第1章1.3微电子技术素材
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《微电子技术》课件
2
积极参与
在课堂上积极参与讨论，和其他学生交流。
3
阅读相关文献
阅读课程参考书和相关文献，掌握学习内容的核心思想和方法。
学习建议
1. 找到合适的研究 方向
选择一个自己感兴趣的方向深 入研究，可以帮助提高学习积 极性。
2. 进行实践操作
尽可能多地进行实际操作，加 深对微电子技术的理解和掌握。
3. 相互协作
微电子技术
介绍微电子技术的基本概念，重要性和应用。探索微电子领域的最新和前沿 技术，如芯片封装和集成电路设计。
课程目标
1 深入了解微电子领域
从基本概念到前沿技术，全面学习微电子技术的历史和应用。
2 独立完成微电子设计
通过本课程的学习和实践，学生可以独立完成一个微电子设计项目。
3 了解最新研究成果
介绍微电子领域的最新研究成果，如新型器件、智能芯片等。
尝试和其他同学合作，相互协 作，更好地完成项目的设计和 加工。
总结
技术进步
实践与掌握
微电子技术正在不断进步和创新， 为日常生活和未来发展提供强有 力的支持。
实践操作能够更好地掌握微电子 技术，将知识转化为实际应用的 能力。
未来展望
微电子技术将在通讯、互联网、 智能交通、医疗等领域得以广泛 应用，有广阔的发展前景。
课程内容
微电子元器件
介绍微电子元器件的制作和性能 特点，如半导体、集成电路、 MEMS等。
微电子加工技术
介绍微电子加工技术的基本流程 和工艺。
集成电路设计
介绍CMOS工艺和集成电路设计 的基本原理和方法。
学习资源
教材
《微电子技术》（第二版），刘振华主编，清华大学出版社
实验材料
微电子学概论PPT课件
的分类 微电子学
的特点
集成电路的分类
导论
晶体管的 发明
集成电路 发展历史
集成电路 的分类
微电子学 的特点
集成电路的分类
器件结构类型 集成电路规模 使用的基片材料 电路形式 应用领域
器件结构类型分类
导论
晶体管的 发明
集成电路 发展历史
集成电路 的分类
微电子学 的特点
集成电路（IC）产值的增长率（RIC）高于电子 工业产值的增长率（REI）
电子工业产值的增长率又高于GDP的增长率 （RGDP）
一般有一个近似的关系
RIC≈1.5~2REI REI≈3RGDP
微电子学发展情况
导论
晶体管的 发明
集成电路 发展历史
集成电路 的分类
微电子学 的特点
世界GDP和一些主要产业的发展情况
晶体管的 发明
集成电路 发展历史
集成电路 的分类
微电子学 的特点
1947年12月13日 晶体管发明 1958年 的一块集成电路 1962年 CMOS技术 1967年 非挥发存储器 1968年 单晶体管DRAM 1971年 Intel公司微处理器
摩尔定律
导论 晶体管的
发明 集成电路
发展历史 集成电路
高集成度、低功耗、高性能、高可靠性是微电 子学发展的方向
微电子学的渗透性极强
它可以是与其他学科结合而诞生出一系列新的 交叉学科，例如微机电系统(MEMS)、生物芯 片等
作业
微电子学？
导论 晶体管的
微电子学核心？
发明 微电子学主要研究领域？
集成电路 发展历史
微电子学特点？
集成电路 集成电路？
的分类
例如数模(D/A)转换器和模数(A/D)转换器等
的特点
集成电路的分类
导论
晶体管的 发明
集成电路 发展历史
集成电路 的分类
微电子学 的特点
集成电路的分类
器件结构类型 集成电路规模 使用的基片材料 电路形式 应用领域
器件结构类型分类
导论
晶体管的 发明
集成电路 发展历史
集成电路 的分类
微电子学 的特点
集成电路（IC）产值的增长率（RIC）高于电子 工业产值的增长率（REI）
电子工业产值的增长率又高于GDP的增长率 （RGDP）
一般有一个近似的关系
RIC≈1.5~2REI REI≈3RGDP
微电子学发展情况
导论
晶体管的 发明
集成电路 发展历史
集成电路 的分类
微电子学 的特点
世界GDP和一些主要产业的发展情况
晶体管的 发明
集成电路 发展历史
集成电路 的分类
微电子学 的特点
1947年12月13日 晶体管发明 1958年 的一块集成电路 1962年 CMOS技术 1967年 非挥发存储器 1968年 单晶体管DRAM 1971年 Intel公司微处理器
摩尔定律
导论 晶体管的
发明 集成电路
发展历史 集成电路
高集成度、低功耗、高性能、高可靠性是微电 子学发展的方向
微电子学的渗透性极强
它可以是与其他学科结合而诞生出一系列新的 交叉学科，例如微机电系统(MEMS)、生物芯 片等
作业
微电子学？
导论 晶体管的
微电子学核心？
发明 微电子学主要研究领域？
集成电路 发展历史
微电子学特点？
集成电路 集成电路？
的分类
例如数模(D/A)转换器和模数(A/D)转换器等
第一章微电子技术与通信技术
第一章微电子技术与通信技术
集成电路的发展趋势
生物计算机 实际上就是随着生物技术的发展，人们将模仿人的
大脑制造一种用基因学的机制来开发的新一代计算机。 现在生物计算机的模型已经出来。以色列的科学家
制造了一个有可能会比单个活细胞还要小的计算机的模 型。这么微小的计算机也可能将在我们的体内漫游，监 视我们的健康。也许会纠正它所发 现人体内哪个地方脂肪的堆积，帮 助解决问题。其实每一个细胞实际 上都是一个复杂的生物机件，一个 系统。用这么一种仿生技术来制造 生物计算机。
信源 编码器 复用 （宿） （解码器） （分路）
信道
复用 编码器 信源 （分路） （解码器） （宿）
第一章微电子技术与通信技术
信道的基本概念
• 信道的定义： 向某个方向传输信息的媒体。 一条通信线路通常包含一个发送信道和
一个接收信道。
第一章微电子技术与通信技术
信道的种类
• 按传输的信号类型可将信道分为： – 模拟信道：传输连续的模拟信号的信道（P12） 特点：频带窄，信道利用率高；受噪声干扰大 例如：传输语音信号的架空明线、双绞线，传输广 播电视信号的宽带同轴电缆 – 数字信道：传输离散的数字信号（P12） 特点：信号不失真，准确性高；数字设备可大规模 集成，价格便宜；易于加密；要求频带宽，信道利 用率低 例如：传输计算机通信所用的信号的基带 同轴电缆、光缆等
第一章微电子技术与通信技术
练习题
第一章微电子技术与通信技术
1.2 通信技术
1.2.1概述
•从广义角度来说，各种信息的传递均可称之为 通信。 •现代通信则专指使用电波或光波传递信息的技 术。如广播、电视、电报、电话、传真等。 •电信专指双向通信。如网络、电话等。 •通信系统也称电信网，它连接着大量用户，由 终端设备（例如：电话机）、传输设备（例如： •电话线）、交换设备（例如：程控交换机）等 组成。
集成电路的发展趋势
生物计算机 实际上就是随着生物技术的发展，人们将模仿人的
大脑制造一种用基因学的机制来开发的新一代计算机。 现在生物计算机的模型已经出来。以色列的科学家
制造了一个有可能会比单个活细胞还要小的计算机的模 型。这么微小的计算机也可能将在我们的体内漫游，监 视我们的健康。也许会纠正它所发 现人体内哪个地方脂肪的堆积，帮 助解决问题。其实每一个细胞实际 上都是一个复杂的生物机件，一个 系统。用这么一种仿生技术来制造 生物计算机。
信源 编码器 复用 （宿） （解码器） （分路）
信道
复用 编码器 信源 （分路） （解码器） （宿）
第一章微电子技术与通信技术
信道的基本概念
• 信道的定义： 向某个方向传输信息的媒体。 一条通信线路通常包含一个发送信道和
一个接收信道。
第一章微电子技术与通信技术
信道的种类
• 按传输的信号类型可将信道分为： – 模拟信道：传输连续的模拟信号的信道（P12） 特点：频带窄，信道利用率高；受噪声干扰大 例如：传输语音信号的架空明线、双绞线，传输广 播电视信号的宽带同轴电缆 – 数字信道：传输离散的数字信号（P12） 特点：信号不失真，准确性高；数字设备可大规模 集成，价格便宜；易于加密；要求频带宽，信道利 用率低 例如：传输计算机通信所用的信号的基带 同轴电缆、光缆等
第一章微电子技术与通信技术
练习题
第一章微电子技术与通信技术
1.2 通信技术
1.2.1概述
•从广义角度来说，各种信息的传递均可称之为 通信。 •现代通信则专指使用电波或光波传递信息的技 术。如广播、电视、电报、电话、传真等。 •电信专指双向通信。如网络、电话等。 •通信系统也称电信网，它连接着大量用户，由 终端设备（例如：电话机）、传输设备（例如： •电话线）、交换设备（例如：程控交换机）等 组成。
微电子器件基础第一章补充共17页PPT资料
电子电流密度 Jn 和空穴电流密度 Jp 都是由漂移电流密度和 扩散电流密度两部分所构成，即
Jn
qnnE
qDn
dn dx
Jp
qp
pE
qDp
dp dx
（1-10） （1-11）
1.1.3 连续性方程
n t
1 q
Jn x
Un
p t
1 q
Jp x
Up
（1-12） （1-13）
1.2 基本方程的简化与应用举例
例 1.1 对于方程 ( 1-9 )
ddE xqspnNDNA
在耗尽区中，可假设 p = n = 0 ，又若在 N 型耗尽区中，则还可 忽略 NA ，得
dE dx
q
s
ND
（1-14）
若在 P 型耗尽区中，则得
dE dx
q
s
NA
例 1.2 对于方程（1-10），
式中的 Un 和 Up 分别代表电子和空穴的 净复合率。当 U > 0 时表示净复合，当 U < 0 时表示净产生。
所谓连续性是指载流子浓度在时空上的连续性，即：造成 某体积内载流子增加的原因，一定是载流子对该体积有净流入 和载流子在该体积内有净产生。
1.1.4 方程的积分形式
以上各方程均为微分形式。其中泊松方程和连续性方程可 根据场论中的积分变换公式而变为积分形式。
Jn
qnnEqDn
dn dx
当载流子浓度和电场很小而载流子浓度的梯度很大时，则
漂移电流密度远小于扩散电流密度，可以忽略漂移电流密度，
方程（1-10）简化为
Jn
qDn
Jn
qnnE
qDn
dn dx
Jp
qp
pE
qDp
dp dx
（1-10） （1-11）
1.1.3 连续性方程
n t
1 q
Jn x
Un
p t
1 q
Jp x
Up
（1-12） （1-13）
1.2 基本方程的简化与应用举例
例 1.1 对于方程 ( 1-9 )
ddE xqspnNDNA
在耗尽区中，可假设 p = n = 0 ，又若在 N 型耗尽区中，则还可 忽略 NA ，得
dE dx
q
s
ND
（1-14）
若在 P 型耗尽区中，则得
dE dx
q
s
NA
例 1.2 对于方程（1-10），
式中的 Un 和 Up 分别代表电子和空穴的 净复合率。当 U > 0 时表示净复合，当 U < 0 时表示净产生。
所谓连续性是指载流子浓度在时空上的连续性，即：造成 某体积内载流子增加的原因，一定是载流子对该体积有净流入 和载流子在该体积内有净产生。
1.1.4 方程的积分形式
以上各方程均为微分形式。其中泊松方程和连续性方程可 根据场论中的积分变换公式而变为积分形式。
Jn
qnnEqDn
dn dx
当载流子浓度和电场很小而载流子浓度的梯度很大时，则
漂移电流密度远小于扩散电流密度，可以忽略漂移电流密度，
方程（1-10）简化为
Jn
qDn
电子工程中的微电子技术资料
电子工程中的微电子技术资料微电子技术是电子工程领域中的重要分支，它专注于设计和制造微小尺寸的电子器件和电路。
在微电子技术的发展过程中，丰富的资料是一个不可或缺的组成部分。
本文将介绍一些电子工程中常见的微电子技术资料，为读者提供参考和指导。
第一部分：微电子技术手册在电子工程中，微电子技术手册是一种非常重要的资料来源。
这些手册通常包含着各种微电子器件和电路的设计原理、特性参数、工艺制备过程以及应用案例等内容。
学习者和从业人员可以通过学习和参考这些手册，获取到最新的技术知识和实践经验。
值得一提的是，现在有许多的微电子技术手册都已经以电子书的形式存在，方便读者随时查阅。
这些电子手册通常以PDF格式发布，用户可以通过下载或者订阅的方式获取到最新版本的内容。
电子手册的好处在于，它们往往具有全文搜索和书签标记等强大的功能，使用户能够更加便捷地找到所需的资料。
第二部分：学术论文和研究报告在微电子技术的领域中，学术论文和研究报告是最重要的学术交流方式。
这些论文和报告通常由领域内的专家和学者所撰写，包含了各种前沿的研究成果和新兴技术的介绍。
对于从事微电子技术研究和开发的人员来说，阅读并参考相关的学术论文和研究报告，可以及时了解行业最新动态，并汲取前人的经验和教训。
学术论文和研究报告的常见来源包括学术期刊、国际会议、研究机构的技术报告等。
这些资料通常采用专业的学术出版格式，包括文章标题、作者信息、摘要、引言、实验方法、实验结果、讨论分析和结论等内容。
对于读者来说，理解并掌握这些常用的学术论文格式，有助于更有效地找到和利用有价值的技术资料。
第三部分：厂商手册和应用笔记在电子工程中，各种微电子器件和电路往往由供应商提供。
为了帮助用户更好地使用这些产品，供应商通常会提供相应的厂商手册和应用笔记。
这些资料包含了产品的详细规格、性能参数、设计建议、示例电路以及故障排查和应用注意事项等。
厂商手册通常是由供应商编写的，目的是提供给用户产品的详细信息和技术说明。
《微电子技术发展的》课件
03 微电子技术的关键技术
高性能材料技术
硅基材料
硅基材料是微电子技术中最常用 的材料，具有优良的物理和化学 性质，能够满足集成电路制造的
要求。
高k材料
高k材料是指介电常数大于二氧化 硅的材料，能够提供更快的晶体管 开关速度和更低的功耗。
金属材料
金属材料在微电子技术中用于连接 和传输电流，常用的金属有铜、铝 等。
05 微电子技术的挑战与对策
微电子技术的物理极限挑战
总结词
随着微电子技术不断进步，物理 极限成为技术发展的瓶颈之一。
详细描述
随着芯片上集成的晶体管数量不 断增加，量子效应、热效应和信 号干扰等问题愈发严重，制约了 微电子技术的进一步发展。
微电子技术的环境影响挑战
总结词
微电子技术发展过程中对环境的影响 逐渐受到关注。
微电子技术是计算机和信息技术发展的基 础，推动了计算机硬件和软件技术的不断 进步。
工业自动化
医疗保健
微电子技术应用于工业自动化领域，提高 了生产效率、降低了能耗，推动了工业自 动化的发展。
微电子技术在医疗保健领域的应用包括医 疗设备、医疗器械和生物芯片等，为医疗 诊断和治疗提供了先进的技术手段。
微电子技术的发展历程
微电子技术在计算机领域的应用案例
集成电路设计
微电子技术是计算机集成电路设计的基础，为计 算机硬件提供了高效、可靠的性能。
存储器技术
微电子技术推动了存储器技术的发展，如闪存、 RAM等，提高了计算机存储容量和读写速度。
处理器技术
微电子技术为处理器设计提供了高性能、低功耗 的技术支持，推动了计算机性能的不断提升。
20世纪50年代
集成电路的发明，实现了电子 器件的小型化。
《微电子技术》课件
军事
微电子技术用于制造军事设备 ，如导弹制导系统、雷达、通
信设备等。
微电子技术的发展趋势
纳米技术
随着芯片上元件尺寸的 不断缩小，纳米技术成 为微电子技术的重要发
展方向。
3D集成
通过将多个芯片垂直集 成在一起，实现更高的
性能和更低的功耗。
柔性电子
柔性电子是将电子器件 制造在柔性材料上的技 术，具有可弯曲、可折
将杂质元素引入半导体材料中的 技术。
离子注入掺杂
利用离子注入机将杂质离子注入 到半导体材料中的技术。
化学气相掺杂
利用化学气相沉积的方法，将含 有杂质元素的化合物沉积到半导
体材料中的技术。
04
集成电路设计
集成电路设计流程
需求分析
明确设计要求，分析性能指标，确定设计规 模和复杂度。
逻辑设计
根据规格说明书，进行逻辑设计，包括算法 设计、逻辑电路设计等。
《微电子技术》 ppt课件
contents
目录
• 微电子技术概述 • 微电子器件 • 微电子工艺技术 • 集成电路设计 • 微电子封装技术 • 微电子技术发展面临的挑战与机遇
01
微电子技术概述
微电子技术的定义
微电子技术是一门研究在微小 尺寸下制造电子器件和系统的 技术。
它涉及到利用半导体材料、器 件设计和制造工艺，将电子系 统集成在微小尺寸的芯片上。
02
微电子技术领域的竞争非常激烈，企业需要不断提升自身的技
术水平和产品质量，以获得竞争优势。
客户需求多样化
03
客户需求多样化，要求企业提供更加定制化的产品和服务，以
满足不同客户的需求。
新材料、新工艺的机遇
新材料的应用
微电子技术用于制造军事设备 ，如导弹制导系统、雷达、通
信设备等。
微电子技术的发展趋势
纳米技术
随着芯片上元件尺寸的 不断缩小，纳米技术成 为微电子技术的重要发
展方向。
3D集成
通过将多个芯片垂直集 成在一起，实现更高的
性能和更低的功耗。
柔性电子
柔性电子是将电子器件 制造在柔性材料上的技 术，具有可弯曲、可折
将杂质元素引入半导体材料中的 技术。
离子注入掺杂
利用离子注入机将杂质离子注入 到半导体材料中的技术。
化学气相掺杂
利用化学气相沉积的方法，将含 有杂质元素的化合物沉积到半导
体材料中的技术。
04
集成电路设计
集成电路设计流程
需求分析
明确设计要求，分析性能指标，确定设计规 模和复杂度。
逻辑设计
根据规格说明书，进行逻辑设计，包括算法 设计、逻辑电路设计等。
《微电子技术》 ppt课件
contents
目录
• 微电子技术概述 • 微电子器件 • 微电子工艺技术 • 集成电路设计 • 微电子封装技术 • 微电子技术发展面临的挑战与机遇
01
微电子技术概述
微电子技术的定义
微电子技术是一门研究在微小 尺寸下制造电子器件和系统的 技术。
它涉及到利用半导体材料、器 件设计和制造工艺，将电子系 统集成在微小尺寸的芯片上。
02
微电子技术领域的竞争非常激烈，企业需要不断提升自身的技
术水平和产品质量，以获得竞争优势。
客户需求多样化
03
客户需求多样化，要求企业提供更加定制化的产品和服务，以
满足不同客户的需求。
新材料、新工艺的机遇
新材料的应用
微电子技术基础教案
微电子技术基础教案1. 引言本教案旨在介绍微电子技术的基础知识和应用。
微电子技术是研究和应用微观电子器件的学科，对现代电子领域具有重要意义。
通过本教案的研究，学生将能够掌握微电子技术的基本原理和应用方法。
2. 教学目标- 理解微电子技术的概念和基本原理- 掌握微电子器件的制造和工艺流程- 了解常见的微电子器件及其应用领域- 能够运用微电子技术解决实际问题3. 教学内容3.1 微电子技术概述- 微电子技术的定义和发展历程- 微电子技术在现代科技中的应用领域3.2 微电子器件制造- 半导体材料的选取与制备- 微电子器件的工艺流程介绍- 常见的微电子器件制造方法3.3 微电子器件与应用- 二极管、晶体管和集成电路等常见微电子器件的原理和特点- 微电子器件在电子产品中的应用案例3.4 微电子技术的应用案例- 微电子技术在通信、电子设备和医疗等领域的应用案例- 运用微电子技术解决实际问题的案例分享4. 教学方法- 讲授：通过课堂讲解，介绍微电子技术的相关知识和概念。
- 实验：组织学生进行微电子器件的制作实验，加深对技术原理的理解。
- 讨论：引导学生进行小组讨论，探讨微电子技术在实际应用中的价值和挑战。
- 教材：使用教材配套的题和案例分析，提升学生的应用能力。
5. 教学评估- 作业：布置相关题和实验报告，检验学生对微电子技术的理解和应用能力。
- 考试：组织期末考试，考察学生对微电子技术的掌握情况。
- 评价：根据学生的表现和成绩，对其研究情况进行评价和反馈。
6. 教学资源- 教材：《微电子技术基础教程》- 实验设备：半导体加工实验室等相关设备- 参考资料：相关学术论文和电子期刊7. 教学时序- 第1周：微电子技术概述- 第2周：微电子器件制造工艺- 第3周：微电子器件原理和特点- 第4周：微电子技术的应用案例- 第5周：实验室实践和案例分享- 第6周：复和考试8. 总结通过这门课程的研究，学生将能够对微电子技术有一个全面的了解，并具备一定的应用能力。
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22
第1章 信息技术概述
IC卡的类型(按使用方式分类)
接触式IC卡(如电话IC卡)
表面有方型镀金接口，共 8个或6个镀金触点。使用时 必须将IC卡插入读卡机，通过金属触点传输数据。
用于信息量大、读写操作比较复杂的场合 ,但易磨损、
怕脏、寿命短
接触式IC卡
非接触式IC卡(称为射频卡、感应卡)
采用电磁感应方式无线传输数据，解决了无源（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、防污， 使用寿命长
非接触式IC卡
用于读写信息较简单的场合，如身份验证等
双界面卡：既可通过接触方式的触点，也可相隔一
定距离以射频方式使用的IC卡
双界面卡
23
第1章 信息技术概述
非接触式IC卡的工作原理（选学）
处理能力强，保密性更好，常用作银行卡和信用卡使 用。手机中使用的SIM卡就是一种专用的CPU卡
21
第1章 信息技术概述
CPU卡举例：手机的SIM卡
SIM卡由5部分组成： CPU(8位/16位/32位) 程序存储器ROM 工作存储器RAM 数据存储器EEPROM 串行通信单元 作用： 保存个人识别码、加密密钥及用户的电话簿等信息 在接入通信网络时进行身份认证 对通话的语音信息进行加密，防止窃听
电子管 (1904) 晶体管 (1948) 中/小规模 集成电路 (1950’s) 大规模/超大规模 集成电路(1970’s)
• 微电子技术是以集成电路为核心的电子技术， 它是在电子元器件小型化、微型化的过程中 发展起来的。
5
第1章 信息技术概述
什么是集成电路？
集成电路 (Integrated Circuit，简称IC)：
20
第1章 信息技术概述
IC卡的类型(按芯片分类)
存储器卡：封装的集成电路为存储器，信息可长期保
存，也可通过读卡器改写。结构简单，使用方便，有
一定安全措施。用于电话卡、校园卡、公交卡等
CPU卡：封装的集成电路为中央处理器（CPU）和存
储器，还配有芯片操作系统(Chip Operating System)，
什么是电子电路？
电子电路由电阻，电容，电感和二 极管、晶体管等元器件组成，它们 通过导线连接起来，使电流在其中 流动，完成信号的生成、放大、变 换或传输等功能
过去，电路由单个 元器件（分立元件） 和电线连接而成， 现在则大多制作成 集成电路形式
电路板
4
第1章 信息技术概述
电子电路中元器件的发展演变
29
第1章 信息技术概述
按晶体管结构、电路和工艺分： 大规模集成电 双极型（Bipolar）电路 路（LSI） 金属氧化物半导体(MOS)电路 · · · · · · 超大规模集成
按集成度(芯片中包含的元器件
电路（VLSI） 极大规模集成 电路（ULSI）
数目)分：
＞100万
第1章 信息技术概述
9
(2)集成电路的制造(选学)
1970
1975
1980
1985
1990
1995
2000
1 000 2010
16
第1章 信息技术概述
集成电路技术的发展趋势
• 减小蚀刻尺寸，缩小晶体管、电阻、电容和连线的尺寸 • 增大硅晶圆的面积：使每块晶圆能生产更多的芯片
1999
工艺(μm) 0.18
2001
0.13
2004
0.09
2008
0.045
切片
硅抛光片
氧化、光刻、掺杂 等处理
测试后的晶片 晶片 封装 晶片 测试
切开的晶片 晶片 切割
晶圆
封装后的晶片
集成电路成品
成品 测试
11
第1章 信息技术概述
集成电路的制造过程
硅抛光片 硅平面工艺
晶圆 检测、分类
晶片 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，称为 “硅抛光片”
用于控制、检测和跟踪物体
标签进入阅读器磁场的有效范围后，发送出存储在芯片中的产品信息
(无源标签)，或者主动发送某一频率的信号(有源标签)；阅读器读取 信息并解码后，送至中央信息系统进行有关数据处理
26
第1章 信息技术概述
选学：
RFID应用举例（1）
当电子标签进入阅读器
的磁场后，它接收阅读器 发出的射频信号，凭借感 应电流所获得的能量，发 送出存储在芯片中的信息， 由阅读器读取，然后送 CPU进行处理
进一步提高集成度的问题与出路
问题：
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，晶体管将逼近其物理极限而无
法正常工作
出路：
在纳米尺寸下，纳米结构会表现出一些新的量子现象和效应，
人们正在利用这些量子效应研制具有全新功能的量子器件，使 能开发出新的纳米芯片和量子计算机
什么是 IC卡？
IC卡(chip card、smart card)，又称为集成电路卡，它是把
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：
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
应用举例： 作为电子证件，记录持卡人的信息，用作身份识别（如身份证、 考勤卡、医疗卡、住房卡等） 作为电子钱包（如校园卡、公交卡、加油卡等）
以半导体单晶片作为基片,采用平面工艺，
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
小规模集成电路
微型化的电路或系统
集成电路的优点：
体积小、重量轻 功耗小、成本低 速度快、可靠性高
超大规模集成电路
6
第1章 信息技术概述
各种各样的集成电路
7
第1章 信息技术概述
24
IC卡激活后，通过辐射电 磁信号将卡内数据发射出 去(或接收读卡器送来的数 据)
第1章 信息技术概述
选学：
非接触式IC卡在身份证中的使用
第二代身份证使用非接触式CPU卡，可实现“电子防伪”
和“数字管理”两大功能 ：
电子防伪措施：个人数据和人脸图像经过加密后存储在芯 片中，需要时可通过非接触式读卡器读出进行验证。还可 以将人体生物特征如指纹等保存在芯片中，以进一步提高 防伪性能 数字管理功能：
12
硅平面工艺包括氧化、光刻、 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。通常 每一硅抛光片上可制作成百 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”
对晶圆上的每个 电路进行检测， 然后将晶圆切开 成小片，把合格 的电路分类，再 封装成一个个独 立的集成电路
存储器能储存多达几兆字节的信息，采用分区存储，按不同安 全等级授权读写
采用数据库和网络技术，实现全国联网快速查询和身份识别， 使二代证在公共安全、社会管理、电子政务、电子商务等方面 发挥重要作用
第1章 信息技术概述
25
选学：
什么是电子标签(RFID)？
电子标签RFID(Radio Frequency Identification) ，即射频标识技术，
天线
电子标签
阅读器
使用RFID的车辆电子收费系统
27
第1章 信息技术概述
选学：
RFID应用举例（2）
（ 4） （5）
（4）
（3）
（2）
（2）
28
（1）
使用RFID的图书馆管理系统
第1章 信息技术概述
人有了知识，就会具备各种分析能力， 明辨是非的能力。 所以我们要勤恳读书，广泛阅读， 古人说“书中自有黄金屋。 ”通过阅读科技书籍，我们能丰富知识， 培养逻辑思维能力； 通过阅读文学作品，我们能提高文学鉴赏水平， 培养文学情趣； 通过阅读报刊，我们能增长见识，扩大自己的知识面。 有许多书籍还能培养我们的道德情操， 给我们巨大的精神力量， 鼓舞我们前进。
同时，正在研究将光作为信息的载体，发展光子学，研制集成
光路，或把电子与光子并用，实现光电子集成
18
第1章 信息技术概述
(4) IC卡简介
几乎每个人每天都与IC卡打交道，例如我们的身份 证、手机SIM卡、公交卡、校园卡等，什么是IC卡？ 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。
第1章 信息技术概述
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
2
第1章 信息技术概述
(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 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
读卡器发出一组固定 频率的无线电波(射频 信号)，通过天线向外 发射 当IC卡处在读卡器有效范围(一般为 5~10cm)内时，卡内的一个LC串联谐 振电路(谐振频率相同的)便产生电磁 共振，使电容充电，从而为卡内其它 电路提供2V的工作电压
读卡器收到数据后，通过接口将IC 卡数据传送给PC，PC将判断该卡 的合法性，作出相应处理
体管、电阻、电容、连接线的尺寸上下功夫。
IC集成度提高的规律
Moore 定律：单块集成电路的集成度平均每 18 个月 翻一番 (Gordon E.Moore,1965年)
例：Intel微处理器集成度的发展
酷睿2双核 （2006） 291～410M晶体管 酷睿2四核 （2007） 820M 晶体管 Core i7 六核（2010） >10亿 晶体管
第1章 信息技术概述
IC卡的类型(按使用方式分类)
接触式IC卡(如电话IC卡)
表面有方型镀金接口，共 8个或6个镀金触点。使用时 必须将IC卡插入读卡机，通过金属触点传输数据。
用于信息量大、读写操作比较复杂的场合 ,但易磨损、
怕脏、寿命短
接触式IC卡
非接触式IC卡(称为射频卡、感应卡)
采用电磁感应方式无线传输数据，解决了无源（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、防污， 使用寿命长
非接触式IC卡
用于读写信息较简单的场合，如身份验证等
双界面卡：既可通过接触方式的触点，也可相隔一
定距离以射频方式使用的IC卡
双界面卡
23
第1章 信息技术概述
非接触式IC卡的工作原理（选学）
处理能力强，保密性更好，常用作银行卡和信用卡使 用。手机中使用的SIM卡就是一种专用的CPU卡
21
第1章 信息技术概述
CPU卡举例：手机的SIM卡
SIM卡由5部分组成： CPU(8位/16位/32位) 程序存储器ROM 工作存储器RAM 数据存储器EEPROM 串行通信单元 作用： 保存个人识别码、加密密钥及用户的电话簿等信息 在接入通信网络时进行身份认证 对通话的语音信息进行加密，防止窃听
电子管 (1904) 晶体管 (1948) 中/小规模 集成电路 (1950’s) 大规模/超大规模 集成电路(1970’s)
• 微电子技术是以集成电路为核心的电子技术， 它是在电子元器件小型化、微型化的过程中 发展起来的。
5
第1章 信息技术概述
什么是集成电路？
集成电路 (Integrated Circuit，简称IC)：
20
第1章 信息技术概述
IC卡的类型(按芯片分类)
存储器卡：封装的集成电路为存储器，信息可长期保
存，也可通过读卡器改写。结构简单，使用方便，有
一定安全措施。用于电话卡、校园卡、公交卡等
CPU卡：封装的集成电路为中央处理器（CPU）和存
储器，还配有芯片操作系统(Chip Operating System)，
什么是电子电路？
电子电路由电阻，电容，电感和二 极管、晶体管等元器件组成，它们 通过导线连接起来，使电流在其中 流动，完成信号的生成、放大、变 换或传输等功能
过去，电路由单个 元器件（分立元件） 和电线连接而成， 现在则大多制作成 集成电路形式
电路板
4
第1章 信息技术概述
电子电路中元器件的发展演变
29
第1章 信息技术概述
按晶体管结构、电路和工艺分： 大规模集成电 双极型（Bipolar）电路 路（LSI） 金属氧化物半导体(MOS)电路 · · · · · · 超大规模集成
按集成度(芯片中包含的元器件
电路（VLSI） 极大规模集成 电路（ULSI）
数目)分：
＞100万
第1章 信息技术概述
9
(2)集成电路的制造(选学)
1970
1975
1980
1985
1990
1995
2000
1 000 2010
16
第1章 信息技术概述
集成电路技术的发展趋势
• 减小蚀刻尺寸，缩小晶体管、电阻、电容和连线的尺寸 • 增大硅晶圆的面积：使每块晶圆能生产更多的芯片
1999
工艺(μm) 0.18
2001
0.13
2004
0.09
2008
0.045
切片
硅抛光片
氧化、光刻、掺杂 等处理
测试后的晶片 晶片 封装 晶片 测试
切开的晶片 晶片 切割
晶圆
封装后的晶片
集成电路成品
成品 测试
11
第1章 信息技术概述
集成电路的制造过程
硅抛光片 硅平面工艺
晶圆 检测、分类
晶片 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，称为 “硅抛光片”
用于控制、检测和跟踪物体
标签进入阅读器磁场的有效范围后，发送出存储在芯片中的产品信息
(无源标签)，或者主动发送某一频率的信号(有源标签)；阅读器读取 信息并解码后，送至中央信息系统进行有关数据处理
26
第1章 信息技术概述
选学：
RFID应用举例（1）
当电子标签进入阅读器
的磁场后，它接收阅读器 发出的射频信号，凭借感 应电流所获得的能量，发 送出存储在芯片中的信息， 由阅读器读取，然后送 CPU进行处理
进一步提高集成度的问题与出路
问题：
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，晶体管将逼近其物理极限而无
法正常工作
出路：
在纳米尺寸下，纳米结构会表现出一些新的量子现象和效应，
人们正在利用这些量子效应研制具有全新功能的量子器件，使 能开发出新的纳米芯片和量子计算机
什么是 IC卡？
IC卡(chip card、smart card)，又称为集成电路卡，它是把
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：
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
应用举例： 作为电子证件，记录持卡人的信息，用作身份识别（如身份证、 考勤卡、医疗卡、住房卡等） 作为电子钱包（如校园卡、公交卡、加油卡等）
以半导体单晶片作为基片,采用平面工艺，
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
小规模集成电路
微型化的电路或系统
集成电路的优点：
体积小、重量轻 功耗小、成本低 速度快、可靠性高
超大规模集成电路
6
第1章 信息技术概述
各种各样的集成电路
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第1章 信息技术概述
24
IC卡激活后，通过辐射电 磁信号将卡内数据发射出 去(或接收读卡器送来的数 据)
第1章 信息技术概述
选学：
非接触式IC卡在身份证中的使用
第二代身份证使用非接触式CPU卡，可实现“电子防伪”
和“数字管理”两大功能 ：
电子防伪措施：个人数据和人脸图像经过加密后存储在芯 片中，需要时可通过非接触式读卡器读出进行验证。还可 以将人体生物特征如指纹等保存在芯片中，以进一步提高 防伪性能 数字管理功能：
12
硅平面工艺包括氧化、光刻、 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。通常 每一硅抛光片上可制作成百 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”
对晶圆上的每个 电路进行检测， 然后将晶圆切开 成小片，把合格 的电路分类，再 封装成一个个独 立的集成电路
存储器能储存多达几兆字节的信息，采用分区存储，按不同安 全等级授权读写
采用数据库和网络技术，实现全国联网快速查询和身份识别， 使二代证在公共安全、社会管理、电子政务、电子商务等方面 发挥重要作用
第1章 信息技术概述
25
选学：
什么是电子标签(RFID)？
电子标签RFID(Radio Frequency Identification) ，即射频标识技术，
天线
电子标签
阅读器
使用RFID的车辆电子收费系统
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第1章 信息技术概述
选学：
RFID应用举例（2）
（ 4） （5）
（4）
（3）
（2）
（2）
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（1）
使用RFID的图书馆管理系统
第1章 信息技术概述
人有了知识，就会具备各种分析能力， 明辨是非的能力。 所以我们要勤恳读书，广泛阅读， 古人说“书中自有黄金屋。 ”通过阅读科技书籍，我们能丰富知识， 培养逻辑思维能力； 通过阅读文学作品，我们能提高文学鉴赏水平， 培养文学情趣； 通过阅读报刊，我们能增长见识，扩大自己的知识面。 有许多书籍还能培养我们的道德情操， 给我们巨大的精神力量， 鼓舞我们前进。
同时，正在研究将光作为信息的载体，发展光子学，研制集成
光路，或把电子与光子并用，实现光电子集成
18
第1章 信息技术概述
(4) IC卡简介
几乎每个人每天都与IC卡打交道，例如我们的身份 证、手机SIM卡、公交卡、校园卡等，什么是IC卡？ 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。
第1章 信息技术概述
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
2
第1章 信息技术概述
(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 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
读卡器发出一组固定 频率的无线电波(射频 信号)，通过天线向外 发射 当IC卡处在读卡器有效范围(一般为 5~10cm)内时，卡内的一个LC串联谐 振电路(谐振频率相同的)便产生电磁 共振，使电容充电，从而为卡内其它 电路提供2V的工作电压
读卡器收到数据后，通过接口将IC 卡数据传送给PC，PC将判断该卡 的合法性，作出相应处理
体管、电阻、电容、连接线的尺寸上下功夫。
IC集成度提高的规律
Moore 定律：单块集成电路的集成度平均每 18 个月 翻一番 (Gordon E.Moore,1965年)
例：Intel微处理器集成度的发展
酷睿2双核 （2006） 291～410M晶体管 酷睿2四核 （2007） 820M 晶体管 Core i7 六核（2010） >10亿 晶体管