1、第 1 章 13 微电子技术简介.txt32 因为爱心，流浪的人们才能重返家园；因为爱心，疲惫的灵魂才能活力如初。渴望爱心，如同星光渴望彼此辉映；渴望爱心，如同世纪之歌渴望永远被唱下去。 本文由 413709105 贡献ppt 文档可能在 WAP 端浏览体验不佳。建议您优先选择 TXT，或下载源文件到本机查看。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 IC 卡(1)微电子技术与集成电路 (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 键技术， 项高技术的基础 微电子技术的核心是集成
2、电路技术电子电路中元器件的发展演变电子管 (1904) 晶体管 中/小规模 大规模/超大规模 大规模/ 集成电路(1970 (1948) 集成电路 集成电路(1970s) (1950s)微电子技术是以集成电路为核心的电子技术， 微电子技术是以集成电路为核心的电子技术， 集成电路为核心的电子技术 它是在电子元器件小型化、 它是在电子元器件小型化、微型化的过程中 发展起来的。 发展起来的。什么是集成电路？ 什么是集成电路？集成电路 (Integrated Circuit，简称 IC)：小规模集成电路 Circuit，简称 IC)： 以半导体单晶片作为基片,采用平面工艺， 以半导体单晶片作为基片,采
3、用平面工艺，将 晶体管、电阻、电容等元器件及其连线所构成 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： 集成电路的优点：现代集成电路的半导体材 料主要是硅也可以是化合 体积小、 体积小、重量轻 物半导体如砷化镓等 功耗小、 功耗小、成本低 超大规模集成电路 速度快、 速度快、可靠性高集成电路的分类按用途分： 按用途分：通用集成电路 专用集成电路（ASIC） 专用集成电路（ASIC）集成电路规模 小规模集成电 小规模集成电 SSI） 路（SSI） 中规模集成电 中规模集成电 MSI） 路（MSI） 路（LSI） LSI）元器件数目
4、 100 1003000 300010 万按电路的功能分： 按电路的功能分：数字集成电路 模拟集成电路 双极型（Bipolar） 双极型（Bipolar）电路 金属氧化物半导体(MOS)电路 金属氧化物半导体(MOS)电路 按晶体管结构、电路和工艺分： 大规模集成电 按晶体管结构、电路和工艺分： 大规模集成电超大规模集成 10 万 超大规模集成 10 万几十 电路（VLSI） 电路（VLSI） 亿 电路（ULSI） 电路（ULSI） 100 万 100 万按集成度( 按集成度(芯片中包含的元器件数 极大规模集成 极大规模集成 目)分：几个缩写的含义专用集成电路（ASIC） 电路 circuit
5、 专用集成电路（ASIC） 电路 circuit s:kit Application Specific Intergrated Circuits 小规模集成电路（SSI） 小规模集成电路（SSI） Small Scale Integration circuits s:kit 中规模集成电路（MSI） 中规模集成电路（MSI）Medium 大规模集成电路（LSI） 大规模集成电路（LSI）Large 超大规模集成电路（VLSI） 超大规模集成电路（VLSI）Very Large 极大规模集成电路（ULSI） 极大规模集成电路（ULSI）Ultra Large(2)集成电路的制造 (2)集成电路的
6、制造集成电路的制造工序繁多，从原料熔炼开始 集成电路的制造工序繁多， 到最终产品包装大约需要 400 多道工序 多道工序， 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， 复杂且技术难度非常高，有一系列的关键技 许多工序必须在恒温 恒湿、 恒温、 术。许多工序必须在恒温、恒湿、超洁净的 无尘厂房内完成。 无尘厂房内完成。 内完成 加工 8 目前兴建一个有两条生产线能加工 8 英寸晶 目前兴建一个有两条生产线能加工 圆的集成电路工厂需投资人民币 10 亿元以上。 的集成电路工厂需投资人民币 10亿元以上。 亿元以上集成电路的制造流程硅抛光片 硅平面工艺检测、 晶圆 检测、
7、分类芯片 封装 集成电路 成品测试 成品单晶 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， 形薄片，称为 硅抛光片” “硅抛光片”硅平面工艺包括氧化、光刻、 硅平面工艺包括氧化、光刻、 掺杂和互连等工序， 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。 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， 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” 的硅片称作“晶圆”对晶圆上的每个 电路进行检测， 电路进行检测， 然后将晶圆切开 成小片， 成小片，把合格 的电路分类， 的电路分类，再 封装成一个
8、个独 立的集成电路进行成品测试， 进行成品测试， 按其性能参数 分为不同等级， 分为不同等级， 贴上规格型号 及出厂日期等 标签， 标签，成品即 可出厂集成电路的封装 集成电路的封装集成电路封装目的： 集成电路封装目的： 封装目的电功能、散热功能、 电功能、散热功能、机械与化学保护功能常见的封装方式： 常见的封装方式：单列直插式（SIP） 单列直插式（SIP） DIP） 双列直插式 （DIP） 阵列式（PGA） 阵列式（PGA） 塑料有引线芯片载体（PLCC） 塑料有引线芯片载体（ 扁平贴片式(PQFP) 球栅阵列封装(BGA) 小外形封装（ 小外形封装（SOP）集成电路的封装形式 集成电路的
9、封装形式FCFC-PGA2 封装方式 （Pentium 4 处理器） 处理器） 集成电路插座(3)集成电路的发展趋势 (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， 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， 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。 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， 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、 缩小晶体管、电阻、电容、连接线的尺寸 上下功夫。 上下功夫。IC 集成度提高的规律 IC 集成度提高的规律Moore
10、定 律 ： 单 块 集 成 电 路 的 集 成 度 平 均 每 1824 个月翻一番 (Gordon E.Moore,1965 年) 1824 个月翻一番 Moore,1965 年例：Intel 微处理器集成度的发展 微处理器集成度的发展Pentium III 8048 6 8028 6 8038 6 Pentium 晶体管数 CORE 2 Quad CORE 2 Duo Pentium 41000x106 100x106 10x106 106Pentium II8086 80808008 4004197 0197 5198 0198 5199 0199 5200 0100 000 10 00
11、0 1 000 201 0酷睿 2 酷睿 2 双核 （2006） 291410M 晶体管 2006） 291410M 晶体管 酷睿 2 2007 酷睿 2 四核 （2007） 820M 晶体管集成电路技术的发展趋势减小蚀刻尺寸，缩小晶体管、电阻、电容和连线的尺寸 减小蚀刻尺寸 缩小晶体管、电阻、电容和连线的尺寸 蚀刻尺寸， 增大硅晶圆的面积：使每块晶圆能生产更多的芯片 增大硅晶圆的面积： 1999工艺( 工艺(m) 晶体管( 晶体管(M) 时钟频率( 时钟频率(GHz) 面积( 面积(mm2) 连线层数 晶圆直径(英寸) 晶圆直径(英寸) 0.18 23.8 1.2 340 6 1220010
12、.13 47.6 1.6 340 7 1220040.09 135 2.0 390 8 1420080.045 0.045 539 2.655 468 9 1620140.014 3500 10 901 10 18进一步提高集成度的问题与出路问题： 问题： 线宽进一步缩小后，晶体管线条小到纳米 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， 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： 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 量子器件， 新功能的 量子器件 ， 使能开发出新的 纳 米芯
13、片和 米芯片和量子计算机 把电子与光子并用，实现光电子集成 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。 递信息，甚至效果更好。 而且，更重要的一个特点 而且， 在于它不会和周围环境发 生相互干扰的作用。 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 在光子计算机中， 数据，远胜于电子计算机中通过电子“0” 、 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、 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 并行处理。 计算量大的任务实现快速的并行处理。光子计算 机将
14、使运算速度在目前基础上呈指数上升。 机将使运算速度在目前基础上呈指数上升。 据了解，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， 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 亿次。 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， 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。 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 是运用量子力学来设计的。从理论上说，的速度提高可以说是没有止境的，因为量子计算技 的速度提高可以说是没有止境的， 术可以在同一时间内执行各种操作，
15、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， 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 别等等。因此， 子计算机研究所，现在估计，量子 子计算机研究所，现在估计， 计算机可能会在今后的十五年左右 出现。 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， 分子计算机，这种超高速的微型 计算机离现实已经很近了。 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、 计算机能够比硅计算机更小、更 便宜, 便宜,耗 分子计算机的各种应 手表大的
16、超级计算机、 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 实际上就是随着生物技术的发展， 造一种用基因学的机制来开发的新一代计算机。 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。 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。 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。 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 现人体内哪个地方脂肪
17、的堆积， 助解决问题。 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， 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 系统。 生物计算机。 生物计算机。集成电路的发展趋势阅读文献： 阅读文献： 奋起迎接纳米科技争夺战 奋起迎接纳米科技争夺战 网址： 网址： http:/ .htm 生物芯片将怎样改变我们的生活 生物芯片将怎样改变我们的生活 网址： 网址： http:/ 1.htm(4) IC 卡简介 IC 卡简介几乎每个人每天都与 IC 卡打交道， 几乎每个人每天都与 IC 卡打交道，例如 卡打交道 我们的身份证、手机 SIM 卡 交通卡、 我们的身份证、手机 S
18、IM 卡、交通卡、 饭卡等等，什么是 IC 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？ 和用途？工作原理大致是怎样的？下面 是简单介绍。 是简单介绍。IC 卡 (chip card、 smart card)，又称为集成电 IC 卡 card、 card) ， 路卡， 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、 片内 ， 使其成为能存储信息、处理和传递数 据的载体 特点： 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 可靠性高什么是 IC 卡？ IC 卡应用举例：电子证件、电子钱包 应用举例：电子证件、IC 卡的类
19、型(按芯片分类) IC 卡的类型 按芯片分类) 卡的类型(存储器卡：封装的集成电路为存储器，信息可长期保存， 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。 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、 全性要求不高的场合，如电话卡、水电费卡、公交卡、 医疗卡等（ 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 (Chip Operatin
20、g System)，处理能力强，保密性更好，常用 System)，处理能力强，保密性更好，作证件和信用卡使用。手机中使用的 SIM 卡就是一种 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 特殊的 CPU 卡。IC 卡的类型(按使用方式分类) IC 卡的类型 按使用方式分类) 卡的类型(接触式 IC 卡 如电话 IC 卡 接触式 IC 卡(如电话 IC 卡)表面有方型镀金接口， 表面有方型镀金接口 ， 共 8 个或 6 个镀金触点 。 使用 个或 6 个镀金触点。 时必须将 IC 卡插入读卡机 卡插入读卡机， 时必须将 IC 卡插入读卡机， 通过金属触点传输数 据。
21、用于信息量大、读写操作比较复杂的场合,但易磨损、 用于信息量大 、读写操作比较复杂的场合 ,但易磨损 、 怕脏、 怕脏、寿命短接触式 IC 接触式 IC 卡 IC 卡非接触式 IC 卡 射频卡、感应卡) 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（ 采用 电磁感应方式无线传输数据 ， 解决了无源 （ 卡 接触式 IC 卡的结构 电磁感应方式无线传输数据， 接触式 IC IC 卡的结构 中无电源） 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， 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
22、较简单的场合， 用于读写信息较简单的场合，如身份验证等非接触式 IC 非接触式 IC 卡 IC 卡C在下列有关微电子技术与集成电路的叙述中， 在下列有关微电子技术与集成电路的叙述中， 错误的是 。A.微电子技术是以集成电路为核心 A.微电子技术是以集成电路为核心 B.集成度是指单个集成电路所含电子元件的数目 B.集成度是指单个集成电路所含电子元件的数目 C.Moore定律指出 C.Moore 定律指出，单个集成电路的集成度平均每半 定律指出， 年翻一番 DIC 卡是“集成电路卡”的简称 IC 卡是 集成电路卡” 卡是“D在下列有关集成电路的叙述中， 在下列有关集成电路的叙述中，错误的是 () A现代集成电路使用的半导体材料主要是硅 B大规模集成电路一般以功能部件、子系统为集 大规模集成电路一般以功能部件、 成对象 C我国第 2 代居民身份证中包含有 IC 芯片 我国第 2 代居民身份证中包含有 IC 芯片 D目前超大规模集成电路中晶体管的基本线条已 小到l 小到 l 纳米左右1
