电子科学与技术导论PPT

和 集 成 发 展 有 关 的 人 和 事
在台积电之前集成电路行业的模式都是一样的：所有的 集成电路都是自己设计自己做，Intel、三星等公司集 芯片设计和生产于一体，全能但庞大臃肿。正是这种大 而全的设计生产方式，带来了高成本，高门槛的弊端， 放慢了整个集成电路行业的步伐。 看到这一商业机会的张忠谋，大胆成为第一家“纯”晶 圆代工公司，不与客户竞争，不设计或生产自有集成电 路，只帮助半导体公司生产已经设计成型的集成电路。 正是这种模式为台积电带来巨大财富的同时也创造了两 个新的行业－晶圆代工厂，Fabless（无生产线集成电 路设计公司）。由于省去了费用高昂的晶圆制造环节， 集成电路行业整体门槛降低，诞生了一大批新生的具有 活力的集成电路设计公司，为整个集成电路行业带来了 新活力与创意。 2007年，英特尔宣布与台积电同时生产45纳米工艺的芯 2007年 英特尔宣布与台积电同时生产45纳米工艺的芯 45 这标志着台积电在技术提高方面如此可靠， 片。这标志着台积电在技术提高方面如此可靠，以至于 像英特尔这样的国际性大芯片公司都决定停止或放缓自 己生产技术的发展步伐， 己生产技术的发展步伐，把更多的精力放在技术研发领 域。同时传统芯片公司NXP和德州仪器公司也宣布，将 停止开发一些芯片生产技术，转而与台积电等亚洲晶圆 代工企业制造芯片，集成电路细分工时代全面到来，一 个崭新的更具活力的集成电路行业展现在我们面前。
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当然在这个“商用时代”还诞生了诺伊斯最大的 成就：1968年诺伊斯离开了曾经有半导体行业 “黄埔军校”之称的-仙童(Fairchild)公司（孕育出 包括英特尔、AMD、美国国家半导体等当今半导 体行业著名公司）与戈登-摩尔、安迪-格罗夫同创 建了英特尔（Intel）。 1971年，诺伊斯所在的Intel成功地在一块12平方毫 米的芯片上集成了2300个晶体管，制成了一款包 括运算器、控制器在内的可编程序运算芯片，也 就是我们现在所说的中央处理单元（CPU），又 称微处理器，这也是世界上第一款微处理器—— 4004。开始了英特尔（Intel）飞速发展，从 1968 年的收入为零直到今天超过三百五十亿美金营业 额。 一个人同时置身科学界和企业界，最终还能功德 圆满，实属罕见，而诺伊斯却做到了，他已经成 为半导体工业的象征人物，人们尊敬的称他为： “硅谷市长”。这位“硅谷市长”的成就也成为 半导体行业工程师日夜奋斗的目标。
本 课 程 内 容
物理基础和数学基础; 基本半导体器件; 电子系统工程分析方法和EDA工具;
3.基本应用技术 4.集成电路 5.在系统可编程技术和SOC技术 6.中国集成电路(芯片)展望 7.应用示例
集 成 电 路 开 启 新 时 代
50 年前，注重视知识产权的美国上演了这样一场争议， 美国TI 公司（德州仪器 Texas Instruments）的Jack Kilby发明了的IC （ Integrated Circuit ）； 差不多在此同时， 美国仙童公司（ Fairchild ）的 Robert Noyce 宣布了他发明的IC，法院最终裁决为同时 发明，各有知识产权。对簿公堂并没有影响IC 的发展， 从此，一个崭新而又伟大的时代开启了。
戈登 摩尔（Gordon Moore）： 一个人一个行业的定律
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在今天的IT行业有 一个神话，这个神 话就是一条定 律把一个企业带到 成功的巅峰，这个 定律就是“摩尔定 律”，而这个企业就 是Intel。这个定律的发现者不是别人，正是世界CPU市 场霸主Intel公司的创始人之一的戈登·摩尔。 1929年1月3日，戈登·摩尔出生在距离旧金山南部的一个 小镇，1954年获物理化学博士学位，1956年同诺伊斯一 起创办了传奇般的仙童 (Fairchild)公司，主要负责技术 研发。1968年在诺伊斯辞职后，戈登·摩尔跟随而去一起 创办了Intel, 1975年成为公司总裁兼CEO。
邱彦章：副教授、硕士研究生导师
教育部电子科学与技术专业教学指 导委员会协作组成员； 陕西省电工学学会常务理事、 副理事长； 西北电子技术研究会常务理事； 西北地区电子线路课程教学研究组理 事； 陕西省电工电子实验教学示范中心副 主任、
电子科学与技术系主任。 电子科学与技术系主任
1.电子科学与技术发展历史 2.电子科学与技术研究基础和内容
张忠谋:
新行业机构的缔造者 一个人定义了一个 产业，一个人开创了 一个新的代工时代， 一个人让整个集成电 路行业更有活力，这 个人就是张忠谋。
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27岁的张忠谋效力于德州仪器公司，并且一干就 是25年。1985年，受台湾方面邀请，张忠谋辞去 在美国的高薪职位返回台湾，出任台湾工业技术 研究院院长，致力于台湾半导体业的崛起和产业 升级，1987创建了全球第一家专业代工公司—— 台湾积体电路制造股份有限公司（台积电） 台湾积体电路制造股份有限公司（台积电）开创 了半导体代工时代。
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伟大的发明总是需要经过时间的 考验 才能证 明它的价值。从 1958年发明集成电路，到2000 年获得诺贝尔奖，这是一个迟来 四十二年的诺贝尔物理学奖。 也就愈突显出基尔比的成就。 诺贝尔奖评审委员会曾经这样 评价基尔比：“为现代信息技 术奠定了基础”。 基尔比对人类社会的贡献无法 估量，他曾经工作过的德州仪器公司董事会主席汤姆·恩吉布 斯是这样评价他的：“我认为，有几个人的工作改变了整个世 界，以及我们的生活方式——亨利·福特、托马斯·爱迪生、 莱特兄弟，还有杰克·基尔比。如果说有一项发明不仅革新了 我们的工业，并且改变了我们生活的世界，那就是杰克发明的 集成电路。” 但是这位集众多荣誉于一生的大师，却始终保持着工程师的朴 实与脚踏实地的精神，在其一生中，他始终投身于改变人类生 活的电子发明领域，他一生中有六十多项发明。 迄今为止，正全面改造人类的个人电脑、移动电话等3C产品， 皆源于他的发明。 2005年6月20日，杰克·基尔比在与癌症作了艰难的搏斗 之后，在德州达拉斯市的家中与世长辞，享年81岁。
罗伯特 诺伊斯（Robert
Noyce）：
科学、商业双料巨人
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他在基尔比的基础上发明了可商业 生产的集成电路，使半导体产业由 “发明时代”进入了“商用时 代”。同时，还共同创办了两家 硅谷最伟大的公司：一个是曾经 有半导体行业“黄埔军校”之称 的-仙童(Fairchild)公司，一个 是当今世界上最大设计和生产半导体的科技巨擎英特尔公司。
1959年7月，诺伊斯研究出一种二氧化硅的扩散技术和PN结 的隔离技术，并创造性地在氧化膜上制作出铝条连线，使 元件和导线合成一体，从而为半导体集成电路的平面制作 工艺、为工业大批量生产奠定了坚实的基础。与基尔比在 锗晶片上研制集成电路不同，诺伊斯把眼光直接盯住硅－ 地球上含量最丰富之一的元素，商业化价值更大，成本更 低。自此大量的半导体器件被制造并商用，风险投资开始 出现，半导体初创公司涌现，更多功能更强、结构更复杂 的集成电路被发明， 半导体产业由“发明时代”进入了“商用时代” 半导体产业由“发明时代”进入了“商用时代”。
1947年发明的点接触型晶体管
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杰克•基尔比(Jack Kilby )：集成电路鼻祖 大学毕业后，基尔比选择了一家电子器件供应商 制造收音机、电视机和助听器的部件，在工作之余， 基尔比还在在威斯康星大学上电子工程学硕士班夜校。 1958年，34岁的基尔比加入德州仪器公司。也正 是德州仪器这一温室，孕育了基尔比的成就。当时公 司的工程师们因为受到晶体管发明的鼓舞，开始尝试 设计高速计算机，但是晶体管的发明虽然意义重大， 但是问题还没有完全解决，应用晶体管组装的电子设 备还是太笨重了，工程师设计的电路需要几英里长的 线路和上百万个的焊点，没有人能建造它们。显然， 个人拥有计算机，仍然是一个遥不可及的梦想。 针对这一情况，基尔比提出了一个大胆的设想： “可以在一个半导体单片上安置以下电子元器件：电 阻、电容、晶体管等。” 这个新来的工程师开始试制 一个叫做相位转换振荡器的简易集成电路。 1958年9月12日，基尔比成功地实现了把电子器件 集成在一块半导体材料上的构想，研制出了世界上第 一块集成电路，并通过了德州仪器公司高层管理人员 的检查，这一天，被视为集成电路的诞生日，而就是 这枚小小的芯片，开创了电子技术历史的新纪元。 从此,集成电路取代了晶体管。 从此,集成电路取代了晶体管
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摩尔定律的伟大不仅仅是促成了英特尔巨 大的商业成功，半导体行业的工程师们遵 循着这一定律，不仅每１８个月将晶体管 的数量翻一翻，更是意味着同样性能的芯 片每18个月体积就可以缩小一半，成本减 少一半。也可以说是因为摩尔定律让我们 生活中的电子产品性能越来越强大，体积 越来越轻薄小巧，价格越来越低廉。 1998年已经退休的摩尔从美国前总统布什 的手中接过了美国技术奖。今天，他的名 字就像他提出的“摩尔定律”一样，响彻 在半导体行业每个人的心中。摩尔定律就 像一股不可抗拒的自然力量，统治了硅谷 乃至全球计算机业整整三十多年。
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安迪 格罗夫(Andy Grove) 微处理器之王狂妄的匈牙利 人 “Only the paranoid survive．”只 有 偏执狂才能生存。 说 这句话正是安 迪·格 罗夫。
还记得没有电脑之 前的生活吗？可以这样说，没有英特尔的微处理 器，就算一万个年少轻狂才华横溢的比尔·盖茨也 无济于事。从1987年接过英特尔的ＣＥＯ接力棒 之后，他不断以打破传统、挑战现有逻辑的战略 思维，使微处理器这颗数字革命的心脏强劲跳动， 为数字时代提供源源不断的动力。同样地，没有 安迪·格罗夫，也就没有今天最成功的半导体公司 英特尔。
1958年杰克·基尔比发明的第一块集成电路
源自文库
1959年罗伯特·诺依斯
发明可商业生产的集成电路
集 成 电 路 开 启 新 时 代
1965年，Gordon Moore总结出IC上可容纳的晶体管数目， 约每隔18个月便会增加一倍，性能也将提升一倍，即3年 4翻的增长规律。 随后的近50年里，计算机变成人们不可或缺的工具，信 息技术由实验室进入无数个普通家庭，因特网.多媒体视 听设备丰富着每个人的生活，IC 已经成就了年产值3000 亿美元的巨型产业。 这个时代不断的给我们带来惊喜，越来越小的设计线宽 和越来越高的集成度一直完美的演绎着“摩尔定律”。 2005年，90nm设计线宽的集成电路产品开始上市，集成 电路技术的总体水平自此跨入了全新的纳米时代。 2006年，在90nm产品逐渐增多的同时，基于65nm技术的 集成电路产品相继出现。 2007年，各类60nm～65nm水平的DRAM、FLASH、ASIC、 FPGA等电路产品已经大批量生产，45nm工艺技术的成 熟程度也在不断提高，多类产品开发成功，商品化产品 开始进入市场。 作为45nm之后的32nm技术，近期也取得了进展。
半 导 体 器 件
1947年12月23日，贝尔实验室在助听器中展示了人类第 一块晶体管，William Shockley被誉为晶体管之父。在随 后的10年中，晶体管技术不断进步，包括随后发明的单 锗晶硅、生长结型晶体管、接触型硅晶体管和固态晶体 管开关等，德州仪器和贝尔实验室分别在1954年推出晶 体管收音机和全晶体管计算机，并且，1957年美国第一 个轨道卫星“探测者”也首次使用了晶体管技术。 晶体管的问世，是20世纪的一项重大发明，是微电子革 命的先声。晶体管出现后，人们就能用一个小巧的、消 耗功率低的电子器件，来代替体积大、功率消耗大的电 子管了。 晶体管的发明又为后来集成电路作好了基础。也正是因 为有了集成电路才把晶体管的优点充分地、全方位地展 现出来。两项发明可谓姊妹华章，晶体管的产业化过程 为集成电路的发明作了准备，集成电路的技术进步又推 动了晶体管的进展。
进入20世纪80年代，随着美国经济的衰退与日本 人咄咄逼人的攻势，英特尔公司最终储存业务陷 入了重重困境，财务周转失灵，库存积压成山。
和 集 成 发 展 有 关 的 人 和 事
1986年格罗夫提出的新的口号“英特尔，微处理 器公司”，毅然舍弃储存业务把英特尔的主营业 务转到微处理器上去。正是这个决策让英特尔顺 利地穿越了存储器劫难的死亡之谷，使英特尔从 一个二流的DRAM厂商转变为一个垄断性的CPU 厂商。 同年英特尔推出386系列处理器，又相继推出486， 奔腾系列中央处理器，处理器的性能越来越强大， 速度越来越快，甚至不再是简单的单个核心，双 核、四核的处理器逐渐步入人们生活，个人电脑 时代来临了。印有“Intel Inside”品牌标志的处理器 成了世界上80%计算机的心脏，“Intel Inside”一度 成为本产业的黄金标准响彻全球也在改变着世界。