以会产生大小不同的讯号，再经由计算机运算及变换为影像，将人体的剖面组织构造及病灶呈现为各种切面的断层影像。2021/4/1727由此可见，集成电路技术在医疗电子领域的应用颇为广泛，大致可以分为四类：医学影像、医疗仪器、消费型医疗设备和诊断、患者监护与治疗设备。第一类包括超生波、计算机化的X射线断层扫描（即CT）、核磁共振成像（即MRI）、X射线等；第二类主要包括实验室配套电子设备、透析仪、分析仪器、外科手术设备、牙科设备等；第三类则偏重于患者使用的终端设备，包括数字体温计、血糖计、血压计等等；第四类则是协助医生判断的相应设备，包括心电图、脑电图、血氧计、血压计、温度计、呼吸计、除颤器等等。当然，这四种类型都是以集成电路技术为核心的医疗电子设备，它们基本上涵盖了医疗电子领域的各种应用，其中后面两种类型的应用更需要通过先进的集成电路技术来达到医疗电子设备的小型化、智能化、低功耗和高分辨率等目标。2021/4/1728

集成电路在通信上的应用一、集成电路与通信终端集成电路在通信终端中的作用是显而易见的，手机从过去像块砖头一样的“大哥大”到今天小巧玲珑的时尚品，关键就是集成电路的进步。移动通信与因特网的结合是个大趋势。多种功能、小型轻巧、操作简单、外观时尚是人们对移动通信终端永恒的追求。而简单生动的人机界面、丰富色彩的屏幕显示，丰满的音源、多种信息的同时获取和超低功耗是移动因特网手机获得成功并取得竞争优势的根本。例如，人们很少长时间地打电话。有统计表明语声通信的平均时长为几分钟，而在因特网上浏览的平均时长则往往以小时为单位计算，这还不算信息的多样化。显然，对通信终端功耗的要求是相当苛刻的。2021/4/1729

集成电路在通信上的应用2021/4/1730

集成电路在通信上的应用二、有线通信和无线通信当前无线通信技术的几个热点是：第三代移动通信（３Ｇ）、移动通信手机、移动因特网、“蓝牙”和无线局域网等。集成电路对无线通信的影响是巨大、深远和关键的。一个很具体的实例就是软件无线电的应用。无论是ＧＳＭ、ＣＤＭＡ还是３Ｇ，一个典型的手机芯片组包括：基带信号处理器，射频（ＲＦ）电路和各类话音和数据接口。集成电路在有线通信设备中的应用最早也最广泛，如数字程控交换机，光同步数字网（ＳＤＨ）传输设备、路由器、会议电视、保密通信、ＴＤＭＡ／ＦＤＭＡ／ＣＤＭＡ各种调制方式等。早期的通信专用集成电路大多根据系统的要求来定制。经过多年的发展，今天的通信专用集成电路芯片已经开始引领通信设备的发展，如前文所谈到的“蓝牙”技术，就是芯片成功在前的典型实例。2021/4/1731

集成电路在通信上的应用2021/4/1732现如今被我们熟知的一项无线接入技术称为无线局域网，它试图将手机、个人数字助理和笔记本电脑连接起来。利用已存在的、覆盖优良的ＧＳＭ网络或ＣＤＭＡ网络，以比较简单、快捷的方式将ＰＤＡ和笔记本电脑接入internet，以便随时随地向用户提供电子邮件、网页浏览等在内的窄带数据服务。大量的数字家电产品（如ＭＰ３、网络音频点播器等）也可以通过这种方式下载信息或实现远程控制。这类产品的主要难点仍然在芯片的性能和成本上，若解决不了低成本的集成电路芯片，产品的大面积推广就会遇到巨大的困难。集成电路的进步对解