集成电路介绍.ppt
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《数字集成电路》课件
1 滤波
去除噪声、增强信号的关键技术。
2 变换
将信号在时域与频域之间转换的方法。
3 压缩
减少数据量，方便存储和传输。
数字信号处理中的滤波器设计
FIR滤波器
时域响应仅有有限个点，稳定性好。
IIR滤波器
时域响应呈指数衰减，延时较小。
模拟/数字混合信号集成电路
1
基础理论
混合信号电路设计所需的模拟电路与数字电路基础知识。
时序逻辑电路
触发器与锁存器
用于存储时钟信号冲突消除和数 据暂存。
计数器
移位寄存器
用于计算和记录触发事件的数量。
用于数据移位操作，实现数据的 串行传输。
数字信号处理技术
数字信号处理（DSP）是用数字计算机或数字信号处理器对原始信号进行处理、分析和存储的一 种技术。它在通信、音频处理和图像处理等领域具有广泛应用。
《数字集成电路》PPT课 件
数字集成电路PPT课件大纲： 1. 什么是数字集成电路 2. 数字集成电路的分类和结构
数字电路设计的流程
1
需求分析
确定数字电路的功能与性能要求，并定义输入输出及约束条件。
2
电路设计
利用逻辑门、触发器等基本组件进行数字电路设计。
3
电路仿真
使用仿真软件验证数字电路中的电气特性和功能。
2 低功耗设计
3 增强型通信
减少功耗，延长电池寿命。
提升通信性能和速度。
2
模拟数字转换
模拟和数字信号之间的转换方法和技术。
3
功耗与噪声
如何平衡功耗Βιβλιοθήκη 噪声性能。电路模拟与仿真SPICE仿真
使用电路仿真软件模拟电路 的工作状态。
参数提取与建模
集成电路基础知识培训课件(PPT 33页)
集成电路制造流程
1、掩膜版加工 2、晶圆加工
前工序
3、中测（切割、减薄、挑粒）
4、封装或绑定
后工序
5、成测
集成电路制造流程
掩膜版加工
在半导体制造的整个流程中，其中一部分就是从版图到wafer制造中 间的一个过程，即光掩膜或称光罩(mask)制造。这一部分是流程衔接的关 键部分，是流程中造价最高的一部分，也是限制最小线宽的瓶颈之一。
引脚数≥00mil时，俗称宽体。
3、前、后工序:IC制造过程中, 晶圆光刻的工艺(即所谓流 片),被称为前工序,这是IC制造的最要害技术;晶圆流片后, 其切割、封装等工序被称为后工序。
中测（硅片的测试）
中测（Wafer test）是半导体后道封装测试的第一站。 中测有很多个名称，比如针测、晶圆测试、CP（Circuit Probing）、 Wafer Sort、Wafer Probing等等。 中测的目的是将硅片中不良的芯片挑选出来，然后打上红点或者是黑点。
随着IC高度集成化、芯片和封装面积的增大、封装层的薄壳 化以及要求价格的进一步降低，对于模塑料提出了更高且综合性 的要求。
2、集成电路封装形式的简介
集成电路的封装形式有很多，按封装形式可分 三大类，即双列直插型、贴片型和功率型。
在选择器件封装形式应首先考虑其胶体尺寸和 脚间距这两点。胶体尺寸是指器件封装材料部分的 宽度（H），一般用英制mil来标注；脚间距是指器 件引脚间的距离（L），一般用公制mm来标注。
集成电路的英文是：Integrated Circuit 简称为IC
2、集成电路的分类
• 通用集成电路General IC 例如单片机、存储器等，通用都可以理解为一般常用的。
• 专用集成电路Application Specific Integrated Circuit 简称为ASIC ASIC是专门为了某一种或几种特定功能而设计的，它也 是相对于通用集成电路而言的，除通用的一些集成电路外， 都可称为专用集成电路。
集成电路分析与设计PPT课件
Intel公司微处理 器—Pentium® 4
25
2 集成电路发展
Intel公司微处理 器—Pentium® 6
26
2 集成电路发展 Intel Pentium 4微处理器
27
2 集成电路发展 Intel XeonTM微处理器
28
2 集成电路发展 Intel Itanium微处理器
29
2 集成电路发展
集成电路发展里程碑
30
2 集成电路发展
集成电路发展里程碑
31
2 集成电路发展
晶体管数目
2003年一年内制造出的晶 体管数目达到1018个，相 当于地球上所有蚂蚁数量 的100倍
32
2 集成电路发展
芯片制造水平
2003年制造的芯片尺寸控制 精度已经达到头发丝直径的1 万分之一，相当于驾驶一辆 汽车直行400英里，偏离误差 不到1英寸！
33
2 集成电路发展
晶体管的工作速度
1个晶体管每秒钟的开关 速度已超过1.5万亿次。 如果你要用手开关电灯 达到这样多的次数，需 要2万5千年的时间！
34
2 集成电路发展
半导体业的发展速度
1978年巴黎飞到纽约的 机票价格为900美元，需 要飞7个小时。如果航空 业的发展速度和半导体业
1960年，Kang和Atalla研制出第一个利用硅半导体材料制成的MOSFET
1962年出现了由金属-氧化物-半导体（MOS）场效应晶体管组成的MOS 集成电路
早期MOS技术中，铝栅P沟MOS管是最主要的技术，60年代后期，多晶 硅取代铝成为MOS晶体管的栅材料
1970’s解决了MOS器件稳定性及工艺复杂性之后，MOS数字集成电路 开始成功应用
一个有关集成电路发展趋势的著名 预言，该预言直至今日依然准确。
《集成电路》课件
《集成电路》ppt课 件
xx年xx月xx日
• 集成电路概述 • 集成电路的制造工艺 • 集成电路的种类与特点 • 集成电路的发展趋势与挑战 • 集成电路的实际应用案例
目录
01
集成电路概述
集成电路的定义
集成电路是将多个电子元件集成在一块衬底上，完成一定的电路或系统功能的微型电子部件。
它采用一定的工艺，把一个电路中所需的晶体管、电阻、电容和电感等元件及布线互连一起，制作在 一小块或几小块半导体晶片或介质基片上，然后封装在一个管壳内，成为具有所需电路功能的微型结 构。
超大规模集成电路（VLSI）
包含10万-100万个逻辑门或元件。
按结构分类的集成电路
单片集成电路
所有元件都在一个芯片上 。
多片集成电路
由多个芯片集成在一个封 装内。
模块化集成电路
由多个独立芯片通过线路 板连接而成。
按应用领域分类的集成电路
01
通信集成电路
用于通信设备中的信号处理和传输 。
消费电子集成电路
射频识别（RFID）技术的集成电路应用
总结词
射频识别技术是利用无线电波进行通信的一种非接触式识别技术，其集成电路应用主要涉及标签芯片和读写器芯 片。
详细描述
RFID标签芯片通常包含存储器、无线通信电路和天线等部分，用于存储和传输信息。而RFID读写器芯片则负责 与标签芯片进行通信，实现信息的读取和写入。RFID技术广泛应用于物流、供应链管理、身份识别等领域。
用于家电、数码产品等消费电子产 品中。
03
02
计算机集成电路
用于计算机硬件中的逻辑运算和数 据处理。
汽车电子集成电路
用于汽车控制系统和安全系统中。
04
xx年xx月xx日
• 集成电路概述 • 集成电路的制造工艺 • 集成电路的种类与特点 • 集成电路的发展趋势与挑战 • 集成电路的实际应用案例
目录
01
集成电路概述
集成电路的定义
集成电路是将多个电子元件集成在一块衬底上，完成一定的电路或系统功能的微型电子部件。
它采用一定的工艺，把一个电路中所需的晶体管、电阻、电容和电感等元件及布线互连一起，制作在 一小块或几小块半导体晶片或介质基片上，然后封装在一个管壳内，成为具有所需电路功能的微型结 构。
超大规模集成电路（VLSI）
包含10万-100万个逻辑门或元件。
按结构分类的集成电路
单片集成电路
所有元件都在一个芯片上 。
多片集成电路
由多个芯片集成在一个封 装内。
模块化集成电路
由多个独立芯片通过线路 板连接而成。
按应用领域分类的集成电路
01
通信集成电路
用于通信设备中的信号处理和传输 。
消费电子集成电路
射频识别（RFID）技术的集成电路应用
总结词
射频识别技术是利用无线电波进行通信的一种非接触式识别技术，其集成电路应用主要涉及标签芯片和读写器芯 片。
详细描述
RFID标签芯片通常包含存储器、无线通信电路和天线等部分，用于存储和传输信息。而RFID读写器芯片则负责 与标签芯片进行通信，实现信息的读取和写入。RFID技术广泛应用于物流、供应链管理、身份识别等领域。
用于家电、数码产品等消费电子产 品中。
03
02
计算机集成电路
用于计算机硬件中的逻辑运算和数 据处理。
汽车电子集成电路
用于汽车控制系统和安全系统中。
04
《集成电路应用》课件
集成电路的技术创新
新材料的应用
采用新型材料，如碳纳米管、二维材料等，提高 集成电路的性能和降低功耗。
制程技术的进步
不断缩小芯片制程尺寸，提高芯片性能和集成度 。
封装技术的创新
采用先进的封装技术，如晶圆级封装、3D封装等 ，提高集成效率和可靠性。
集成电路在未来的应用前景
人工智能
物联网
集成电路作为人工智能技术的硬件基础， 将广泛应用于人工智能芯片、边缘计算等 领域。
集成电路的工作流程
集成电路的工作流程主要包括输入信号 的处理、信号的传输、信号的处理和输 出信号的处理等步骤。
在输出信号处理阶段，集成电路将处理 后的信号转换回适合外部应用的信号， 并将其输出。
在信号处理阶段，集成电路对接收到的 信号进行必要的处理，如放大、运算、 比较等。
在输入信号处理阶段，集成电路接收外 部输入的信号，并将其转换为适合内部 处理的信号。
集成电路的应用领域
总结词
集成电路应用广泛，涉及通信、计算机、工业控制、消费电子、医疗电子等多个领域。
详细描述
集成电路应用广泛，涉及通信领域的手机、基站、路由器等；计算机领域的个人电脑、 服务器等；工业控制领域的智能仪表、工业控制系统等；消费电子领域的电视、音响、 游戏机等；医疗电子领域的医疗设备、远程诊疗系统等。集成电路作为现代电子系统的
感谢您的观看
医疗设备中的集成电路
医疗设备是现代医疗中不可或缺的重要工具， 而集成电路在医疗设备中扮演着关键角色。
医疗设备中的集成电路主要用于信号处理、控 制、监测等功能，如心电图机、监护仪、超声 波诊断仪等设备中都有集成电路的存在。
集成电路的应用使得医疗设备更加精准、可靠 ，提高了医疗诊断和治疗的水平，为人们的健 康提供了更好的保障。
《集成电路模板》课件
通过将多个芯片垂直堆叠，实现更高 效、更高速的集成电路。
市场发展趋势
物联网和5G技术的推动
随着物联网和5G技术的普及，集成电路市场将迎来新的增长点。
人工智能和数据中心的需求
人工智能和数据中心的建设将进一步拉动集成电路市场的需求。
汽车电子的快速发展
随着汽车智能化程度的提高，汽车电子市场对集成电路的需求也在 不断增长。
集成电路定义
集成电路是将多个电子元件集成在一块衬底上，完成一定的电路或系统功能的微 型电子部件。
它采用一定的工艺，把一个电路中所需的晶体管、电阻、电容和电感等元件及布 线互连一起，制作在一小块或几小块半导体晶片或介质基片上，然后封装在一个 管壳内，成为具有所需电路功能的微型结构。
集成电路发展历程
1993年
甚大规模集成电路 的出现。
集成电路应用领域
通信领域
如手机、电话、传真机、交换机等。
消费电子领域
如电视、音响、摄像机等。
计算机领域
如个人电脑、服务器、笔记本电脑等。
汽车电子领域
如发动机控制、安全气囊等。
集成电路应用领域
通信领域
如手机、电话、传真机、交换机等。
消费电子领域
如电视、音响、摄像机等。
将不同类型的芯片和器件集成在同一 封装内，实现更复杂、更高效的系统 级集成。
通过将多个芯片垂直堆叠，实现更高 效、更高速的集成电路。
技术发展趋势
摩尔定律的延续
随着制程工艺的不断进步，集成电路 上的晶体管数量持续增加，性能不断 提升。
3D集成技术的发展
异构集成
将不同类型的芯片和器件集成在同一 封装内，实现更复杂、更高效的系统 级集成。
测试技术
功能测试
《集成电路设计》课件
蒙特卡洛模拟法
通过随机抽样和概率统计的方法，模 拟系统或产品的失效过程，评估其可 靠性。
可靠性分析流程
确定分析目标
明确可靠性分析的目 的和要求，确定分析 的对象和范围。
进行需求分析
分析系统或产品的使 用环境和条件，确定 影响可靠性的因素和 条件。
进行失效分析
分析系统或产品中可 能出现的失效模式和 原因，确定失效对系 统性能和功能的影响 。
DRC/LVS验证
DRC/LVS验证概述
DRC/LVS验证是物理验证中的两个重要步骤，用于检查设计的物 理实现是否符合设计规则和电路图的要求。
DRC验证
DRC验证是对设计的物理实现进行规则检查的过程，以确保设计的 几何尺寸、线条宽度、间距等参数符合设计规则的要求。
LVS验证
LVS验证是检查设计的物理实现与电路图一致性的过程，以确保设 计的逻辑功能在物理实现中得到正确实现。
版图设计流程
确定设计规格
明确设计目标、性能指标和制造工艺要求 。
导出掩模版
将最终的版图导出为掩模版，用于集成电 路制造。
电路设计和模拟
进行电路设计和仿真，以验证电路功能和 性能。
物理验证和修改
进行DRC、LVS等物理验证，根据结果进 行版图修改和完善。
版图绘制
将电路设计转换为版图，使用专业软件进 行绘制。
集成电路设计工具
电路仿真工具
用于电路设计和仿真的软件， 如Cadence、Synopsys等。
版图编辑工具
用于绘制版图的软件，如Laker 、Virtuoso等。
物理验证工具
用于验证版图设计的正确性和 可靠性的软件，如DRC、LVS等 。
可靠性分析工具
用于进行可靠性分析和测试的 软件，如EERecalculator、 Calibre等。
通过随机抽样和概率统计的方法，模 拟系统或产品的失效过程，评估其可 靠性。
可靠性分析流程
确定分析目标
明确可靠性分析的目 的和要求，确定分析 的对象和范围。
进行需求分析
分析系统或产品的使 用环境和条件，确定 影响可靠性的因素和 条件。
进行失效分析
分析系统或产品中可 能出现的失效模式和 原因，确定失效对系 统性能和功能的影响 。
DRC/LVS验证
DRC/LVS验证概述
DRC/LVS验证是物理验证中的两个重要步骤，用于检查设计的物 理实现是否符合设计规则和电路图的要求。
DRC验证
DRC验证是对设计的物理实现进行规则检查的过程，以确保设计的 几何尺寸、线条宽度、间距等参数符合设计规则的要求。
LVS验证
LVS验证是检查设计的物理实现与电路图一致性的过程，以确保设 计的逻辑功能在物理实现中得到正确实现。
版图设计流程
确定设计规格
明确设计目标、性能指标和制造工艺要求 。
导出掩模版
将最终的版图导出为掩模版，用于集成电 路制造。
电路设计和模拟
进行电路设计和仿真，以验证电路功能和 性能。
物理验证和修改
进行DRC、LVS等物理验证，根据结果进 行版图修改和完善。
版图绘制
将电路设计转换为版图，使用专业软件进 行绘制。
集成电路设计工具
电路仿真工具
用于电路设计和仿真的软件， 如Cadence、Synopsys等。
版图编辑工具
用于绘制版图的软件，如Laker 、Virtuoso等。
物理验证工具
用于验证版图设计的正确性和 可靠性的软件，如DRC、LVS等 。
可靠性分析工具
用于进行可靠性分析和测试的 软件，如EERecalculator、 Calibre等。
集成电路第8章I0.ppt
偏置。 （2）两个寄生三极管的电流放大倍数乘积大于1： （3）电源所提供的最大电流大于寄生可控硅导通所需要的维持电
流Ih。
2024/9/30
18
第二节 输入保护电路
其中条件（2）的推导如下
设外界干扰引起的触发电流IAG 使Q1的EB结正偏电压大于≥0.7V。
此时Q1导通，若 IC1流过Rw产生的压降大于0.7V，就能使Q2也导
2024/9/30
12
第二节 输入保护电路
二、输入保护电路 2、上图所示可以很好保护NMOS管栅极，但是对PMOS管栅极保 护作用较差。若把二极管接在VDD和输入端之间，则对PMOS管 栅极保护作用好而对NMOS栅极保护差。 因此，CMOS IC中一般都采用双二极管保护电路，用两个二极管 和一个电阻构成的保护电路。
一旦发生闩锁效应，CMOS电路的电源和地之间就处于近似 短路的状态，这势必破坏电路的正常工作。此时只有将电源关 断，然后重新接通，电路才可能恢复正常工作。如果这种电流不 加限制，最终将使整个电路烧毁。
2024/9/30
17
第二节 输入保护电路
CMOS电路版图中的闩锁效应
产生闩锁效应的基本条件有三个： （1）外界因素使两个寄生三极管的EB结处于大于等于0.7的正向
2024/9/30
1
第一节 输入缓冲器
要通过输入缓冲器转换成合格的CMOS逻辑电平，再送到其他电
路的输入端。可以通过一个专门设计的CMOS反相器实现电平转
换，它的逻辑阈值设计在输入高、低电平范围之间，即
Vit
VIH min
VILmax 2
1.4V
若 VDD 5V VTN VTP 0.8V ，则要求输入级反相器的比例因子
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流Ih。
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18
第二节 输入保护电路
其中条件（2）的推导如下
设外界干扰引起的触发电流IAG 使Q1的EB结正偏电压大于≥0.7V。
此时Q1导通，若 IC1流过Rw产生的压降大于0.7V，就能使Q2也导
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12
第二节 输入保护电路
二、输入保护电路 2、上图所示可以很好保护NMOS管栅极，但是对PMOS管栅极保 护作用较差。若把二极管接在VDD和输入端之间，则对PMOS管 栅极保护作用好而对NMOS栅极保护差。 因此，CMOS IC中一般都采用双二极管保护电路，用两个二极管 和一个电阻构成的保护电路。
一旦发生闩锁效应，CMOS电路的电源和地之间就处于近似 短路的状态，这势必破坏电路的正常工作。此时只有将电源关 断，然后重新接通，电路才可能恢复正常工作。如果这种电流不 加限制，最终将使整个电路烧毁。
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第二节 输入保护电路
CMOS电路版图中的闩锁效应
产生闩锁效应的基本条件有三个： （1）外界因素使两个寄生三极管的EB结处于大于等于0.7的正向
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1
第一节 输入缓冲器
要通过输入缓冲器转换成合格的CMOS逻辑电平，再送到其他电
路的输入端。可以通过一个专门设计的CMOS反相器实现电平转
换，它的逻辑阈值设计在输入高、低电平范围之间，即
Vit
VIH min
VILmax 2
1.4V
若 VDD 5V VTN VTP 0.8V ，则要求输入级反相器的比例因子
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仙童公司制造的IC
集成电路的诞生
单晶硅
集成电路晶圆
经过氧化、光刻、腐蚀、注入等工艺在晶圆上“刻 画”出各个元件，再通过合金将元件连在一起，成 为满足需要的集成电路
集成电路的诞生
平面工艺技术：三极管
• 三极管是一个电流控制开关元件：be端输 入电流大小决定ce端输出电流大小
e bc
e bc
N
N
P
• 2014年6月，颁布《集成电路产业发展推进纲要》， 将半导体产业新技术研发提升至国家战略高度。
谢 谢！
Back Up
集成电路材料
• 硅片（Si）：直径30CM
• P型材料：捕获电子（硼 --- P） • N型材料：提供电子（磷 --- N）
MOS介绍
• MOS管是集成电路的基础单元。 • 压控开关 • 整个电路就像城市，MOS管就像房子
P
侧面
N
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正面
MOS管工艺制造
合金
SGD
N
N
N
N
P
S
GD
侧面
正面
MOS管工艺制造
划片
封装
Байду номын сангаас
侧面
N P
N
线宽
正面
集成电路的发展
12个 晶体管
1962年
1000个 晶体管
1966年
10万个 晶体管
1973年
15万个 1000万个 晶体管 晶体管
1977年 1993年
1亿个 晶体管
1994年
集成电路的发展
• 1962年，线宽25um • 1970年，线宽8um • 2000年，线宽180nm • 2018年，线宽7nm
150千瓦 • 每秒钟可进行
5000次运算 • 美国国防部用来
进行弹道计算
集成电路的诞生
• 1952年5月，英国科学家达默第 一次提出了集成电路的设想。
• 1958年以德克萨斯仪器公司的科 学家基尔比为首的研究小组研制 出了世界上第一块集成电路
诺伊斯
• 1959年 美国仙童/飞兆公司 （ Fairchilds）的R.Noicy 诺依斯 开发出用于IC的Si平面工艺技术， 从而推动了IC制造业的大发展。
MOS介绍
电压 电流
MOS管工艺制造 氧化
P
侧面
正面
MOS管工艺制造 多晶硅淀积
P
侧面
正面
MOS管工艺制造 涂胶
P
侧面
正面
MOS管工艺制造 光刻&曝光
P
侧面
正面
MOS管工艺制造 清洗
P
侧面
正面
MOS管工艺制造 腐蚀
P
侧面
正面
MOS管工艺制造 N注入
N
N
P
侧面
N
N
正面
MOS管工艺制造 去胶
集成电路介绍
张剑
无所不在的集成电路
• 凡是带电池或者接电的都有集成电路 • 比如手机，Ipad，电视，笔记本，冰箱，汽
车、飞机、轮船、导弹、卫星。。。
集成电路的前身：分立元件
电子管
（1906年）
二极管
（1947年）
三极管 MOS管
（1947年）
（1960年）
第一代电子计算机(ENIAC)
• 1946年2月14日 • 18000个电子管 • 占地170平方米 • 重达30吨 • 每小时耗电约
缺乏
– 2018年我国集成电路自给率仅为15.35% – 核心芯片自给率更低。比如计算机系统中的MPU、通
用电子系统中的FPGA/EPLD和DSP、通信装备中的 Embedded MPU和DSP、存储设备中的DRAM和Nand Flash、显示及视频系统中的Display Driver等，国产芯片 占有率都几乎为零
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MOS管工艺制造 氧化
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MOS管工艺制造 涂胶
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MOS管工艺制造 光刻&曝光
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正面
MOS管工艺制造 清洗
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正面
MOS管工艺制造 腐蚀
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正面
MOS管工艺制造 清洗
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MOS管工艺制造 合金
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戈登·摩尔先生
iPad mini4
• 2018年 • 面积0.03平方米 • 重300克 • 每小时耗电4.5瓦 • 每秒钟可进行30
亿次运算
• 娱乐平板
ENIAC
5600倍 10万倍 3万倍 60万分之一 军用
中国集成电路现状
• 中国目前是世界上最大的芯片消费市场 • 我国集成电路自给率水平偏低，核心芯片
1mm=1000um=1000x1000nm 一根头发直径大约75um!
集成电路的发展
100 mm
1975
150 mm
1980
200mm
1990
300mm 2001
450mm 2017
集成电路的发展
• 集成电路的集成度每18 个月就翻一番，特征尺 寸每3年缩小1/2。
摩尔定律
硅原子直径0.22nm！