第1章13微电子技术

双极型（Bipolar）电路 金属氧化物半导体(MOS)电路
超大规模集成 电路（VLSI）
······
极大规模集成
按集成度(芯片中包含的元器件数 电路（ULSI）
目)分：
元器件数目 ＜100
100~3000
3000~10万 10万~几十
亿 ＞100万
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(2)集成电路的制造(选学)
0.18
晶体管(M)
23.8
时钟频率(GHz) 1.2
面积(mm2)
340
连线层数
6
晶圆直径(英寸) 12
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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进一步提高集成度的问题与出路
n 问题：
n 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
n 出路：
n 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
n 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
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(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、交通卡、饭卡等等，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。
什么是集成电路？
n 集成电路 (Integrated Circuit，简称IC)：
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微型化 •小规模集成电路 的电路或系统
n 集成电路的优点：
n 体积小、重量轻 n 功耗小、成本低 n 速度快、可靠性高
n 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)， 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CPU卡。
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3rew
演讲完毕，谢谢听讲!
再见，see you again
•超大规模集成电路
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IC是所有电子产品的核心
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集成电路的分类
按用途分：
通用集成电路
集成电路规模
专用集成电路（ASIC）
按电路的功能分：
数字集成电路
小规模集成电 路（SSI）
中规模集成电 路（MSI）
模拟集成电路
大规模集成电
按晶体管结构、电路和工艺分： 路（LSI）
•1000x106
酷睿2四核 （2007）
820M 晶体管
Core i7 六核（2010） >10亿 晶体管
•Pentium 4 •Pentium III
•100x106 •10x106
•80486
•Pentium II •Pentium
•80386
•106
•8086
•80286
•100 000
n 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）
n 作为电子钱包（如电话卡、公交卡、加油卡等）
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IC卡的类型(按芯片分类)
n 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。用于安全 性要求不高的场合，如电话卡、水电费卡、公交卡、医 疗卡等 （带加密逻辑的存储器卡增加了加密电路）
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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 •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。
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什么是 IC卡？
n 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
n 特点：
n 存储信息量大 n 保密性能强 n 可以防止伪造和窃用 n 抗干扰能力强 n 可靠性高
n 应用举例：
• 集成电路的制造工序繁多，从原料熔炼开始到最终 产品包装大约需要400多道工序，工艺复杂且技术难 度非常高，有一系列的关键技术。许多工序必须在恒 温、恒湿、超洁净的无尘厂房内完成。 • 目前兴建一个有两条生产线能加工8英寸晶圆的集成 电路工厂需投资人民币10亿元以上。
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集成电路的封装
2020/11/25
第1章13微电子技术
第1章13微电子技术
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
•晶体管数
•CORE i7
酷睿2双核 （2006）
291～410M晶体管
•CORE 2 Quad •CORE 2 Duo
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2020/11/25
第1章13微电子技术
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
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(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
•8080 •8008 •4004
•1970 •1975
•1980
•1985
•1990
•1995
•2000
•10 000
•1 000 •2010
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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)
•集成电路封装目的：
• 电功能、散热功能、机械与化学保护功能
•FC-PGA2 封装方式 •（Pentium 4 处理器）
•集成电路插座
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(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。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体管、 电阻、电容、连接线的尺寸上下功夫。