电子技术的发展历史与现状

电子技术发展历史与现状电子技术是十九世纪末、二十世纪初开始发展起来的新兴技术，二十世纪发展最迅速，应用最广泛，成为近代科学技术发展的一个重要标志。引言进入21世纪，人们面临的是以微电子技术（半导体和集成电路为代表）电子计算机和因特网为标志的信息社会，高科技的广泛应用使社会生产力和经济获得了空前的发展。引言现代电子技术在国防、科学、工业、医学、通讯（信息采集、处理、传输和交流）及文化生活等各个领域中都起着巨大的作用。现在的世界，电子技术无处不在。

收音机、彩电、音响、VCD、DVD、电子手表、数码相机、微电脑、大规模生产的工业流水线、因特网、机器人、航天飞机、宇宙探测仪，可以说，人们现在生活在电子世界中，一天也离不开它。引言电子科学与技术的知识领域一电子材料与元器件的发展二微电子技术的发展三引言电子科学与技术专业由来物理电子技术光电子技术微电子技术电磁场与微波电子材料与元器件电子科学与技术一、电子科学与技术的知识领域二、电子材料与元器件的发展电子材料与元器件是电子、信息、机械、航天、国防、自动化等各领域的基石。电子产品中材料与器件的研究是其核心竞争力的源泉。按电子器件的材料属性分：半导体材料与器件，陶瓷材料与器件，磁性材料与器件。按电子器件的发展阶段分：分离元器件（真空电子管、半导体晶体管），集成电路元器件（SSI、MSI、LSI、VLSI、ULSI）。基本器件的两个发展阶段分立元件阶段（1905～1959）真空电子管、半导体晶体管集成电路阶段（1959～）SSI、MSI、LSI、VLSI、ULSI第一代电子

产品以电子管为核心。四十年代末世界上诞生了第一只半导体三极管，它以小巧、轻便、省电、寿

命长等特点，很快地被各国应用起来，在很大范围内取代了电子管。五十年代末期，世界上出现了第一块集成电路，它把许多晶体管等电子元件集成在一块硅芯片上，使电子产品向更小型化发展。集成电路从小规模集成电路迅速发展到大规模集成电路和超大规模集成电路，从而使电子产品向着高效能、低消耗、高精度、高稳定、智能化的方向发展。（一）元器件的发展历史真空电子管时代（1905～1948）为现代技术采取了决定性步骤主要大事记1905年爱因斯坦阐述相对论——E＝mc21906年亚历山德森研制成高频交流发电机德福雷斯特在弗菜明二极管上加栅极，制威第一只三极管1912年阿诺德和兰米尔研制出高真空电子管1917年坎贝尔研制成滤波器1922年弗里斯研制成第一台超外差无线电收音机1934年劳伦斯研制成回旋加速器1940年帕全森和洛弗尔研制成电子模拟计算机1947年肖克莱、巴丁和布拉顿发明晶体管；香农奠定信息论的基础（一）元器件的发展历史晶体管时代（1948～1959）宇宙空间的探索即将开始1947年贝尔实验室的巴丁、布拉顿和肖克莱研制成第一个点接触型晶体管1948年贝尔实验室的香农发表信息论的论文英国采用EDSAG计算机，这是最早的一种存储程序数字计算机1949年诺伊曼提出自动传输机的概念1950年麻省理工学院的福雷斯特研制成磁心存储器1952年美国爆炸第一颗氢弹1954年贝尔实验室研制太阳能电池和单晶硅1957年苏联发射第一颗人造地球卫星1958年美国得克萨斯仪器公司和仙童公司宣布研制成第一个集成电路主要大事记（一）元器件的发展历史时期规模集成度（元件数）50年代末小规模集成电路（SSI）10060年代中规模集成电路（MSI）100070年代大规模集成电路（LSI）>100070年代末超大规模集成电路（VLSI）1000080年代特大规模集成电路（ULSI）>100000自1958年第一块集成元件问世以来，集成电路已经跨越了小、中、大、超大、特大、巨大规模几个台阶，集成度平均每2年提高近3倍。随着集成度的提高，器件尺寸不断减小。1985年，1兆位ULSI的集成度达到200万个元件，器件条宽仅为1微米；1992年，16兆位的芯片集成度达到了3200万个元件，条宽减到0.5微米，而后的64兆位芯片，其条宽仅为0.3微米。集成电路时代（1950～）现代数字系统的基石（一）元器件的发展历史可编程逻辑器件（PLD）数字信号处理器（DSP）大规模存储芯片（RAM/ROM）集成电路时代（1950～）现代数字系统的基石集成电路制造技术的发展日新月异，其中最具有代表性的集成电路芯片主要包括以下几类，它们构成了现代数字系统的基石。微控制芯片（MCU）（一）元器件的发展历史新型元器件将向微型化、片式化、高性能化、集成化、智能化、环保节能方向发展；行业技术进步的重点：微小型和片式化技术、无源集成技术、抗电磁干扰技术、低温共烧陶瓷技术、绿色化生产技术等；电子材料正朝高性能化、绿色化和复合化方向发展；（二）元器件的发展趋势电子材料和元器件技术将发生深刻变化：1.3微电子技术简介（一）微电子技术与集成电路（二）集成电路的发展趋势三、微电子与集成电路的发展晶体管(1948)中/小规模集成电路(1950年代)大规模/超大规模集成电路(1970年代)电子管(1904)1.什么是微电子技术？微电子技术是实现电子电路和电子系统超小型化及微型化的技术，它是以集成电路为核心的电子技术。微电子技术是信息技术领域中的关键技术，是发展电子信息产业和各项高技术的基础。微电子技术的核心是集成电路技术（一）微电子技术与集成电路集成电路(IntegratedCircuit，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、可靠性高超大规模集成电路小规模集成电路2.什么是集成电路？（一）微电子技术与集成电路IC是所有电子产品的核心（一）微电子技术与集成电路中文名称英文简称英文全称集成度集成对象小规模集成电路SSISmallscaleIntegration<100个电子元件简单的门电路或单级放大器中规模MSIMiddle100-3000个大规模LSILarge3000-10万个功能部件和子系统超(极)大规模VLSI(ULSI)Varylarge(Ultra）10万-100万个(>100万）3.集成电路的分类（一）微电子技术与集成电路按用途分：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。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。（一）微电子技术与集成电路总结集成电路的工作速度主要取决于晶体管的尺寸。晶体管的尺寸越小，其极限工作频率越高，门电路的开关速度就越快，相同面积的晶片可容纳的晶体管数目就越多。所以从集成电路问世以来，人们就一直在缩小晶体管、电阻、电容、连接线的尺寸上下功夫。（二）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(GordonE.Moore,1965年)（二）集成电路的发展趋势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（二）集成电路的发展趋势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3μmPentium的蚀刻尺寸是0.80μmPentium4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）（二）集成电路的发展趋势IntelCPU芯片工艺的进展（二）集成电路的发展趋势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