微电子技术PPT课件

电子电路中元器件的发展演变来自电子管 (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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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)：
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
作为电子钱包（如电话卡、公交卡、加油卡等）
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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。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）
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。
操作方便，快捷，采用全密封胶固化，防水、 防污，使用寿命长
用于读写信息较简单的场合，如身份验证等
接触式IC卡 接触式IC卡的结构
非接触式IC卡
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第1章 信息技术概述
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
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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
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
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第1章 信息技术概述
IC是所有电子产品的核心
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第1章 信息技术概述
超大规模集成
按集成度(芯片中包含的元器件 电路（VLSI）
数目)分：
极大规模集成 电路（ULSI）
元器件数目 ＜100
100~3000
3000~10万 10万~几十
亿 ＞100万
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第1章 信息技术概述
(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。
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）
1985
1990
1995
2000
10 000 1 000 2010
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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
晶体管(M)
23.8
时钟频率(GHz) 1.2
面积(mm2)
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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
非接触式IC卡(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
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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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、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。
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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第1章 信息技术概述
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）
小规模集成电
按电路的功能分：
路（SSI）
按 晶数模体字拟管集集成成结电电构路路、电路和工艺分：中路规（模MS集I）成电
双极型（Bipolar）电路 金属氧化物半导体(MOS)电路
大规模集成电 路（LSI）
······
80486
8086
80286
80386
晶体管数
CORE i7
CORE 2 Quad CORE 2 Duo
Pentium 4 Pentium III
1000x106 100x106
Pentium II Pentium
10x106 106
100 000
8008 8080 4004
1970 1975
1980
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