集成电路发展以及其对社会生活的影响

集成电路的发展以及对社会生活的影响

集成电路(integrated circuit)是一种微型电子器件或部件。采用一定的工艺，把一个电路中所需的晶体管、二极管、电容和电感等元件以及连线互连在一起，制作在一小块或几块半导体晶片或介质基片上，然后封装在一个管壳中，成为具有所需电路功能的微型结构。集成电路具有体积小、重量轻、引出线和焊接点少、寿命长、可靠性高、性能好等优点，同时成本低，便于大规模生产。集成电路广泛的运用于工、民用电子设备如收音机、电视机、计算机等等，同时在军事、通信、遥感等方面也有广泛的应用。

早在1830年，科学家就已经展开对半导体的研究。不过最初的研究对象是一些加热后电阻值会增加的元素和化合物。这些物质有个共同点，就是当他们被光照射时，会允许电流单向通过，这使科学家有了二极管单向导电的概念，这个现象也就是光电导效应。德国的Ferdinand Braun利用半导体方铅矿，制作了世上第一台整流侦测器，后被称为猫胡子的侦测器，在无线电接收器中，负责侦测讯息的整流器。

到了1874年，电报机、电话和无线电的发明，使店里在日常生活中所扮演的角色从单单的能源一种，开始步入信息传播的领域，称为传递信息的一种媒介。而此时电报机、电话和无线电的面世也造就了一项新兴的工业---电子工业的诞生。但是在二十实际的前半段，电子业的发展一直受到真空管的约束，难以有更大的突破。

真空管，顾名思义就是抽走了空气的玻璃管，内有阴、阳两极，电子会由阴极流向阳极。为了增加电流，我们将阴极加热至高温(摄氏数百度)，令电子更活跃而“跳”出，再加上另一个比阴极电势略低的电极—栅极，我们通过控制栅极的电势以控制电流的目的。真空管本身具有许多缺点：脆而易碎、体积庞大、可靠性差、功耗大、效率低和运作时释放大量热量。与真空管相比，晶体管体积细小、可靠、耐用、耗电量少而且效率高。晶体管的出现，令工程师能设计出更多更复杂的电路，这些电路包括了成千上万件不同的组件：晶体管、二极管、整流器和电容。但是，体积细小的电子零件却带来另一个问题：就是需要花费大量时间和金钱以人手焊接把这些组件接驳起，但人手焊接始终不是绝对可靠，令电路中成千上万的焊接点都有机会出现问题。因此，电子业接下来所面对的问题，就是要找出一种既可靠又合乎成本效益的方法以生产和焊接电子零件。

这些问题的出现，也使集成电路的出现有了动力。美国军方为了解决这些问题，首先尝试解决的方法。其中有项计划就是将所有不同类型的电子零件制成划一的大小和形状，并在生产时加上电线。这样，在组装零件时，便可将大小划一的电阻、电容和晶体管等像砌积木般组装成设计的电路，免去焊接的烦恼。

1958年9月德州仪器的工程师Kilby成功的将一组电路安装在一片半导体上，并且在高层职员面前启动了该电路，产生了一条正弦曲线，实现了一个简单的振荡电路功能。他的成功将电子业一直以来的所面对的问题解决了，电子业从此踏上了一个新的领域。Jack Kilby 因此获得了2000年诺贝尔物理学奖。在Kilby的集成电路面世初期，没有人能想象到这一片微细的芯片能对社会做成多大的冲击。可是，如果没有了集成电路的发明，今时今日许多的电子产品根本没有可能面世。集成电路衍生出整个现代计算机工业，四、五十年代那些动辄用上整个房间的计算机已被现今的桌面计算机、电子手账所淘汰；集成电路亦将通讯科技重新定位，为人与人、公司与公司、国与国之间的通讯提供全新的实时数据传送方法。事实上，若缺少了集成电路，人类今天可能还未能冲出地球去探索太空和登陆月球。集成电路的应用层面已达至教育、运输、生产及娱乐，可谓现今社会不可或缺的一环。

1959年，英特尔(Intel)的始创人，Jean Hoerni 和Robert Noyce，在Fairchild Semiconductor 开发出一种崭新的平面科技，令人们能在硅威化表面铺上不同的物料来制作晶体管，与及在连接处铺上一层氧化物作保护。这项技术上的突破取代了以往的人手焊接。而以硅取代锗使

集成电路的成本大为下降，令集成电路商品化变得可行。由集成电路制成的电子仪器从此大行其道，到二十世纪60年代末期，接近九成的电子仪器是以集成电路制成。时至今日，每一枚计算机芯片中都含有过百万颗晶体管。

自1961年起，世界电子业市场总市值由$29亿增长至今时今日的$957亿。更有报告指出电子业将会是廿一世纪最大的单项工业。电子业的增长有赖更新、更好的科技发展与突破，比如无线通讯、互联网和DNA解碼。在往后的日子，随着半导体科技的发展，更多崭新的电子产品将会陆续面世。可能在不久的将来，你已经可以利用手提电话与远方的亲友进行视像会议；你的妈妈可以在下班回家途中以电话遥控家中的微波炉去制作一顿丰富的晚餐；你的自动导航器为你驾车回家，而你则可利用这段时间为明天的会议稍作准备。在美国，已有公司提供网上电影院服务，你只要安坐家中，以互联网选择想观赏的电影，就可在家中的电视收看。这一切都似是科幻小说的情节，可是我们距离新科技的突破只有一步之遥，或许新的产品已经进入实验阶段，快要推出市面呢！

可是，仍有不少问题妨碍集成电路的发展。首先，信息传播的速度最终将取决于电子流动的速度；其次，集成电路运作时所产生的热量亦不容忽视。当大量集成电路组装在一组件时，假若不能及时散热，便会出现电流失控；再者，现时集成电路所根据的原理，均是建基于经典物理学。可是当集成电路的体积日趋细小，终有一日会发展到由量子物理学所管辖的微观世界，届时我们将要对集成电路的原理作一番重新评估及整顿。

我国集成电路产业诞生于六十年代，共经历了三个发展阶段：

1965年-1978年：以计算机和军工配套为目标，以开发逻辑电路为主要产品，初步建立集成电路工业基础及相关设备、仪器、材料的配套条件；

1978年-1990年：主要引进美国二手设备，改善集成电路装备水平，在“治散治乱”的同时，以消费类整机作为配套重点，较好地解决了彩电集成电路的国产化；

1990年-2000年：以908工程、909工程为重点，以CAD为突破口，抓好科技攻关和北方科研开发基地的建设，为信息产业服务，集成电路行业取得了新的发展。

目前,以集成电路为核心的电子信息产业超过了以汽车、石油、钢铁为代表的传统工业成为第一大产业,成为改造和拉动传统产业迈向数字时代的强大引擎和雄厚基石。1999年全球集成电路的销售额为1250亿美元,而以集成电路为核心的电子信息产业的世界贸易总额约占世界GNP的3%,现代经济发展的数据表明,每l~2元的集成电路产值,带动了10元左右电子工业产值的形成,进而带动了100元GDP的增长。目前,发达国家国民经济总产值增长部分的65%与集成电路相关；美国国防预算中的电子含量已占据了半壁江山(2001年为43.6%)。预计未来10年内,世界集成电路销售额将以年平均15%的速度增长,2010年将达到6000~8000亿美元。作为当今世界经济竞争的焦点,拥有自主版权的集成电路已曰益成为经济发展的命脉、社会进步的基础、国际竞争的筹码和国家安全的保障。

集成电路的集成度和产品性能每18个月增加一倍。据专家预测,今后20年左右,集成电路技术及其产品仍将遵循这一规律发展。

集成电路最重要的生产过程包括:开发EDA(电子设计自动化)工具,利用EDA进行集成电路设计,根据设计结果在硅圆片上加工芯片(主要流程为薄膜制造、曝光和刻蚀),对加工完毕的芯片进行测试,为芯片进行封装,最后经应用开发将其装备到整机系统上与最终消费者见面。

20世纪80年代中期我国集成电路的加工水平为5微米，其后，经历了3、1、0.8、0.5、0.35微米的发展，目前达到了0.18微米的水平，而当前国际水平为0.09微米（90纳米），我国与之相差约为2-3代。