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1、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,(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,什么是微电子技术？,微电子技术是实现电子电路和电子系统超小型化及微型化的技术，它是以集成电路为核心的电子技术。,电子电路中元器件的发展演变,电子管 (1904),什么是集成电路？,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
2、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,小规模集成电路,IC是所有电子产品的核心,集成电路按它所包含的电子元件数目进行分类,集成电路的其他分类,按用途分： 通用集成电路 专用集成电路（ASIC） 按电路的功能分： 数字集成电路 模拟集成电路 按晶体管结构、电路和工艺分： 双极型（Bipolar）电路 金属氧化物半导体(MOS)电路 ,微电子技术与集成电路,集成电路芯片是微电子技术的结晶，它们是计算机和通信设备的核心。 先进的微电子技术高集成度芯片高性能的计算机利用计算机进行集成电
3、路的设计、生产过程控制及自动测试，又能制造出性能高、成本更低的集成电路芯片,微电子技术与集成电路(续),集成电路是现代信息产业和信息社会的基础 集成电路是改造和提升传统产业的核心技术 2000年世界半导体产值达2000亿美元 电子信息产品市场总额超过1万亿美元 据预测：未来十年内世界半导体的年平均增长率将达15%以上，2010年全世界半导体的年销售额可达到60008000亿美元，将支持45万亿美元的电子装备市场。,(2)集成电路的制造(选学),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
4、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。,集成电路的制造(阅读材料1.5),集成电路的制造材料：主要是硅，也可以是化合物半导体如砷化镓。,400多道工序,(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。,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),I
5、C技术发展增大晶圆面积,增大硅晶圆的面积：使每块晶圆能生产更多的芯片 比如，使用0.13微米的工艺在200mm的晶圆上可以生产大约179个处理器核心，而使用同样工艺在300mm的晶圆可以制造大约427个处理器核心，而实际成本提高不多,IC技术发展减小蚀刻尺寸,减小蚀刻尺寸，缩小晶体管、电阻、电容和连线的尺寸 尺寸越小，开关速度越快，性能越高 相同面积晶片可容纳的晶体管数目就越多，成本越低 8086的蚀刻尺寸为 3m Pentium的蚀刻尺寸是 0.80m Pentium 4的蚀刻尺寸当前是 0.09m（90纳米） 酷睿2双核的蚀刻尺寸为 0.065m（65纳米） 酷睿2四核的蚀刻尺寸为 0.0
6、45m（45纳米） 酷睿i7六核的蚀刻尺寸为 0.032m（32纳米）,Intel CPU芯片工艺的进展,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 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,光子计算机,光能够像电一样来传递信息，甚至效果更好。而且，更重要的一个特点在于它不会和周围
7、环境发生相互干扰的作用。,量子计算机,是运用量子力学来设计的。从理论上说，它们的速度提高可以说是没有止境的，因为量子计算技术可以在同一时间内执行各种操作，同时有足够的能力来完成现在电子计算机还很难完成的任务，比如说完成密码的破译和语音的识别等等。这是因为量子不像半导体只能记录0与1，它可以同时表示多种状态。如果把半导体比成单一乐器，量子电脑就像交响乐团，一次运算可以处理多种不同状况。,分子计算机,现在已经开发出来一种能够由氮气和二氯化碳来开动和关闭的分子计算机，这种超高速的微型计算机离现实已经很近了。分子计算机能够比硅计算机更小、更便宜,耗 . 分子计算机的各种应用:手表大的超级计算机、可缝进
8、到衣服里 .,生物计算机 实际上就是随着生物技术的发展，人们将模仿人的大脑制造一种用基因学的机制来开发的新一代计算机。 现在生物计算机的模型已经出来。以色列的科学家制造了一个有可能会比单个活细胞还要小的计算机的模型。这么微小的计算机也可能将在我们的体内漫游，监视我们的健康。也许会纠正它所发现人体 内哪个地方脂肪的堆积，帮助解决 问题。其实每一个细胞实际上都是 一个复杂的生物机件，一个系统。 用这么一种仿生技术来制造生物 计算机。,(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
9、单介绍。,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） 作为电子钱包（如电话卡、公交卡、加油卡等）,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
10、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。,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 操作方便，快捷，采用全密封胶固化，防水、防污，
11、使用寿命长 用于读写信息较简单的场合，如身份验证等,非接触式IC卡,练习：判断正误,1、集成电路按用途可以分为通用型与专用型，存储器芯片属于专用集成电路。 2、集成电路的工作速度主要取决于组成逻辑门电路的晶体管的尺寸，尺寸越小，速度越快。,1、F 2、T,练习：判断正误,3、 集成电路是20世纪的重大发明之一，在此基础上出现了世界上第一台计算机ENIAC。 4、30年来，集成电路技术的发展，大体遵循着单块集成电路的集成度平均每18 24个月翻一番的规律，这就是著名的Moore定律。,3、F 4、T,在下列有关集成电路的叙述中，错误的是：,A.现代集成电路使用的半导体材料主要是硅 B.大规模集成
12、电路一般以功能部件、子系统为集成对象 C.我国第二代居民身份证中包含有IC芯片 D.目前超大规模集成电路中晶体管的基本线条已小到1纳米左右,D,在下列有关微电子技术与集成电路的叙述中，错误的是：,A.微电子技术是以集成电路为核心 B.集成度是指单个集成电路所含电子元件的数目 C.Moore定律指出，单个集成电路的集成度平均每1824个月翻一番 D.IC卡仅有存储器和处理器，卡中不可能存储有软件,D,本章小结,信息与信息技术 信息与信息处理 信息技术和信息产业 信息化与信息社会 数字技术基础 信息的基本单位比特 比特与二进制 信息在计算机中的表示 比特的运算 微电子技术 微电子技术与集成电路 集成电路的制造 集成电路的发展趋势 IC卡,本章作业,什么是信息技术？它包括哪些方面？ 什么是微电子技术？ 什么是数字技术? 请画出015的十进制、二进制、八进制、十六进制的对照表。 请写出0、1、127、-1、-127、-128的补码形式。（以一个字节为例）,
