chap引言ppt課件(編輯修改稿)
2025-06-08 04:54 本頁面
【文章內(nèi)容簡介】 ? 隨著硅平面工藝技術(shù)的不斷完善和發(fā)展，到1958年，誕生了第一塊集成電路，也就是小規(guī)模集成電路（ SSI）；到了 20世紀(jì) 60年代中期，出現(xiàn)了中規(guī)模集成電路 (MSI)； 20世紀(jì) 70年代前期又出現(xiàn)了大規(guī)模集成電路（ LSI）； 20世紀(jì) 70年代后期又出現(xiàn)了超大規(guī)模集成電路（ VLSI）；到了 20世紀(jì) 90年代就出現(xiàn)了特大規(guī)模集成電路（ ULSI）?？梢哉f集成電路的集成度幾乎以每年翻一番的速度高速發(fā)展。 35 ? 集成電路的制作可以分成三個階段： ①硅晶圓片的制作；②集成電路的制作；③集成電路的封裝。 目前，硅晶圓片（ wafer）是以 8in（直徑 200mm）為主，集成電路的設(shè)計與制造的最小線寬約為 ~ m。平均而言，每一個 8in硅晶圓片上要制作 200300個芯片面積在 2cm2左右的集成電路。 ? 集成電路的制造工藝流程十分復(fù)雜，而且不同的種類、不同的功能、不同的結(jié)構(gòu)的集成電路，其制造的工藝流程也不相同。人們通常以最小線寬（或稱特征尺寸）、硅晶圓片的直徑和動態(tài)隨機存儲器的容量，來評價集成電路制造工藝的發(fā)展水平。 36 ? 在表 01中列出了從 1995年到 2022年集成電路的發(fā)展情況和展望 。 年代 1995 1998 2022 2022 2022 2022 特征尺寸 /μ m DRAM容量 /bit 64M 256M 1G 4G 16G 64G 微處理器尺寸 /mm2 250 300 360 430 520 620 DRAM尺寸 /mm2 190 280 420 640 960 1400 邏輯電路晶體管密度 （晶體管數(shù)） /個 4M 7M 13M 25M 50M 90M 高速緩沖器（ bit/cm2） 2M 6M 20M 50M 100M 300M 最大硅晶圓片直徑 /mm 200 200 300 300 400 400 37 ? 集成電路的技術(shù)發(fā)展趨勢，是向 較大 的硅圓晶片及 較小 的特征尺寸方向發(fā)展。這樣，可以在其體積不變的情況下，不斷增強集成電路的功能，降低使用的成本。但從另一方面看，為了減小特征尺寸，在工藝及設(shè)備上的研究和制造方面所花費的成本，也越來越高。一般講要制造一個可制造的 64 MB DRAM的生產(chǎn)線，需要投資約 10億美元。 38 ? 集成電路技術(shù)的發(fā)展促使集成電路制造設(shè)備加工技術(shù)的提高，如電子束曝光、軟 X射線曝光、等離子 (或反應(yīng)離子 )刻蝕、離子注入等一系列微細(xì)加工技術(shù)和計算機輔助工程 (CAE)、包括計算機輔助制造(CAM)、計算機輔助測試 (CAT)及計算機輔助設(shè)計 (CAD)等技術(shù)也相繼得到提高。同時 ,比如銅引線工藝、低 K介質(zhì)材料等新工藝也引起人們研究的興趣。 39 集成電路 50年變遷：芯片制造商達(dá)到空前水平 ? 據(jù)美國 《 連線 》 雜志報道， 1958年，美國德州儀器公司展示了全球第一塊集成電路板，這標(biāo)志著世界從此進(jìn)入到了集成電路的時代。集成電路具有體積小、重量輕、壽命長和可靠性高等優(yōu)點，同時成本也相對低廉，便于進(jìn)行大規(guī)模生產(chǎn)。 ? 在近 50年的時間里，集成電路已經(jīng)廣泛應(yīng)用于工業(yè)、軍事、通訊和遙控等各個領(lǐng)域。用集成電路來裝配電子設(shè)備，其裝配密度相比晶體管可以提高幾十倍至幾千倍，設(shè)備的穩(wěn)定工作時間也可以大大提高。 40 以下為集成電路 50年來的簡要發(fā)展和應(yīng)用情況： ? 第一塊集成電路板 41 ? 幾根零亂的電線將五個電子元件連接在一起，就形成了歷史上第一個集成電路。雖然它看起來并不美觀，但事實證明，其工作效能要比使用離散的部件要高得多。歷史上第一個集成電路出自杰克 基爾比之手。當(dāng)時，晶體管的發(fā)明彌補了電子管的不足，但工程師們很快又遇到了新的麻煩。為了制作和使用電子電路，工程師不得不親自手工組裝和連接各種分立元件，如晶體管、二極管、電容器等。很明顯，這種做法是不切實際的。于是，基爾比提出了集成電路的設(shè)計方案。 42 半導(dǎo)體設(shè)備與鉛結(jié)構(gòu)模型 43 ? 其實，在 20世紀(jì) 50年代，許多工程師都想到了這種集成電路的概念。美國仙童公司聯(lián)合創(chuàng)始人羅伯特 諾伊斯就是其中之一。在基爾比研制出第一塊可使用的集成電路后，諾伊斯提出了一種“半導(dǎo)體設(shè)備與鉛結(jié)構(gòu)”模型。 1960年，仙童公司制造出第一塊可以實際使用的單片集成電路。諾伊斯的方案最終成為集成電路大規(guī)模生產(chǎn)中的實用技術(shù)?；鶢柋群椭Z伊斯都被授予“美國國家科學(xué)獎?wù)隆?。他們被公認(rèn)為集成電路共同發(fā)明者。 44 分子電子 計算機 ? 雖然集成電路優(yōu)點明顯，但仍然有很長時間沒有在工業(yè)部門得到實際應(yīng)用。相反，它卻首先引起了軍事及政府部門的興趣。1961年，德州儀器為美國空軍研發(fā)出第一個基于集成電路的計算機，即所謂的“分子電子計算機”。美國宇航局也開始對該技術(shù)表示了極大興趣。當(dāng)時，“阿波羅導(dǎo)航計算機”和“星際監(jiān)視探測器”都采用了集成電路技術(shù)。 45 46 集成電路應(yīng)用于導(dǎo)彈制導(dǎo)系統(tǒng) ? 1962年，德州儀器為“民兵 I”型和“民兵 II”型導(dǎo)彈制導(dǎo)系統(tǒng)研制 22套集成電路。這不僅是集成電路第一次在導(dǎo)彈制導(dǎo)系統(tǒng)中使用，而且是電晶體技術(shù)在軍事領(lǐng)域的首次運用。到 1965年，美國空軍已超越美國宇航局，成為世界上最大的集成電路消費者。 47 48 戈登 摩爾提出摩爾定律 ? 英特爾公司的聯(lián)合創(chuàng)始人之一戈登 摩爾也在集成電路的早期發(fā)展進(jìn)程中扮演著重要的角色。早在 1965年，摩爾就曾對集成電路的未來作出預(yù)測。他推算，到1975年每塊芯片上集成的電子元件數(shù)量將達(dá)到 65000個。而實際上，每過 12個月芯片上集成的電子元件數(shù)量都會翻一番。這就是現(xiàn)在我們所了解的計算機“摩爾定律”。 49 50 “ Busi 141PF”計算機 ? 在 20世紀(jì) 60年代，計算機通常都是笨重的龐然大物。集成電路的出現(xiàn)改變了計算機這一形象。 1969年，英特爾公司為日本計算機公司最新研發(fā)的“ Busi 141PF”計算機設(shè)計 12塊芯片。
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