集成电路关键技术及其发展趋势.doc

集成电路技术及其发展趋势 摘 要 现在，以集成电路为关键电子产业已超出以汽车、石油、钢铁为代表传统工业成为第一大产业，成为改造和拉动传统产业迈向数字时代强大引擎和雄厚基石。作为当今世界竞争焦点，拥有自主知识产权集成电路已日益成为经济发展命脉、社会进步基础、国际竞争筹码和国家安全保障。 关键词 集成电路 系统集成 晶体管 数字技术 第一章 绪论 1947年12月16日，基于John Bardeen提出表面态理论、Willianm Shockley给出放大器基础设想和Walter Brattain设计试验，美国贝尔试验室第一次观察到含有放大作用晶体管。1958年12月12日，美国德州仪器企业Jack S.Kilby发明了全世界第一片集成电路。这两项发明为微电子技术奠定了关键里程碑，使人类社会进入到一个以微电子技术为基础、以集成电路为根本信息时代。50多年来，集成电路已经广泛地应用于军事、民用各行各业、各个领域多种电子设备中，如计算机、手机、DVD、电视、汽车、医疗设备、办公电器、太空飞船、武器装备等。集成电路发展水平已经成为衡量一个国家现代化水平和综合实力关键标志[1]。 现代社会是高度电子化社会。在日常生活中，小到电视机、计算机、手机等电子产品，大到航空航天、星际飞行、医疗卫生、交通运输等行业大型设备，几乎全部离不开电路系统应用。组成电路系统基础元素为电阻、电容、晶体管等元器件。早期电路系统是将分立元器件根据电路要求，在印刷电路板上经过导线连接实现。因为分立元件尺寸限制，在一块印刷电路板上可容纳元器件数量有限。所以，由分立元器件在印刷电路板上组成电路系统规模受到限制。同时，这种电路还存在体积大、可靠性低及功耗高等问题。 半导体集成电路是经过一系列特定加工工艺，将晶体管、二极管等有源器件和电阻、电容等无源器件，根据一定电路规则，互连“集成”在一块半导体单晶片上。封装在一个外壳内，实施特定电路或系统功效。和印刷电路板上电路系统集成不一样，在半导体集成电路中，组成电路系统全部元器件及其连线是制作在同一块半导体材料上，材料、工艺、器件、电路、系统、算法等知识有机“集成”，使得电路系统在规模、速度、可靠性和功耗等性能上含有不可比拟优点，已经广泛应用于日常生活中。半导体集成电路技术推进了电子产品小型化、信息化和智能化进程。它根本改变了人类生活方法，成为支撑现代化发展基石[2]。 1959年，英特尔(Intel)始创人，Jean Hoerni 和Robert Noyce，在Fairchild Semiconductor开发出一个崭新平面科技，令大家能在硅威化表面铺上不一样物料来制作晶体管，和在连接处铺上一层氧化物作保护。这项技术上突破替换了以往人手焊接。而以硅替换锗使集成电路成本大为下降，令集成电路商品化变得可行。由集成电路制成电子仪器以后大行其道，到二十世纪60年代末期，靠近九成电子仪器 是以集成电路制成。时至今日，每一枚计算机芯片中全部含有过百万颗晶体管。 自1961年起，世界电子业市场总市值由$29亿增加至今时今日$957亿。更有汇报指出电子业将会是廿一世纪最大单项工业。电子业增加有赖更新、愈加好科技发展和突破，比如无线通讯、互联网和DNA解碼。在往后日子，伴随半导体科技发展，更多崭新电子产品将会陆续面世。可能在很快未来，你已经能够利用手提电话和远方亲友进行视像会议；你母亲能够在下班回家途中以电话遥控家中微波炉去制作一顿丰富晚餐；你自动导航器为你驾车回家，而你则可利用这段时间为明天会议稍作准备。在美国，已经有企业提供网上电影院服务，你只要安坐家中，以互联网选择想观赏电影，就可在家中电视收看。这一切全部似是科幻小说情节，可是我们距离新科技突破只有一步之遥，或许新产品已经进入试验阶段，快要推出市面呢！ 可是，仍有不少问题妨碍集成电路发展。首先，信息传输速度最终将取决于电子流动速度；其次，集成电路运作时所产生热量亦不容忽略。当大量集成电路组装在一组件时，假若不能立即散热，便会出现电流失控；再者，现时集成电路所依据原理，均是建基于经典物理学。可是当集成电路体积日趋细小，终有一日会发展到由量子物理学所管辖微观世界[3]。 伴随集成电路技术连续发展，不一样类型集成电路相互镶嵌，已形成了多种嵌入式系统(Embedded System) 和片上系统(System on Chip即SoC) 技术。也就是说，在实现从集成电路(IC)到系统集成(IS) 过渡中，能够将一个电子子系统或整个电子系统集成在一个芯片上，从而完成信息加工和处理功效。SoC作为系统级集成电路，它可在单一芯片上实现信号采集、转换、存放、处理和I/O等功效，它将数字电路、存放器、MPu、MCu、DSP等集成在一块芯片上，从而实现一个完整系统功效。SoC制造关键包含深