第1章1.3 微电子技术

(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。 集成电路的工作速度主要取决于晶体管的尺寸。 主要取决于晶体管的尺寸 晶体管的尺寸越小，其极限工作频率越高， 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，相同面积的晶片可容纳的晶体 的开关速度就越快， 管数目就越多。 管数目就越多。 • 所以从集成电路问世以来，人们就一直在缩小晶 所以从集成电路问世以来， 体管、电阻、电容、连接线的尺寸上下功夫。 体管、电阻、电容、连接线的尺寸上下功夫。
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第1章 信息技术概述
什么是集成电路？ 什么是集成电路？
集成电路 (Integrated Circuit，简称 ： ，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 采用平面工艺， 采用平面工艺 将晶体管、电阻、 将晶体管、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：
元器件数目 ＜100 100~3000 3000~10万 万 10万~几十亿 万 几十亿 ＞100万 万
第1章 信息技术概述
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（ 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 电路 ······
按晶体管结构、电路和工艺分： 按晶体管结构、电路和工艺分 ：
IC集成度提高的规律 集成度提高的规律
Moore定律： 单块集成电路的集成度平均每 个月 定律：单块集成电路的集成度平均每18个月 定律 翻一番 (Gordon E.Moore,1965年) 年 例：Intel微处理器集成度的发展 微处理器集成度的发展
酷睿2双核 酷睿 双核 （2006） 291～410M晶体管 ） ～ 晶体管 酷睿2四核 酷睿 四核 （2007） 820M 晶体管 ） Core i7 六核（2010） >10亿 晶体管 六核（ ） 亿
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第1章 信息技术概述
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级 纳米级时 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， 到仅有几十个甚至几个电子流动 ， 晶体管将逼近其物理极限 而无法正常工作
出路： 出路：
2001
0.13 47.6 1.6 340 7 12
2004
0.09 135 2.0 390 8 14
2008
0.045 539 2.655 468 9 16
2010
0.032 1000 3.8 600 9 16
2014
0.014 3500 10 901 10 18
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第1章 信息技术概述
IC技术发展——减小蚀刻尺寸 技术发展—— 技术发展
80486 80386 80286 8086 8080 Pentium
晶体管数
CORE i7 CORE 2 Quad CORE 2 Duo Pentium 4 Pentium III Pentium II
1000x106 100x106 10x106 106 100 000 10 000
8008 4004
体积小、 体积小、重量轻 功耗小、 功耗小、成本低 速度快、 速度快、可靠性高
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小规模集成电路
超大规模集成电路
第1章 信息技术概述
IC是所有电子产品的核心 是所有电子产品的核心
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第1章 信息技术概述
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（ 专用集成电路（ASIC） ）
集成电路规模 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（ 电路（VLSI） ） 极大规模集成 电路（ 电路（ULSI） ）
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第1章 信息技术概述
Байду номын сангаас
IC卡的类型 按使用方式分类 卡的类型(按使用方式分类 卡的类型 按使用方式分类)
接触式IC卡 如电话 如电话IC卡 接触式 卡(如电话 卡) 表面有方型镀金接口， 个或6个镀金触点 表面有方型镀金接口 ， 共 8个或 个镀金触点 。 个或 个镀金触点。 使用时必须将IC卡插入读卡机 卡插入读卡机， 使用时必须将 卡插入读卡机 ， 通过金属触点 接触式IC卡 接触式 卡 传输数据。 传输数据。 用于信息量大、读写操作比较复杂的场合,但易 用于信息量大、读写操作比较复杂的场合 但易 磨损、怕脏、 磨损、怕脏、寿命短 非接触式IC卡 射频卡 感应卡) 射频卡、 非接触式 卡(射频卡、感应卡 接触式IC卡的结构 接触式 卡的结构 采用电磁感应方式无线传输数据， 采用电磁感应方式无线传输数据 ， 解决了无源 卡中无电源） （卡中无电源）和免接触问题 操作方便，快捷，采用全密封胶固化，防水、 操作方便 ， 快捷 ， 采用全密封胶固化 ， 防水 、 防污， 防污，使用寿命长 用于读写信息较简单的场合， 用于读写信息较简单的场合，如身份验证等 非接触式IC卡 非接触式 卡 代居民身份证—见 材料1.6） 如公交卡、 （ 如公交卡 、 第 2代居民身份证 见 P33材料 ）第1章 信息技术概述 代居民身份证 材料
电子电路中元器件的发展演变
电子管 (1904) 晶体管 (1948) 中/小规模 小规模 集成电路 (1950’s) 大规模/超大规模 大规模 超大规模 集成电路(1970’s) 集成电路
• 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。
酷睿i7六核的蚀刻尺寸为 0.032µm（32纳米） 酷睿 六核的蚀刻尺寸为 （ 纳米） 纳米
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第1章 信息技术概述
IC技术发展——增大晶圆面积 技术发展—— 技术发展
增大硅晶圆的面积： 增大硅晶圆的面积：使每块晶 圆能生产更多的芯片
比如，使用 比如，使用0.13微米的工艺在 微米的工艺在 200mm的晶圆上可以生产大 的晶圆上可以生产大 个处理器核心， 约179个处理器核心，而使用 个处理器核心 同样工艺在300mm的晶圆可 的晶圆可 同样工艺在 以制造大约427个处理器核心， 个处理器核心， 以制造大约 个处理器核心 而实际成本提高不多
第1章 信息技术概述 章
1.3 微电子技术简介
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 ） 卡
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第1章 信息技术概述
(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 微电子技术是信息技术领域中的关 是信息技术领域中的 键技术， 键技术，是发展电子信息产业和各项 高技术的基础 • 微电子技术的核心是集成电路技术 微电子技术的核心是集成电路技术 集成电路
什么是 IC卡？ 卡
IC卡(chip card、smart card)，又称为集成电路卡，它是把 卡 、 ，又称为集成电路卡， 集成电路芯片密封在塑料卡基片内，使其成为能存储信息、 集成电路芯片密封在塑料卡基片内，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
集成电路的制造流程
硅抛光片 硅平面工艺
检测、 晶圆 检测、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”
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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”
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第1章 信息技术概述
(4) IC卡简介 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，例如我们的身份 IC卡打交道 证、手机SIM卡、交通卡、饭卡等等，什么是IC卡？ 手机SIM卡 交通卡、饭卡等等，什么是IC卡 SIM IC 它有哪些类型和用途？工作原理大致是怎样的？ 它有哪些类型和用途？工作原理大致是怎样的？下 面是简单介绍。 面是简单介绍。
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第1章 信息技术概述
IC卡的类型 按芯片分类 卡的类型(按芯片分类 卡的类型 按芯片分类)
存储器卡：封装的集成电路为存储器， 存储器卡：封装的集成电路为存储器，信息可长期保 也可通过读卡器改写。结构简单，使用方便。 存，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 于安全性要求不高的场合， 如电话卡、水电费卡、 交卡、 带加密逻辑的存储器卡增加了加 交卡、医疗卡等 （ 带加密逻辑的存储器卡 增加了加 密电路） CPU卡：封装的集成电路为中央处理器（CPU）和存 卡 封装的集成电路为中央处理器（ ） 储器，还配有芯片操作系统(Chip Operating System)， 储器，还配有芯片操作系统 ， 处理能力强，保密性更好，常用作证件和信用卡使用。 处理能力强，保密性更好，常用作证件和信用卡使用。 手机中使用的SIM卡就是一种特殊的 卡就是一种特殊的CPU卡。 手机中使用的 卡就是一种特殊的 卡
减小蚀刻尺寸，缩小晶体管、电阻、 减小蚀刻尺寸，缩小晶体管、电阻、电容和连线 的尺寸
尺寸越小，开关速度越快， 尺寸越小，开关速度越快，性能越高 相同面积晶片可容纳的晶体管数目就越多， 相同面积晶片可容纳的晶体管数目就越多，成本 越低