芯片发展历程与莫尔定律讲述
半导体制程及摩尔定律
神秘的处理器制程工艺摩尔定律指导集成电路(IC，Integrated Circuit)工业飞速发展到今天已经40多年了。
在进入21世纪的第8个年头，各类45nm芯片开始批量问世，标志着集成电路工业终于迈入了低于50nm的纳米级阶段。
而为了使45nm工艺按时“顺产”，保证摩尔定律继续发挥作用，半导体工程师们做了无数艰辛的研究和改进—这也催生了很多全新的工艺特点，像大家耳熟能详的High-K、沉浸式光刻等等。
按照业界的看法，45nm工艺的特点及其工艺完全不同于以往的90nm、65nm，反而很多应用在45nm制程工艺上的新技术，在今后可能贯穿到32nm甚至22nm阶段。
今天就让我们通过一个个案例，来探索一下将伴随我们未来5年的技术吧。
你能准确说出45nm是什么宽度吗？得益于厂商与媒体的积极宣传，就算非科班出身，不是电脑爱好者的大叔们也能知道45nm比65nm更加先进。
但如果要细问45nm是什么的长度，估计很多人都难以给出一个准确的答案。
而要理解这个问题，就要从超大规模集成电路中最基本的单元—MOS(Metal Oxide Semiconductor金属氧化物半导体)晶体管说起。
我们用半导体制作MOS管就是利用其特殊的导电能力来传递0或者1的数字信号。
在栅极不通电的情况下，源区的信号很难穿过不导电的衬底到达漏区，即表示电路关闭(数字信号0)；如果在栅极和衬底间加上电压，那么衬底中的电荷就会在异性相吸的作用下在绝缘氧化层下大量聚集，形成一条细窄的导电区，使得源区和漏区导通，那么电流就可以顺利从源区传递到漏区了(信号1)。
这便是MOS最基本的工作原理。
在一块高纯硅晶圆上(在工艺中称为“P型半导体衬底”)通过离子扩散的方法制作出两个N型半导体的阱——通俗地讲P型是指带正电的粒子较多，N型则是带负电的粒子比较多。
再通过沉积、光刻、氧化、抛光等工艺制造成如图中所示的MOS管，两个阱的上方分别对应源区(source)和漏区(drain)，中间的栅区(gate)和下方的衬底中间用一层氧化绝缘层隔开。
在计算机网络领域的摩尔定律芯片的运算速度每48个月翻一番
在计算机网络领域的摩尔定律芯片的运算速度每48个
月翻一番
摩尔定律
1. 什么是摩尔定律？
摩尔定律是由美国物理学家阿尔伯特·摩尔提出，它是电子学传统最重要的法则之一，它指出：在电子集成电路的芯片道每一回路，每此相似的原件的价格每年将会减半，它决定了计算机的发展趋势。
2. 摩尔定律的历史
摩尔定律于1965年4月进行最初提出，现时仍是业界非常着名的物理定律之一。
它可以帮助计算机技术能够达到实时的科技发展，在计算机发展史中扮演了非常重要的角色。
3. 摩尔定律在计算机网络领域的作用
摩尔定律是用来衡量计算机网络领域中芯片运算速度的一个重要的标准，它表明每48个月出现一次倍数的提升，可为计算机网络应用程序的发展提供重要助力。
4. 如何应用摩尔定律
摩尔定律的延伸技术将使计算能力及存储的容量自然增长，这将带来新的发明及应用。
最根本的应用，就是在芯片中实现更低的成本，更低的功耗，更高的效率，以及更小的尺寸。
5. 摩尔定律启示
通过摩尔定律，我们可以看到芯片设计及先进技术的重要性，同时也可以预测未来产品发展方向。
它也带给我们一个启示，我们应该积极
创新及探究，以便把握不断变化的市场、技术环境、以及消费者需求，并迅速地调整发展方向，以实现芯片的运算效率的提升。
芯片行业的摩尔定律
芯片行业的摩尔定律1. 摩尔定律简介1.1 定义与背景摩尔定律是由英特尔创始人戈顿·摩尔在1965年提出的一项规律，它预测了集成电路中晶体管数量在单位面积上的指数增长趋势。
摩尔定律对于芯片行业的发展起到了至关重要的作用，成为了该行业技术进步的基石。
1.2 摩尔定律的表述摩尔定律通常被表述为：每18-24个月，集成电路中能够容纳的晶体管数量翻倍，而价格保持不变。
换句话说，集成电路的性能将以指数级增长，而成本将保持稳定。
2. 摩尔定律的原理2.1 集成电路的发展摩尔定律的成立离不开集成电路的发展。
集成电路是一种将大量的电子元件（如晶体管、电阻、电容等）集成到一个硅片上的技术。
通过将这些元件集成在一起，我们可以实现更小、更快、更高效的电子设备。
2.2 科技进步的推动摩尔定律的实现得益于科技的进步，特别是集成电路制造工艺的改善。
随着时间的推移，制造工艺越来越先进，可以在更小的区域内容纳更多的晶体管。
这种技术进步使得摩尔定律得以持续发展。
3. 摩尔定律对芯片行业的影响3.1 提升性能摩尔定律的首要影响是推动了芯片性能的持续提升。
由于集成电路中的晶体管数量以指数级增长，处理器速度和存储器容量得到大幅提升，计算机的计算能力大幅提高。
这也为各种应用提供了更广阔的发展空间。
3.2 降低成本摩尔定律使得芯片的成本保持稳定，因为每个晶体管的价格在几乎相同的条件下不断下降。
这促使了电子设备的普及，使得更多的人能够负担得起计算机、智能手机等产品。
降低成本也推动了各行各业对芯片技术的应用。
3.3 创新推动摩尔定律的持续发展为创新提供了动力。
芯片行业的竞争激烈，为了跟上摩尔定律的步伐，各公司纷纷加大研发投入，不断推出性能更强、功耗更低的产品。
这种竞争推动了技术的创新，为用户提供了更好的产品体验。
4. 摩尔定律的挑战与未来4.1 功耗问题随着集成电路规模的不断扩大，功耗成为了摩尔定律面临的一个重要挑战。
尽管晶体管变得更小更快，但同样面积上的功耗也随之增加。
元器件的发展规律及摩尔定律
元器件的发展规律及摩尔定律技术进步是推动元器件发展的关键因素之一、随着半导体材料、工艺和封装技术的不断进步，元器件的性能得到了持续的提升，例如处理器的运算速度、存储器的容量等。
技术进步还带来了元器件的新型和高性能产品，例如光电子器件和传感器等。
小型化是元器件发展的一个显著趋势。
随着电子产品对于尺寸和重量越来越苛刻的要求，元器件的体积也不断缩小。
小型化不仅带来了电子产品的便携性和轻薄化，同时还增加了元器件的集成度，提高了产品的性能和功能。
高集成度是元器件发展的另一个重要方向。
高集成度指的是在同一芯片上集成更多的电路和功能，从而减少电路之间的互连，提高电路的速度和可靠性。
高集成度的实现主要依靠微电子和集成电路技术的不断进步。
通过提升集成度，可减少产品的成本，提高系统的稳定性和可靠性。
功能丰富化是元器件发展的另一个趋势。
随着智能化、自动化和物联网等技术的发展，电子产品对于功能的要求也越来越高。
元器件不仅需要提供传统的电路功能，还需要具备更多的特殊功能，例如无线通信、传感检测、图像处理等。
因此，元器件的功能丰富化成为了发展的一个方向。
摩尔定律摩尔定律是集成电路发展规律中最重要的法则之一，由英特尔公司创始人之一戈登·摩尔（Gordon Moore）在1965年首次提出。
摩尔定律指出，在集成电路上可容纳的晶体管的数量每隔18到24个月会翻一番，而价格不变。
因此，集成电路的集成度每隔一段时间就会翻一番，性能也会相应提升。
摩尔定律的提出对电子行业产生了深远的影响。
首先，摩尔定律推动了信息技术的迅猛发展。
通过不断提高集成度，电子产品的性能得到了大幅度提升，从而推动了计算机、通信和消费电子等领域的快速发展。
其次，摩尔定律促进了半导体工艺和技术的创新。
为了实现摩尔定律的预测，电子行业不断推动半导体工艺和技术的革新。
例如，从传统的硅工艺发展到近几年兴起的三维堆叠芯片技术，都是为了在有限的面积上集成更多的晶体管。
在计算机网络领域的摩尔定律芯片的运算
在计算机网络领域的摩尔定律芯片的运算摩尔定律芯片是指通过微米尺度进行集成的电子元件，它运用微型工艺技术制造的单片电路（IC），它能够提供成百上千的电子元件，标志着计算机网络领域的一项重大突破。
摩尔定律芯片的发展历程1960年，英国的科学家艾伦摩尔提出了一种定律，即每一年电路功能数量都会翻一番，之后几年，他的理论得到了科学界和业界的普遍认可。
1970年代，随着微型处理器技术的发展，摩尔定律芯片也开始兴起，改变了电子计算机的风貌，使得计算机更加小巧灵活，效率得到大大的提高。
到20世纪80年代末，摩尔定律芯片已经发展到一定程度，它基本上支撑着计算机网络领域的整个技术。
摩尔定律芯片在计算机网络领域的应用摩尔定律芯片在计算机网络领域被广泛应用，它们能够满足各种高性能、高集成、高可靠等要求。
它们最常见的用途是实现计算机网络的存储，访问、连接和处理功能，它们能够提供网络的运算能力。
此外，摩尔定律芯片还能够实现网络的安全加密和管理等功能，如：网络调度、软件转换、协议传输、虚拟化等。
摩尔定律芯片的发展前景随着网络的不断发展，摩尔定律芯片也在不断发展与改进。
摩尔定律芯片的发展将有助于实现更低功耗、更高性能、更低价格等优化，这将使得网络技术更快地发展，实现更多的功能以满足用户的需求。
同时，未来的摩尔定律芯片也将不断改进，实现更为强大的功能，比如实现机器学习、人工智能等功能，这将极大地改变计算机网络领域的未来发展。
总结摩尔定律芯片是一种运用微型工艺技术制造的单片电路，它的发展历程可以追溯到20世纪60年代。
它在计算机网络领域被广泛应用，它们能够满足各种高性能、高集成、高可靠等要求。
未来，摩尔定律芯片将不断改进，实现更为强大的功能，比如实现机器学习、人工智能等功能，这将极大地改变计算机网络领域的未来发展。
计算机网络领域的摩尔定律,芯片的运算速度
计算机网络领域的摩尔定律,芯片的运算速度
在计算机网络领域的摩尔定律，芯片的运算速度每多少个月翻一番
每隔18-24个月便会增加一倍，摩尔定律是由英特尔（Intel）创始人之一戈登·摩尔（Gordon Moore）提出来的。
其内容为：当价格不变时，集成电路上可容纳的元器件的数目，约每隔18-24个月便会增加一倍，性能也将提升一倍。
换言之，每一美元所能买到的电脑性能，将每隔18-24个月翻一倍以上。
这一定律揭示了信息技术进步的速度。
扩展资料
摩尔定律的发展历程：1965年4月19日，《电子学》杂志（Electronics Ma gazine）第114页发表了摩尔撰写的文章〈让集成电路填满更多的组件〉，文中预言半导体芯片上集成的晶体管和电阻数量将每年增加一倍。
1975年，摩尔在IEEE国际电子组件大会上提交了一篇论文，根据当时的实际情况对摩尔定律进行了修正，把每年增加一倍改为每两年增加一倍，而普遍流行的说法是每18个月增加一倍。
但1997年9月，摩尔在接受一次采访时声明，他从来没有说过每18个月增加一倍，而且SEMATECH路线图跟随24个月的周期。
芯片的发展历程
芯片的发展历程芯片的发展历程可以追溯到20世纪50年代，当时的电子管技术已经非常成熟。
然而，由于电子管的体积庞大、功耗高、寿命短等问题，科学家们开始探索一种更小、更高效的电子元件。
1958年，美国的杰克·基尔比和罗伯特·诺伊斯通过将晶体管等离子体刻在单片硅晶体上，发明了第一块集成电路。
这种集成电路将数十个晶体管组合在一起，形成一个功能完整的电子元件。
之后，研究人员通过微影技术，将更多的元件集成到单块芯片上，从而提高了电路的集成度。
1965年，英特尔公司的创始人戈登·摩尔提出了摩尔定律，该定律预言了集成电路每隔18-24个月，集成度将翻一番，而成本将减半。
这一预测准确地描述了芯片行业的发展趋势，并成为了之后芯片发展的重要指导。
随着摩尔定律的推动，芯片的规模不断增大，性能也得到了大幅提升。
20世纪70年代末，第一款大规模集成（VLSI）芯片问世，它的集成度是传统集成电路的数倍。
这一突破在计算机和通信领域引发了巨大的变革，同时也为后续的芯片创新打下了基础。
20世纪80年代，随着数字信号处理技术的发展，芯片的应用领域进一步扩大。
高性能处理器、图像处理器、音频处理器等先进芯片相继问世，为计算机图形处理、音视频编码解码等领域带来了巨大的提升。
1990年代初，随着个人电脑的普及，芯片市场进入了一个爆发期。
微软的Windows操作系统和因特尔的处理器形成了黄金组合，推动了个人计算机的快速普及，也推动了芯片行业的繁荣。
21世纪初，移动互联网的兴起成为芯片行业发展的新引擎。
随着智能手机、平板电脑等移动设备的普及，对于功耗、体积和性能的要求也越来越高。
不断涌现的移动处理器和通信芯片，加速了移动互联网的发展，并催生出了新兴的行业和商业模式。
当前，芯片行业正处于人工智能、大数据、物联网等新兴技术的驱动下，迎来了新的发展机遇。
人工智能芯片、5G通信芯片、物联网芯片等成为新的研究热点，推动着芯片技术的不断突破和创新。
芯片发展大事年表
芯片发展大事年表一、1958年：集成电路的诞生集成电路是芯片的前身，它是由杰克·基尔比和罗伯特·诺伊斯研发成功的。
这一技术的诞生，标志着芯片发展的起点。
二、1965年：摩尔定律的提出摩尔定律是由英特尔创始人戈登·摩尔提出的，它预测了芯片中晶体管数量的指数级增长。
这一定律成为了芯片发展的重要引擎。
三、1971年：微处理器的诞生微处理器是一种由集成电路构成的芯片，它具备了处理器的功能。
Intel公司推出的首款微处理器4004，开启了个人计算机时代。
四、1987年：CMOS技术的应用CMOS技术是一种低功耗的集成电路制造技术，它使得芯片在功耗和性能上取得了平衡。
CMOS技术的应用，为芯片的进一步发展提供了基础。
五、1990年：DRAM存储器的突破DRAM（动态随机存取存储器）是一种用于计算机存储的芯片，它具备了高密度和低成本的特点。
1990年，三星公司推出了第一款1M DRAM芯片，开创了DRAM存储器的新时代。
六、1997年：ASIC技术的应用ASIC（专用集成电路）是一种根据特定需求定制的芯片，它具备了高性能和低功耗的特点。
ASIC技术的应用，为电子产品的不断创新提供了支撑。
七、2000年：SOC技术的兴起SOC（片上系统）是一种将多个功能模块集成在一颗芯片上的技术，它大大简化了电子产品的设计和生产流程。
SOC技术的兴起，为信息产业的快速发展奠定了基础。
八、2003年：无线通信芯片的发展无线通信芯片是一种用于无线通信设备的芯片，它具备了高速传输和稳定连接的特点。
2003年，高通推出了首款3G无线通信芯片，推动了移动通信的普及和发展。
九、2010年：ARM架构的崛起ARM架构是一种低功耗的处理器架构，它被广泛应用于移动设备和嵌入式系统。
ARM架构的崛起，改变了传统的处理器格局，推动了智能手机等移动设备的快速发展。
十、2017年：人工智能芯片的崭露头角人工智能芯片是一种专门用于加速人工智能计算的芯片，它具备了高性能和低功耗的特点。
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第1个在Si单片上实现的集成电路
第一个Si单片电路IC-“微芯片” by R. Noyce (Fairchild, IC 技术创始人之一)
IC制造工艺的进步
1958-1960 基本IC工艺和器件进一步
--- 氧化工艺(Atalla; bell Lab) --- PN结隔离(K. Levovec) --- Al金属膜的蒸发制备 --- 平面工艺技术(J. Hoerni; Fairchild)
第1个集成电路的发明
J. Kilby
集成电路之父 2000 Nobel 物理奖 1958.9.12发明了第1
个IC“Solid Circuit”
第1个IC
锗衬底，台式结构、2个晶体管、2个电容、 8个电阻，黑蜡保护刻蚀，打线结合
Intel P4
4千2百万个晶体管、 尺寸：224mm2
距离晶体管发明已经过去11年，why？
新制造方法
• 300mm equipment • Processing chemistries • Alliances • Advanced Process
Control • Integrated metrology
新封装形式 • Flip Chip • Wafer Scale Packaging • 3D Packaging • System in a package
微电子制造原理与技术
第二部分 芯片制造原理与技术 李明
材料科学与工程学院
芯片发展历程与莫尔定律 晶体管结构及其作用 芯片微纳制造技术
第1个晶体管的诞生
1947.12.23 点接触式晶体管 By Bardeen & Brattain
第一篇关于晶体管的文章 Br Webster’s
“The transistor, a semiconductor triode” （晶体管，一个半导体三级管）
集成度提高---新工艺技术
1978-1987 VLSI *精细光刻技术(电子束制备掩膜版) *等离子体和反应离子刻蚀技术 *磁控溅射制备薄膜
1988-1997 ULSI * 亚微米和深亚微米技术 * 深紫外光刻和图形技术
IC快速发展强烈依赖材料与技术研发
集成度提高---新工艺技术
1998- 2007 SoC/SLSI, 纳米尺度CMOS *Cu 和 Low-k 互连技术 *High-k 栅氧化物 *绝缘体上SOI, etc
IC芯片中晶体管（脑细胞）数目
From SSI to VLSI/ULSI
晶体管数目
小规模集成电路(SSI) 中规模集成电路 (MSI) 大规模集成电路 (LSI) 超大规模集成电路(VLSI: Very Large ) 甚大规模ULSI(Ultra Large) 极大规模SLSI(Superga)
2008-
IC快速发展源泉——材料与技术研发
新材料 • Copper
Interconnects • Silicon-On-
Insulator (SOI) • Low-k • Silicon
Germanium (SiGe) • Strained Silicon
Source: FSI International, Inc.
Moore's Law 芯片上晶体管（脑细胞）尺寸随时间不断缩小的规律
Intel创始人Gordon Moore 1965年提出 集成电路的集成度，每18-24
个月提高一倍 1960 以来，Moore定律一直
“Transistor =transfer + resistor, （晶体管＝传输+电阻） Transferring electrical signal across a resistor” （经过一个电阻传输点信号）
场效应晶体管理论的建立
场效应晶体管理论 – 通过表面电荷调制半导体薄膜的电导 率 – (Phys. Rev. 74, 232,1948)
2-30 30-103 103-5 105-7 107-9 >109
IC快速发展强烈依赖材料与技术研发
性能(速度、能力可靠性) 功能从简单逻辑门到复杂系统 产量、价格、应用
制造技术 Si 和其他材料的开发 器件物理 电路和系统 ---
IC快速发展强烈依赖材料与技术研发
1959-63 MOS 器件与工艺
---1959 MOS 电容 (J. Moll; Stanford) ---1960-63 Si表面和MOS器件研究 (Sah, Deal, Grove…) ---1962 PMOS (Fairchild); NMOSFET (美国无线电公司) ---1963 CMOS (Wanlass, Sah; Fairchild)
集成度提高---新工艺技术
1958-1967 SSI *平面工艺 1968-1977 LSI *离子注入掺杂
*多晶硅栅极 *局部硅氧化的器件隔离技术 *单晶管 DRAM by R. Denard (1968 patent) *微处理器( 1971, Intel)
IC快速发展强烈依赖材料与技术研发
器件、电路新原理
• System-on-Chip (SOC) • Magnetoresistive RAM • Double-gate
Transistors • Carbon Nanotube
Transistors • Biological and
Molecular Selfassembly
莫尔定律
1956 Nobel 物理奖：Bardeen, Brattain and Shockley
晶体管制造工艺的摸索
1950-1956: 基本晶体管制造技术发展 ---从基于锗的器件转为硅衬底 ---从合金化制造 p/n结转变为扩散制备pn结 1950 扩散结(Hall, Dunlap; GE) 1952 结型场效应晶体管 ( Shockley; Bell Lab) 1954 第一个硅晶体管(TI：德州仪器）) 1955 扩散结和晶体管结合(Bell Lab)