第1章13 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（2）集成电路的制造（3）集成电路的发展趋势（4）IC卡(1)微电子技术与集成电路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电子电路中元器件的发展演变晶体管(1948)中/小规模集成电路(1950’s)微电子技术是以集成电路为核心的电子技术，它是在电子元器件小型化、微型化的过程中发展起来的。大规模/超大规模集成电路(1970’s)电子管(1904)什么是集成电路？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现代集成电路的半导体材料主要是硅也可以是化合物半导体如砷化镓等集成电路的分类按用途分：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······按集成度(芯片中包含的元器件数目)分：集成电路规模元器件数目小规模集成电路（SSI）＜100中规模集成电路（MSI）100~3000大规模集成电路（LSI）3000~10万超大规模集成电路（VLSI）10万~几十亿极大规模集成电路（ULSI）＞100万专用集成电路（ASIC）电路circuit['sə:kit]ApplicationSpecificIntergratedCircuits小规模集成电路（SSI）SmallScaleIntegrationcircuits['sə:kit]中规模集成电路（MSI）Medium大规模集成电路（LSI）Large

超大规模集成电路（VLSI）VeryLarge

极大规模集成电路（ULSI）UltraLarge几个缩写的含义(2)集成电路的制造集成电路的制造工序繁多，从原料熔炼开始到最终产品包装大约需要400多道工序，工艺复杂且技术难度非常高，有一系列的关键技术。许多工序必须在恒温、恒湿、超洁净的无尘厂房内完成。目前兴建一个有两条生产线能加工8英寸晶圆的集成电路工厂需投资人民币10亿元以上。集成电路的制造流程硅抛光片单晶硅锭单晶硅锭经切割、研磨和抛光后制成镜面一样光滑的圆形薄片，称为“硅抛光片”晶圆硅平面工艺硅平面工艺包括氧化、光刻、掺杂和互连等工序，最终在硅片上制成包含多层电路及电子元件的集成电路。通常每一硅抛光片上可制作成百上千个独立的集成电路，这种整整齐齐排满了集成电路的硅片称作“晶圆”芯片检测、分类集成电路封装对晶圆上的每个电路进行检测，然后将晶圆切开成小片，把合格的电路分类，再封装成一个个独立的集成电路成品测试成品进行成品测试，按其性能参数分为不同等级，贴上规格型号及出厂日期等标签，成品即可出厂集成电路的封装

集成电路封装目的：电功能、散热功能、机械与化学保护功能常见的封装方式：单列直插式（SIP）双列直插式（DIP）阵列式（PGA）塑料有引线芯片载体（PLCC）扁平贴片式(PQFP)

球栅阵列封装(BGA)

小外形封装（SOP）

FC-PGA2封装方式（Pentium4处理器）集成电路插座集成电路的封装形式(3)集成电路的发展趋势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。

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18~24个月翻一番(GordonE.Moore,1965年)晶体管数例：Intel微处理器集成度的发展酷睿2双核

（2006） 291～410M晶体管酷睿2四核

（2007） 820M晶体管100019701975198019851990199520001000010000010610x106

100x10640048008808080868028680386PentiumPentiumIIPentiumIIIPentium48048620101000x106CORE2DuoCORE2Quad集成电路技术的发展趋势19992001200420082014工艺(μm)0.180.130.090.0450.014晶体管(M)23.847.61355393500时钟频率(GHz)1.21.62.02.65510面积(mm2)340340390468901连线层数678910晶圆直径(英寸)1212141618减小蚀刻尺寸，缩小晶体管、电阻、电容和连线的尺寸

增大硅晶圆的面积：使每块晶圆能生产更多的芯片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：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。在光子计算机中，不同波长的光代表不同的数据，远胜于电子计算机中通过电子“0”、“1”状态变化进行的二进制运算，可以对复杂度高、计算量大的任务实现快速的并行处理。光子计算机将使运算速度在目前基础上呈指数上升。据了解，美国贝尔实验室宣布研制出世界上第一台光学计算机。它采用砷化镓光学开关，运算速度达每秒10亿次。尽管这台光学计算机与理论上的光学计算机还有一定距离，但已显示出强大的生命力。

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。因此，欧洲已经成立了量 子计算机研究所，现在估计，量子 计算机可能会在今后的十五年左右 出现。光电计算机分子计算机

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。集成电路的发展趋势(4)IC卡简介几乎每个人每天都与IC卡打交道，例如我们的身份证、手机SIM卡、交通卡、饭卡等等，什么是IC卡？它有哪些类型和用途？工作原理大致是怎样的？下面是简单介绍。什么是IC卡？IC卡(chipcard、smartcard)，又称为集成电路卡，它是把集成电路芯片密封在塑料卡基片内，使其成为能存储信息、处理和传递数据的载体特点：存储信息量大保密性能强可以防止伪造和窃用抗干扰能力强可靠性高应用举例：电子证件、电子钱包IC卡的类型(按芯片分类)存储器卡：封装的集成电路为存储器，信息可长期保存，也可通过读卡器改写。结构简单，使用方便。用于安全性要求不高的场合，如电话卡、水电费卡、公交卡、医疗卡等

（带加密逻辑的存储器卡增加了加密电路）CPU卡（智能卡）：封装的集成电路为中央处理器（CPU）和存储器，还配有芯片操作系统(ChipOperatingSystem)，处理能力强，保密性更好，常用作证件和信用卡使用。手机中使用的SIM卡就是一种特殊的CPU卡。IC卡的类型(按使用方式分类)接触式IC卡(如电话IC卡)表面有方型镀金接口，共8个或6个镀金触点。使用时必须将IC卡插入读卡机，通过金属触点传输数据。用于信息量大、读写操作比较复杂的场合,但易磨损、怕脏、寿命短非接触式IC卡(射频卡、感应卡)采用电磁感应方式无线传输数据，解决了无源（卡中无电源）和免接触问题操作方便，快捷，采用全密封胶固化，防水、防污，使用寿命长用于读写信息较简单的场合，如身份验证等

接触式IC卡接触式IC卡的结构非接触式IC卡C在下列有关微电子技术与集成电路的叙述中，错误的是

。A.微电子