电子科学与技术导论PPT

发
括运算器、控制器在内的可编程序运算芯片，也
展
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——
有
4004。开始了英特尔（Intel）飞速发展，从 1968
关
年的收入为零直到今天超过三百五十亿美金营业 额。
的
人
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
事
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。
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
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
发明可商业生产的集成电路
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。
集
随后的近50年里，计算机变成人们不可或缺的工具，信
成
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
关
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－
的 人
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
和
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”。
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。
和
集
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
有
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、
关
Leabharlann Baidu
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
的
集成电路。”
人
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
事
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
和
的数量翻一翻，更是意味着同样性能的芯
集
片每18个月体积就可以缩小一半，成本减
成 发 展
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。
成
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
发
个新的行业－晶圆代工厂，Fabless（无生产线集成电
展
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
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。
的 人
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
和 事
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。
集
有
成
发
展
“Only the
survive．”只
偏执狂才能生存。 说 这句话正是安 迪·格 罗夫。
有
关 的
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
人 和
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
成 发
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，
展
个人拥有计算机，仍然是一个遥不可及的梦想。
有
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
关
阻、电容、晶体管等。” 这个新来的工程师开始试制
和
为半导体工业的象征人物，人们尊敬的称他为：
事
“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。
戈登 摩尔（Gordon Moore）： 一个人一个行业的定律
和
在今天的IT行业有
集
一个神话，这个神
成
话就是一条定 律把一个企业带到
发
成功的巅峰，这个
展
定律就是“摩尔定
有
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
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。
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
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
和
四十二年的诺贝尔物理学奖。 也就愈突显出基尔比的成就。
集
诺贝尔奖评审委员会曾经这样
成
评价基尔比：“为现代信息技
发
术奠定了基础”。 基尔比对人类社会的贡献无法
展
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
集
务转到微处理器上去。正是这个决策让英特尔顺
成
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
发
厂商。
展
同年英特尔推出386系列处理器，又相继推出486，
有
奔腾系列中央处理器，处理器的性能越来越强大，
关
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
事
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
和
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）。
集
成
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
展
个人就是张忠谋。
有
关 的
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
人
研究院院长，致力于台湾半导体业的崛起和产业
和 事
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）开创 了半导体代工时代。
关
场霸主Intel公司的创始人之一的戈登·摩尔。
的
1929年1月3日，戈登·摩尔出生在距离旧金山南部的一个
人
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
和
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。
物理基础和数学基础; 基本半导体器件;
本
电子系统工程分析方法和EDA工具;
课
3.基本应用技术
程
4.集成电路
内
5.在系统可编程技术和SOC技术
容
6.中国集成电路(芯片)展望 7.应用示例
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 ）；
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。
和
活的电子发明领域，他一生中有六十多项发明。
事
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
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
和
“发明时代”进入了“商用时 代”。同时，还共同创办了两家
集
硅谷最伟大的公司：一个是曾经
成
有半导体行业“黄埔军校”之称 的-仙童(Fairchild)公司，一个
发
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。
展 有
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
关
的
2007年，英特尔宣布与台积电同时生产45纳米工艺的芯 片。这标志着台积电在技术提高方面如此可靠，以至于
人
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，把更多的精力放在技术研发领
有
1998年已经退休的摩尔从美国前总统布什
关
的手中接过了美国技术奖。今天，他的名
的
字就像他提出的“摩尔定律”一样，响彻
人
在半导体行业每个人的心中。摩尔定律就
和
像一股不可抗拒的自然力量，统治了硅谷
事
乃至全球计算机业整整三十多年。
安迪 格罗夫(Andy Grove) 微处理器之王狂妄的匈牙利
人
和
paranoid
电
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
路
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
开
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
启
集成电路产品相继出现。
集
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
成
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。
电
路
开
启
新
时
1958年杰克·基尔比发明的第一块集成电路 1959年罗伯特·诺依斯
代
1947年发明的点接触型晶体管
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
和 集
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，
的
时代来临了。印有“Intel Inside”品牌标志的处理器
人
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。
和
事
张忠谋: 新行业机构的缔造者
和 集 成
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
发
路行业更有活力，这
新
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
时
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。
代
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。