军队文职考试文学类考试-现代高新技术

现代高新技术现代高新技术群体电子信息技术－－先导生物技术空间技术新能源技术－－支柱……核心微电子技术与计算机电子信息技术微电子技术----基础计算机技术----核心现代信息技术现代通信技术自动控制技术人工智能技术……重要组成部分

第一节、微电子技术

一、概念：

1、微电子技术----是指以集成电路为代表的制造、使用微小型电子元件、器件和电路，实现电子系统功能的技术。微电子技术的核心是集成电路技术。

1947年，美国电话电报公司贝尔实验室研制成功世界上第一支晶体管，标志着集成电路的发端。

2、集成电路----是以半导体晶体材料为基片，经过专门的工艺技术，把电路的器件和连线集成在基片上的微小型化的电路系统。集成电路常用硅做成，所以，集成电路也叫做硅芯片或芯片。什么是半导体材料？

物质存在的形式多种多样，通常把导电性和导热性差的材料，如右图中所示的金刚石、人工晶体、琥珀、陶瓷等等，称为绝缘体。而把导电、导热都比较好的金属如金、银、铜、铁、锡、铝等称为导体。可以简单的把介于导体和绝缘体之间的材料称为半导体。半导体材料的发现是最晚的，直到20世纪30年代，半导体的存在才真正被学术界认可。半导体材料1833年，英国巴拉迪最先发现硫化银的电阻随着温度的上升而降低。这是半导体现象的首次发现。1839年法国的贝克莱尔发现半导体和电解质接触形成的结，在光照下会产生一个电压，这就是后来人们熟知的光生伏特效应，这是被发现的半导体的第二个特征。在1874年，德国的布劳恩观察到某些硫化物的导电有方向性，在它两端加一个正向电压，它是导通的；如果把电压极性反过来，它就不导电，这就是半导体的整流效应，也是半导体所特有的第三种特性。1873年，英国的史密斯发现硒晶体材料在光照下电导增加的光电导效应，这是半导体又一个特有的性质。总结出半导体的这四个特性一直到1947年12月才由贝尔实验室完成。12英寸直拉硅单晶（1m多长）照片硅原子宽带隙半导体材料

二、集成电路的性能指标及生产工艺1、集成度----是指在一定尺寸的芯片上所容纳的晶体管的个数。小规模集成电路----集成度不到100个晶体管。中规模集成电路----集成度在100—1000之间。大规模集成电路----集成度在1000----10万之间。超大规模集成电路----集成度在10万以上。

硅集成电路的发展遵循《摩尔定律》，所谓《摩尔定律》就是每18个月集成电路的集成度增加一倍，而它的价格也要降低一半。2、门延迟时间----反映集成电路的运行时间。集成度和门延迟时间是衡量集成电路水平的两个指标。集成电路的特点：（1）使电子设备微型化。（2）稳定性好、功耗低。（3）物美价廉、体积小、重量轻。3、集成电路的生产制造工艺半导体生产工艺的特殊性：高清洁度：每立方米空气中大于0.5微米的灰尘颗粒少于3500个。高精度：光刻线条、投影误差小于1微米。高纯度：整个工艺过程皆采用高纯度（99.999﹪）的化学药品和水。集成电路的生产制作过程：（1）制作晶片:硅片单晶硅晶片芯片高纯度厚0.5mm清洗、抛光划分

（2）氧化、离子注入在硅片表面上通过氧化作用，在1000℃的温度下，形成二氧化硅层，二氧化硅是化学性能稳定、机械性能牢固的良好绝缘材料，可作掩模、绝缘层和钝化层。氧化膜中会有少量的负电荷，注入正离子，以中和这些负电荷。（3）制作元件将设计好的电路按工艺先后制成一个个的掩模，经过照相缩小成与芯片大小的光刻掩模版，再把掩模版上的图形用紫外线照射的方法复制到芯片上----即光刻，在制作元件的过程中要用不同的掩模版多次光刻，光刻时的精度要求特别高，一般器件结构的允许误差小于0.4um,设计图上的允许误差小于0.1mm。

（4）制作连线先将铝在真空中溶化、蒸发，将晶片在铝蒸汽中镀上一层1um厚的薄膜，再经过光刻和腐蚀把薄膜的大部分去掉，留下连线部分。（5）封装最后再经过检验、切片、封装、焊接芯片的接角，集成电路就制成了。

二氧化硅是化学性能稳定、机械性能牢固的良好电绝缘材料，且硅的价格便宜，由于价廉物美，现在，电子元器件90％以上都是由硅材料制备的。目前，单晶硅的世界年产量已超过一万吨。

集成电路设计的目的就是制备掩模图案。虽然这些工作目前全部由计算机辅助设计完成，但仍需大量的人力和时间。故掩模版的制作成本很高，只有反复使用，才能降低设计成本。集成电路行业是一个高成本、高产出、高回报的行业。直径为15厘米的硅片价值几美元提纯单晶硅片价值30美元加工

集成电路价值240美元

最终产品价值可达700美元检测、封装集成电路标准封装外形图集成电路三、微电子技术的发展1904年，英国电气工程师弗莱明研制出“热离子阀”从而催生了世界上第一只电子管，即真空二极管。1906年，德·福雷斯特在弗莱明的基础上发明了真空三极管。电子管世界上第一支晶体管1947年美国贝尔实验室的科学家肖克利、布拉顿和巴丁用实验证明，只要两根金属丝在半导体上的接触点小于0.4毫米，就可能引起放大效果。当他们来展示他们的新发现时，世界上第一支晶体管诞生了。

晶体管的出现可以说是集成电路出现的发端。肖克利、布拉顿和巴丁分享了1956年诺贝尔物理奖。

他们是半导体产业历史上最伟大的三位发明家，他们和众多天才的科学家一起，开创半导体产业历史上激动人心的“发明时代”。他们是集成电路之父，他们是硅谷的开创者，他们改变了我们的世界。

如今，20世纪半导体产业史上最伟大的三位发明家已经全部离我们远去。

，然而，他们创造的半导体产业，年产值已经超过2100亿美元，并且仍在他们开辟的大路上高速前进，为这个世界带来日新月异的变化。他们的故事已经成为传说，激励着一代又一代的工程师和掘金者……。晶体管之父----肖克利20世纪最伟大科学家之一的肖克利因为发明了晶体管，被誉为“晶体管之父”，并因此和他的研究小组成员巴丁和布拉坦分享了1956年的诺贝尔物理学奖。他的另一个伟大成就在于在硅谷创办了肖克利半导体实验室，为硅谷吸引了大量的人才和关注，被誉为“硅谷的摩西”。然而，由于不善经营管理和难以与人相处，这个科学天才的八位杰出弟子最终弃他而去，成为硅谷历史上著名的“八叛逆”。集成电路的诞生1959年2月，美国德克萨斯仪器公司的青年研究人员基尔比成功地把晶体管、电阻和电容等20多个元件集成在不超过4平方毫米的微小平板上，基尔比向美国专利局申报专利，并命名为“集成电路”。基尔比被誉为“第一块集成电路的发明家”。1952年，英国科学家提出集成电路的设想：将电子设备做在一个没有导线的固体块上。固体块有绝缘、导体等不同的材料层。

1957年，英国科学家在硅晶片上制成了触发器集成电路。集成电路发明者杰克﹒基尔比集成电路(IC)发明者杰克·基尔比

凭借在发明集成电路方面所取得的成就，他于2000年获得诺贝尔物理学奖。

淡看名利的基尔比，也是三位发明家中最长寿的一个。

性格温和、谦虚和寡言，始终保持技术本色和遵守科学原理的基尔比的生活则平静得多，并且赢得了所有人的尊敬。除了集成电路，他还在其它两项发明中发挥了关键作用，一个是手持电子计算器，另一个是热敏打印机。基尔比一共持有60项电子发明专利。世界上第一块集成电路

诺依斯被誉为“提出了适合于工业生产的集成电路理论的人”。

1969年，美国联邦法院最后从法律上承认了集成电路是一项“同时的发明”。1959年，以诺依斯为首的仙童半导体公司提出了利用半导体平面处理技术在硅芯片上集成大量晶体管的设想。并于同年7月，研制出世界上第一块集成电路。平面工艺集成电路的发明人诺伊斯

肖克利的弟子、“八叛逆”之首、平面工艺集成电路的发明人诺伊斯与肖克利走的是一条完全不同的路。虽然诺伊斯最终没有获得诺贝尔物理学奖，但热情奔放、喜欢冒险、从不认输、富有领导才能的诺伊斯作为主角先后创办了飞兆半导体和英特尔两家伟大的公司，被称为集财富、名望和成就于一身的“硅谷市长”，成为硅谷的传奇人物。不幸的是，这个同时在科学界和企业界取得伟大成就的人，在1990年6月3日突然心脏病发作而去世，享年62岁。集成电路之父2005年6月20日，美国德州仪器(TI)退休工程师、集成电路(IC)第一位发明者杰克·基尔比的心脏停止了跳动，享年81岁。1989年逝世的“晶体管之父”威廉·肖克利。1990年逝世的集成电路共同发明人罗伯特·诺伊斯。

三位科学家的伟大发明而带来的亿万颗芯片，正在世界的每一个角落一刻也不停息地跳动着，上至太空，下至海底，已经成为人类社会不可缺少的一部分。他们和福特、爱迪生、莱特兄弟一起，改变了我们的世界。

50年代----小规模集成电路的发展时期（100以内）。60年代----中规模集成电路的发展时期（100—1000）。70年代----大规模集成电路的发展时期（1000以上）。80年代----超大规模集成电路的发展时期（10万以上）。1989年，美国英特尔公司的芯片容纳了120万个晶体管。90年，日本利用亚微米技术，在宽1厘米、长2厘米的芯片上集成了1.4亿个电子元件。集成电路的高速发展当前芯片技术的最高水平

目前，世界上最高水平的单片集成电路芯片上所容纳的元器件数量已经达到80多亿个。目前，集成电路的超细微加工国际水平已经达到130～90纳米，实验室中70纳米的技术已经通过考核；我国05年在北京建成投产的“中芯国际”，已进入130纳米。我国微电子集成电路的生产水平同国际上的差距已经缩短到1～2代。

预计2022年，集成电路的线宽将达到10纳米，这是硅集成电路的“物理极限”。随着纳米加工技术的发展，这一极限将进一步缩小，但总有一天，硅电子技术会走到尽头。CPU发展图鉴4004AthlonXPDuronAthlon800Intel英特尔1971年，世界上第一款微处理器----4004诞生。我国集成电路的发展广州集成电路设计中心苏州中科集成电路设计中心国家集成电路设计深圳产业化基地国家集成电路设计杭州产业化基地我国集成电路设计高速发展由于中国电子信息产业全行业持续高速发展和全球电子信息产品制造业向中国等地的转移以及中国传统产业信息化改造升级的深入，都为中国集成电路产业开辟了广阔的市场空间，提供了强有力的需求拉动。中国集成电路设计业的设计水平和设计规模开始大幅提升，自主知识产品的技术含金量也呈攀升趋势。尤为重要的是，中国集成电路设计业在2003年开始实现飞跃性成长。2004～2008年中国集成电路设计业将继续高速成长。预计，2004年中国集成电路设计市场销售额将达到75.6亿元，2008年这一数字将高达288.0亿元。2004～2008年中国集成电路设计市场规模预测如图所示。四、微电子技术的摇篮——硅谷

在美国加利福尼亚州有一个狭长的山谷，这里空气清新、气候宜人、果园葱葱，是闻名的“心悦之谷”，此地就是享誉世界的微电子技术的发源地——硅谷。硅谷具有一种神奇的魅力，它产生了众多影响世界的发明家和技术成果；它知识和人才的密集程度之高在美国首屈一指；它具有良好的外部环境；它完善的投资环境和风险投资机制成为思想和技术冒险者的天堂。五、微电子技术的地位和作用

微电子技术是高科技中的关键技术，也是衡量科学技术水平的的重要标志。1、引进微电子技术是企业改造的关键。2、微电子技术+其它技术新技术、新产业。3、微电子技术在国防建设中的重大作用。4、微电子技术对人类生活的影响。六、微电子技术的发展前景集成电路不断追求高集成度、高速度、低功耗和更强的性能。1、量子功能元件超细微加工的尺寸进入纳米尺寸（1—100nm），即进入量子功能器件阶段。2、三维集成电路----向空间发展，形成立体结构。3、砷化镓微电子技术----以砷化镓取代硅。4、光电子技术----以光为信息载体，与硅片上的集成电路结合，形成光电集成。是集成电路追求高速度的产物。5、超导电子技术----是集成电路追求低功耗、高速度的产物。

中科院院士谈

中国集成电路发展的现状中国目前集成电路的状况

自从国家“909工程