微电子器件的技术现状和发展趋势

按此比率下降，小汽车价格不到1美分！
发展规律
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Moore定律 性能价格比



在过去的20年中，改进 了100万倍 在今后的20年中，还将 改进100万倍 很可能还将持续40年
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发展规律
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我国年微电子发展展望
未来十年将是我国微电子产业的黄 金时期
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谢 谢！
集成电路 1 ~ 2元
国民经济产值 100元
进入信息化社会的判据： 微电子技术产值占工农业总产值的0.5%
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统计数据表明：发达国家在发展过程中 都有一条规律
★ 集成电路（IC）产值的增长率（RIC）高
于电子工业产值的增长率（REI）
★ 电子工业产值的增长率又高于GDP的增长
率（RGDP） 一般有一个近似的关系：
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一次提出了集成电路的设想
1958年以德克萨斯仪器公司的科学家基尔比
(J.Kilby)为首的研究小组研制出了世界上第 一块集成电路，并于1959年公布了该结果
发展历史
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获得2000年Nobel物理奖
1958年第一块集成电路：TI公司的J. Kilby 基片为Ge晶片，集成了12个器件。
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微电子技术的发展水平和微电
子产业的规模已经成为衡量一个
国家综合实力强弱的重要标志！
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微电子技术的发展历史与现状
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理论推动
19世纪末20世纪初发现半导体的三个重要
物理效应
光电导效应 光生伏特效应 整流效应
量子力学 材料科学
需求牵引：二战期间雷达等武器的需求
微电子技术发展现状与趋势
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微电子技术的战略地位与作用
微电子技术的发展历史与现状 微电子技术的发展规律与趋势
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微电子技术的核心—— 集成电路
（Integrated Circuit，缩写IC）
通过一系列特定的加工工艺，将晶体管、二 极管等有源器件和电阻、电容等无源器件，按 照一定的电路互连，“集成”在一块半导体单 晶片（如硅或砷化镓）上，封装在一个外壳内， 执行特定电路或系统功能。
RIC≈1.5~2REI
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REI≈3RGDP
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微电子技术——对传统产业的带动作用

几乎所有的传统产业与微电子技术结合，用集成 电路芯片进ห้องสมุดไป่ตู้智能改造，都可以使传统产业重新 焕发青春
全国各行业的风机、水泵的总耗电量约占了全国发电量
的30%，仅仅对风机、水泵采用变频调速等电子技术进 行改造，每年即可节电500亿度以上，相当于三个葛洲 坝电站的年发电量(170亿度/年)
发展历史
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微电子发展史上的几个里程碑

1962年F.Wanlass、C.T.Sah——CMOS技术 现在集成电路产业中占95%以上 1967年Kahng、S.Sze ——非挥发存储器

1968年Dennard——单晶体管DRAM

1971年Intel公司微处理器——计算机的心脏 美国欧特泰克公司认为：微处理器、宽频道连接和 智能软件将是21世纪改变人类社会和经济的三大技 术创新
年 特征参数 设计规则m 电源电压VDD(伏） 硅片直径尺寸 （mm） 集成度 DRAM密度（bit) 微处理器时钟频 率(Hz) 平均晶体管价格$ 10 份 1959 25 5 5 6 1970-1971 8 5 30 2103 1K 750K 0.3 2000 0.18 1.5 300 2109 1G 1G 10-6 比率 140 3 60 3108 106 >103 10-7

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1991年的海湾战争
双方出动军队100多万人，经历42天，伊拉克伤 亡10多万人（其中死亡2万多人），被俘17.5万 人，击毁了3700多辆坦克、2600多门火炮、2400 多辆装甲车和243架飞机（其余的147架飞机紧急 转移到伊朗才免遭厄运）。 多国部队出兵80多万人，死亡149人（其中美军 79人），伤513人，出动10万余架次飞机，仅损 失45架（包括非战斗损失9架）。
硅片打败了钢铁！
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世界第一台通用电子计算机--ENIAC
1946年2月14日 在美国宾夕法 尼亚大学的莫 尔电机学院诞 生(莫科里 )， 由18,800多个电 子管组成，重 量30多吨，占 地面积170多平 方米 。 大小：长30.48m，宽6m，高2.5m；速度：5000次/sec； 功率：150KW；平均无故障运行时间：7min
发展历史
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获得1956年Nobel物理奖
1947年12月23日 第一个晶体管
NPN Ge晶体管
W. Schokley J. Bardeen W. Brattain
发展历史
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晶体管的三位发明人：肖克莱、巴丁、布拉顿
发展历史
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集成电路的发明
1952年5月，英国科学家达默（G.Dummer）第
对白炽灯进行高效节能改造，并假设推广应用30%，所
节省的电能相当于三座大亚弯核电站的年发电量(139亿 度/年)
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对国民经济的贡献率 2000 1500 1000 500 0 钢铁 汽车 彩电 计算机 集成电路
对国民经济的贡献率
没有微电子的电子工业只能是劳动密集型的 组装业，不能形成高附加值的知识经济，中 国的硅谷将是无芯的硅谷
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这样的计算机能够进入办公室、车间、家 庭和我们的手提包里？当时有的科学家认 为全世界只要4台ENIAC就足够了。
目前，全世界计算机不包括微机在内有几 百万台，微机总量约6亿台，每年由计算机 完成的工作量超过4000亿人年工作量。
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微电子技术产值——进入信息社会的判据
集成电路的战略地位首先表现在当代国民经济 的“食物链”关系： 电子产品 10元
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多层铜互连技术
已实现9层互连， Intel
Pentium 840EE 双核处 理器采用的是7层互连技 术。
发展现状
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微电子技术发展规律与趋势
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微电子发展的规律
集成电路芯片的 集成度每三年提 高 4 倍，而芯片
加工特征尺寸每
三年缩小 倍。
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这就是由Intel公司创始人之一Gordon Moore博士 1975年在IEEE的学术年会上提出的，被称为摩尔定律。
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微电子技术的战略地位与作用
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微电子技术——信息社会发展的基石
自然界和人类社会的一切活动都在产生信息。信 息是客观事物状态和运动特征的一种普遍形式， 是人类社会、经济活动的重要资源。 社会的各个部分通过网络系统连接成一个整体， 由高速大容量光纤和通讯卫星群以光速和宽频带 地传送信息，从而使社会信息化、网络化和数字 化。 实现社会信息化的网络及其关键部件不管是各种 计算机和/或通讯设备，以及国防安全系统，它们 的基础都是微电子技术。
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发展历史
第一个CPU--Intel 4004
1971年由Intel制造 2000多个晶体管 10μm的PMOS工艺
发展历史
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Intel Pentium 840EE 双核处理器
制造工艺：90nm
晶体管数：2.3亿个
芯片面积：206mm2 互联技术：7层铜互连 最高功耗：130W
发展规律
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21世纪硅微电子技术的四个主要发展方向
继续增大晶圆尺寸和缩小特征尺寸
集成电路(IC)将发展成为系统芯片(SOC) 新型宽禁带半导体材料开发 微电子技术与其它领域相结合将产生新的产
业和新的学科，例如MEMS、DNA芯片等
发展趋势
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微电子技术是近50年来发展最快的技术