微電子概論P(yáng)PT1

1、微電子學(xué)概論微電子學(xué)概論唐 軍 0351-本課程的學(xué)習(xí)目的什么是微電子學(xué)和微電子學(xué)是研究什么的對(duì)微電子學(xué)的發(fā)展歷史、現(xiàn)狀和未來有一個(gè)比較清晰的認(rèn)識(shí)初步掌握半導(dǎo)體物理、半導(dǎo)體器件物理、集成電路工藝、集成電路設(shè)計(jì)、集成電路CAD方法、MEMS技術(shù)等基本概念，對(duì)微電子學(xué)的整體有一個(gè)比較全面的認(rèn)識(shí)考試閉卷考試70%+平時(shí)30%（包括作業(yè)）參考書 微電子學(xué)概論. 張興/黃如/劉曉彥. 北京大學(xué)出版社 半導(dǎo)體器件物理與工藝. 施敏. 蘇州大學(xué)出版社講授方式 以多媒體課堂教學(xué)為主；學(xué)習(xí)方法 學(xué)習(xí)方法比學(xué)習(xí)知識(shí)更加重要 廣博與深入相結(jié)合 基礎(chǔ)的一些知識(shí)一定要掌握 知識(shí)不是孤立的，融會(huì)貫通本課程的教學(xué)方法本課程

2、的主要課程內(nèi)容 第一章 緒論 第二章 半導(dǎo)體物理和半導(dǎo)體器件物理基礎(chǔ) 第三章集成電路制造工藝 第四章集成電路設(shè)計(jì) 第五章集成電路設(shè)計(jì)的CAD系統(tǒng) 第六章幾類重要的特種微電子器件 第七章微機(jī)電系統(tǒng) 第八章微電子技術(shù)發(fā)展的規(guī)律和趨勢(shì)第一章 緒論（微電子學(xué)常識(shí)）6微電子學(xué)：Microelectronics微電子學(xué)微型電子學(xué)核心集成電路分立電路：分立電路：將電阻、電容等將電阻、電容等無源元件和無源元件和晶體管、二極管等晶體管、二極管等有源器件有源器件在電路板上連接起來，實(shí)現(xiàn)一定的電路功能。在電路板上連接起來，實(shí)現(xiàn)一定的電路功能。不依靠外加電源可獨(dú)立不依靠外加電源可獨(dú)立表現(xiàn)其外特性的元件表現(xiàn)其外特性的元

3、件 集成電路：Integrated Circuit (IC) 將晶體管、二極管等有源器件和電阻、電容等無源元件，按照一定的電路互連，“集成”在一塊半導(dǎo)體單晶片(如硅或砷化鎵)上 通過一系列特定的加工工藝來集成 封裝在一個(gè)外殼內(nèi) 執(zhí)行特定電路功能集成電路集成電路微電子學(xué):研究在固體（主要是半導(dǎo)體）材料上構(gòu)成的微小型化器件、電路及系統(tǒng)的電子學(xué)分支學(xué)科脫胎于電子學(xué)和固體物理學(xué)的邊緣性的技術(shù)學(xué)科集成電路集成電路( (集成電路塊集成電路塊) )芯片：芯片：chipchip，diedie芯片的尺寸很小芯片的尺寸很小集成度：一定尺寸的芯片集成度：一定尺寸的芯片上集成的元器件數(shù)目（或上集成的元器件數(shù)目（或者門

4、的數(shù)目）者門的數(shù)目）內(nèi)部電路內(nèi)部電路硅單晶片與加工好的硅片硅單晶片與加工好的硅片硅片：硅片：waferwafer芯片：芯片：chipchip，diedie集成電路芯片的顯微照片13 Vss poly 柵 Vdd 布線通道 參考孔 有源區(qū) N+ P+ 1464M SDRAM （華虹NEC生產(chǎn)）芯片面積5.899.7=57mm2 ， 456pcs/w，1個(gè)IC中含有1.34億只晶體管15 50 m100 m頭發(fā)絲粗細(xì)頭發(fā)絲粗細(xì) 30 m1 1 m m 1 1 m m( (晶體管的大小晶體管的大小) )30503050 m m( (皮膚細(xì)胞的大小皮膚細(xì)胞的大小) )9090年代生產(chǎn)的集成電路中晶體管

5、大小與人類頭年代生產(chǎn)的集成電路中晶體管大小與人類頭發(fā)絲粗細(xì)、皮膚細(xì)胞大小的比較發(fā)絲粗細(xì)、皮膚細(xì)胞大小的比較認(rèn)識(shí)集成電路芯片19封裝好的集成電路集成電路集成電路集成電路的內(nèi)部電路集成電路的內(nèi)部電路VddABOut引腳集成電路位置封裝管殼引腳識(shí)別標(biāo)記 微電子學(xué)是信息領(lǐng)域的重要基礎(chǔ)學(xué)科，在信息領(lǐng)域中，微電子學(xué)是研究并實(shí)現(xiàn)信息獲取、傳輸、儲(chǔ)存、處理和輸出的科學(xué)，是研究信息載體的科學(xué)，構(gòu)成了信息科學(xué)的基石。其發(fā)展水平直接影響著整個(gè)信息技術(shù)的發(fā)展。 微電子學(xué)是一門綜合性很強(qiáng)的邊緣學(xué)科，其中包括了半導(dǎo)體器件物理、集成電路工藝和集成電路及系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、測(cè)試等多方面的內(nèi)容； 涉及了固體物理學(xué)、量子力學(xué)、熱力學(xué)、統(tǒng)

6、計(jì)物理學(xué)、材料科學(xué)、電子線路、信號(hào)處理、計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)、測(cè)試與加工、圖論、化學(xué)等多個(gè)領(lǐng)域。 微電子學(xué)是一門發(fā)展極為迅速的學(xué)科，高集成度、低功耗、高性能、高可靠性是微電子學(xué)的發(fā)展方向。 信息技術(shù)發(fā)展的方向是多媒體（智能化）、網(wǎng)絡(luò)化和個(gè)體化。要求系統(tǒng)獲取和儲(chǔ)存海量的多媒體信息、以及高速度精確可靠的處理和傳輸這些信息并及時(shí)地把有用的信息顯示出來或用于控制。 超高容量、超高速、超高頻、超低功耗是信息技術(shù)無止境的追求目標(biāo)，是微電子技術(shù)迅速發(fā)展的動(dòng)力。 微電子學(xué)的參透性及其，它可以與其他學(xué)科結(jié)合而誕生出一系列新的交叉學(xué)科，例如它與機(jī)械、光學(xué)的結(jié)合導(dǎo)致了微機(jī)電系統(tǒng)（MEMS）的出現(xiàn)，他與生物科學(xué)結(jié)合誕生了生

7、物芯片。 MEMS和生物芯片都是近年來發(fā)展起來的具有極其廣闊應(yīng)用前景的新技術(shù)。微電子是信息社會(huì)發(fā)展的基石集成電路的作用微電子對(duì)傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)的滲透與帶動(dòng)作用微電子對(duì)國家安全與國防建設(shè)的作用 自然界和人類社會(huì)的一切活動(dòng)都在產(chǎn)生信息。信息是客觀事物狀態(tài)和運(yùn)動(dòng)特征的一種普遍形式，是人類社會(huì)、經(jīng)濟(jì)活動(dòng)的重要資源。 社會(huì)的各個(gè)部分通過網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)連接成一個(gè)整體，由高速大容量光線和通訊衛(wèi)星群以光速和寬頻帶地傳送信息，從而使社會(huì)信息化、網(wǎng)絡(luò)化和數(shù)字化。 實(shí)現(xiàn)社會(huì)信息化的網(wǎng)絡(luò)及其關(guān)鍵部件不管是各種計(jì)算機(jī)和/或通訊機(jī)，它們的基礎(chǔ)都是微電子。 1946年第一臺(tái)計(jì)算機(jī)：ENIAC（ Electronic Numerical

8、Integrator Electronic Numerical Integrator and Calculatorand Calculator ）1.2.1 微電子是信息社會(huì)發(fā)展的基石第一臺(tái)通用電子計(jì)算機(jī)：第一臺(tái)通用電子計(jì)算機(jī)： ENIAC ENIAC Electronic Numerical Electronic Numerical Integrator and Integrator and CalculatorCalculator19461946年年2 2月月1414日日Moore SchoolMoore School，Univ. of Univ. of PennsylvaniaPenns

9、ylvania18,00018,000個(gè)電子管組成個(gè)電子管組成大?。洪L(zhǎng)大小：長(zhǎng)24m24m，寬，寬6m6m，高，高2.5m2.5m速度：速度：50005000次次/sec/sec； 重量：重量：3030噸；噸；功率：功率：140KW140KW；平均無故障運(yùn)行時(shí)間：平均無故障運(yùn)行時(shí)間：7min7min1.2.1 微電子是信息社會(huì)發(fā)展的基石1946，美國莫爾學(xué)院18000真空管150m2, 30噸，140kW7000次/s7分國寶級(jí)300倍縮小100萬倍縮小3000萬倍縮小140萬倍快10萬倍長(zhǎng)70萬倍沒有辦法比世界最初的電子管計(jì)算機(jī)ENIAC(左）與IC CPU 的比較開發(fā)時(shí)間器件數(shù)尺寸重量功耗

10、運(yùn)算速度壽命價(jià)格1996，Intel5500萬晶體管150mm2, 0.1克0.1 W10億次/s10年100元1.2.1 微電子是信息社會(huì)發(fā)展的基石 這樣的計(jì)算機(jī)能夠進(jìn)入辦公室、車間、連隊(duì)和家庭？當(dāng)時(shí)有的科學(xué)家認(rèn)為全世界只要4臺(tái)ENIAC就夠了。 目前，全世界計(jì)算機(jī)不包括微機(jī)在內(nèi)有幾百萬臺(tái)，微機(jī)總量約6億臺(tái)，每年由計(jì)算機(jī)完成的工作量超過4000億人年工作量1.2.2 集成電路的作用 小型化 價(jià)格急劇下降 功耗降低 故障率降低?集成電路的戰(zhàn)略地位首先表現(xiàn)在當(dāng)代國民經(jīng)濟(jì)的“食物鏈”關(guān)系1.2.2 集成電路的作用據(jù)美國半導(dǎo)體協(xié)會(huì)（據(jù)美國半導(dǎo)體協(xié)會(huì)（SIASIA）預(yù)測(cè)）預(yù)測(cè)集成電路產(chǎn)值集成電路產(chǎn)值1

11、萬億美元萬億美元GDP50萬億美元萬億美元1.2.2 集成電路的作用世界世界GDPGDP增長(zhǎng)與世界集成電路產(chǎn)業(yè)增長(zhǎng)情況比較增長(zhǎng)與世界集成電路產(chǎn)業(yè)增長(zhǎng)情況比較 ?抓住集成電路產(chǎn)業(yè)，就能促進(jìn)GDP高速增長(zhǎng)1.2.2 集成電路的作用?其次，統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)表明，發(fā)達(dá)國家在發(fā)展過程中都有一條規(guī)律： 集成電路（IC）產(chǎn)值的增長(zhǎng)率（RIC）高于電子工業(yè)產(chǎn)值 的增長(zhǎng)率（REI）。電子工業(yè)產(chǎn)值的增長(zhǎng)率又高于GDP的增長(zhǎng)率（RGDP）。 一般有一個(gè)近似的關(guān)系 ： RIC1.52REI REI3RGDP1.2.2 集成電路的作用 根據(jù) IMF (International Monetary Fund ) RIC1.7RE

12、I REI3RGNP15%9%3%From S.M.SZE1.2.2 集成電路的作用1985-1990年間世界半導(dǎo)體商品市場(chǎng)份額年間世界半導(dǎo)體商品市場(chǎng)份額日本公司日本公司美國公司美國公司39%37.9%51.4%50%人均人均IC產(chǎn)值年增長(zhǎng)率產(chǎn)值年增長(zhǎng)率 人均電子工業(yè)年增長(zhǎng)率人均電子工業(yè)年增長(zhǎng)率 人均人均GNP年增長(zhǎng)率年增長(zhǎng)率 日本日本美國美國 日本日本美國美國 日本日本美國美國2.2%1.1%0.1%80年代后期-90年代初美國采取了一系列增強(qiáng)微電子技術(shù)創(chuàng)新和集成電路產(chǎn)業(yè)發(fā)展的措施，重新奪回領(lǐng)先地位。90年代以來美國經(jīng)濟(jì)保持持續(xù)高速增長(zhǎng)主要得益于信息產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，而其基礎(chǔ)是集成電路產(chǎn)業(yè)與技術(shù)創(chuàng)

13、新。兩個(gè)例子兩個(gè)例子1.2.2 集成電路的作用1990199219941996199820001416182022242628303234363840 日 本 美 國 歐 洲 亞 洲市場(chǎng)變化市場(chǎng)變化日本市場(chǎng)縮減日本市場(chǎng)縮減市場(chǎng)份額9090年代日本經(jīng)濟(jì)蕭條的同時(shí)，集成電路市場(chǎng)份額嚴(yán)重下降年代日本經(jīng)濟(jì)蕭條的同時(shí)，集成電路市場(chǎng)份額嚴(yán)重下降1.2.2 集成電路的作用我國臺(tái)灣地區(qū)我國臺(tái)灣地區(qū)6060年代后期人均年代后期人均 GDP(GDP(gross domestic productgross domestic product)200-300)200-300美元美元（19671967年為年為267267

14、美元）美元）70-80年代大力發(fā)展集成電路產(chǎn)業(yè)年代大力發(fā)展集成電路產(chǎn)業(yè)90年代年代IT業(yè)高速發(fā)展業(yè)高速發(fā)展97年人均年人均GDP=13559美元美元1.2.2 集成電路的作用?在信息經(jīng)濟(jì)時(shí)代，產(chǎn)品以其信息含量的多少及處理信息能力的強(qiáng)弱，決定著在信息經(jīng)濟(jì)時(shí)代，產(chǎn)品以其信息含量的多少及處理信息能力的強(qiáng)弱，決定著附加值的高低附加值的高低決定著在國際經(jīng)濟(jì)分工中的地位決定著在國際經(jīng)濟(jì)分工中的地位!1.2.2 集成電路的作用 銷銷售售額額 利利潤(rùn)潤(rùn) 利利潤(rùn)潤(rùn)率率 Intel公公司司 294億億美美元元 73億億 美美元元 24.8% 我我國國一一家家以以計(jì)計(jì)算算機(jī)機(jī)銷銷售售生生產(chǎn)產(chǎn)為為主主的的IT企企業(yè)業(yè)

15、 200億億人人民民幣幣 5億億 人人民民幣幣 2.5% 我我國國的的VCD產(chǎn)產(chǎn)業(yè)業(yè) 2% 我國我國ITIT企業(yè)與企業(yè)與IntelIntel公司利潤(rùn)的比較公司利潤(rùn)的比較同樣，TI公司的技術(shù)創(chuàng)新，數(shù)字信號(hào)處理器（DSP）使它的利潤(rùn)率比諾基亞高出10個(gè)百分點(diǎn)。 如果我們不發(fā)展集成電路產(chǎn)業(yè)如果我們不發(fā)展集成電路產(chǎn)業(yè) IT行業(yè)停留在裝配業(yè)水平上，掙的“辛苦錢”。 在國際分工中我們將只能處于低附加值的低端上。 所以有人戲稱說：“你們說中關(guān)村是硅谷，但是一個(gè)無“芯”的硅谷，產(chǎn)品不可能有競(jìng)爭(zhēng)力?！痹跊]有自己集成電路產(chǎn)業(yè)的情況下，我們的高新技術(shù)的發(fā)展命脈掌握在他人手中。 當(dāng)前，微電子產(chǎn)業(yè)的發(fā)展規(guī)模和科學(xué)技術(shù)水

16、平已成為衡量一個(gè)國家綜合實(shí)力的重要標(biāo)志。1.2.2 集成電路的作用?幾乎所有的傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)與微電子技術(shù)結(jié)合，用集成電路芯片進(jìn)幾乎所有的傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)與微電子技術(shù)結(jié)合，用集成電路芯片進(jìn)行智能改造，都可以使傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)重新煥發(fā)青春行智能改造，都可以使傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)重新煥發(fā)青春 全國各行業(yè)的風(fēng)機(jī)、水泵的總耗電量約占了全國發(fā)電量的30%，僅僅對(duì)風(fēng)機(jī)、水泵采用變頻調(diào)速等電子技術(shù)進(jìn)行改造，每年即可節(jié)電500億度以上，相當(dāng)于三個(gè)葛洲壩電站的發(fā)電量(157億度/年) 對(duì)白熾燈進(jìn)行高效節(jié)能改造，并假設(shè)推廣應(yīng)用30%，所節(jié)省的電能相當(dāng)于三座大亞彎核電站的發(fā)電量(139億度/年)1.2.3 微電子對(duì)傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)的滲透與帶動(dòng)作用數(shù)控機(jī)床數(shù)控

17、機(jī)床普通機(jī)床普通機(jī)床數(shù)字化技術(shù)改造數(shù)字化技術(shù)改造價(jià)格相差價(jià)格相差10倍倍?電子裝備更新?lián)Q代都基于微電子技術(shù)的進(jìn)步，其靈巧（Smart）的程度都依賴于集成電路芯片的“智慧”程度和使用程度 集成集成電路電路整機(jī)系統(tǒng)整機(jī)系統(tǒng)高附加值高附加值在成長(zhǎng)期進(jìn)入在成長(zhǎng)期進(jìn)入市場(chǎng)，增強(qiáng)市市場(chǎng)，增強(qiáng)市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力1.2.3 微電子對(duì)傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)的滲透與帶動(dòng)作用沒有微電子的電子工業(yè)只能是勞動(dòng)密集型的組裝業(yè)，不能沒有微電子的電子工業(yè)只能是勞動(dòng)密集型的組裝業(yè)，不能形成高附加值的知識(shí)經(jīng)濟(jì)，中國的硅谷將是無芯的硅谷形成高附加值的知識(shí)經(jīng)濟(jì)，中國的硅谷將是無芯的硅谷1汽車汽車530計(jì)算機(jī)計(jì)算機(jī)100020001.2.3 微電子

18、對(duì)傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)的滲透與帶動(dòng)作用微電子對(duì)信息社會(huì)的重要性 INTERNET基礎(chǔ)設(shè)施各種各樣的網(wǎng)絡(luò)：電纜、光纖(光電子)、無線 路由和交換技術(shù)：路由器、交換機(jī)、防火墻、網(wǎng)關(guān) 終端設(shè)備：PC、NetPC、WebTV 網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)軟件：TCP/IP、DNS、LDAP、DCE INTERNET服務(wù)信息服務(wù): 極其大量的各種信息交易服務(wù): 高可靠、高保密 計(jì)算服務(wù): “網(wǎng)絡(luò)就是計(jì)算機(jī) !”, “計(jì)算機(jī)成了網(wǎng)絡(luò)的外部設(shè)備 !”1.2.3 微電子對(duì)傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)的滲透與帶動(dòng)作用20202020年世界最大的年世界最大的3030個(gè)市場(chǎng)領(lǐng)域：個(gè)市場(chǎng)領(lǐng)域： 其中與微電子相關(guān)的其中與微電子相關(guān)的2222個(gè)市場(chǎng)：個(gè)市場(chǎng)：5 5萬億美元

19、（萬億美元（Nikkei Business 1999Nikkei Business 1999）1.2.3 微電子對(duì)傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)的滲透與帶動(dòng)作用市場(chǎng)市場(chǎng) 銷售額銷售額 （10 億美元）億美元） 市場(chǎng)市場(chǎng) 銷售額銷售額 （10 億美元）億美元） 手提數(shù)據(jù)通訊手提數(shù)據(jù)通訊* 630 超薄顯示器超薄顯示器* 170 個(gè)人電腦個(gè)人電腦* 470 IC 卡卡* 165 移動(dòng)電話服務(wù)移動(dòng)電話服務(wù)* 380 地面微波廣播地面微波廣播* 160 CPU* 300 DNA 生物芯片生物芯片 160 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)產(chǎn)品數(shù)據(jù)存儲(chǔ)產(chǎn)品* 270 多用途通訊設(shè)備多用途通訊設(shè)備* 155 磁存儲(chǔ)磁存儲(chǔ)* 250 半導(dǎo)體設(shè)備半導(dǎo)體設(shè)備

20、* 150 電子商務(wù)電子商務(wù)* 250 電力交通工具電力交通工具 150 網(wǎng)絡(luò)信息服務(wù)網(wǎng)絡(luò)信息服務(wù)* 230 墻壁式超薄電視墻壁式超薄電視* 145 高密度磁存儲(chǔ)高密度磁存儲(chǔ)* 230 移動(dòng)電話移動(dòng)電話* 140 系統(tǒng)集成芯片系統(tǒng)集成芯片* 210 直接引入直接引入工具工具 140 家庭醫(yī)療設(shè)備家庭醫(yī)療設(shè)備* 210 ITS 設(shè)備設(shè)備 140 互聯(lián)網(wǎng)互聯(lián)網(wǎng)* 200 DNA 加工食品加工食品 135 有線電視有線電視* 200 液晶顯示器液晶顯示器* 120 智能傳輸系統(tǒng)智能傳輸系統(tǒng) 190 仿制品仿制品 115 代理軟件代理軟件* 180 燃油汽車燃油汽車 110 1.2.4 微電子對(duì)國家安

21、全與國防建設(shè)的作用?武器裝備水平與社會(huì)生產(chǎn)力、經(jīng)濟(jì)基礎(chǔ)有密切關(guān)系：在農(nóng)業(yè)社會(huì)：大刀長(zhǎng)矛等冷兵器在工業(yè)化社會(huì)：槍、炮等熱兵器信息化社會(huì)： IC成為武器的一個(gè)組成元，電子戰(zhàn)、信息戰(zhàn)各類武器裝備經(jīng)費(fèi)預(yù)算中的電子含量各類武器裝備經(jīng)費(fèi)預(yù)算中的電子含量*(*(單位：?jiǎn)挝唬? %) ) 19931993 19941994 19951995 19961996 19971997 19981998 19991999 20002000 20012001 飛機(jī)飛機(jī) 37.637.6 40.140.1 40.340.3 39.439.4 39.139.1 38.838.8 37.837.8 38.938.9 39.13

22、9.1 導(dǎo)彈導(dǎo)彈 52.952.9 55.255.2 59.359.3 59.959.9 59.659.6 60.360.3 60.160.1 59.559.5 59.959.9 空間空間 5959 57.657.6 58.858.8 58.958.9 58.858.8 6060 60.960.9 61.661.6 61.961.9 艦船艦船 36.236.2 31.131.1 34.934.9 31.431.4 32.832.8 32.132.1 34.834.8 34.934.9 3434 各種炮和武各種炮和武器器 15.715.7 17.517.5 19.319.3 19.819.8 2

23、0.420.4 20.820.8 20.620.6 20.820.8 22.722.7 車輛車輛 14.314.3 14.414.4 16.416.4 22.822.8 26.626.6 25.825.8 24.824.8 28.428.4 29.429.4 國防預(yù)算中國防預(yù)算中的電子含量的電子含量 40.740.7 41.241.2 41.441.4 41.441.4 4242 42.542.5 42.942.9 43.643.6 43.643.6 1.3 微電子科學(xué)技術(shù)的發(fā)展歷史 晶體管的發(fā)明 集成電路的發(fā)展歷史 微電子發(fā)展的規(guī)律 我國微電子發(fā)展概況19471947年年1212月月2323

24、日日第一個(gè)晶體管第一個(gè)晶體管NPN GeNPN Ge晶體管晶體管 W. SchokleyW. Schokley J. Bardeen J. Bardeen W. Brattain W. Brattain1.3.1 晶體管的發(fā)明u晶體管（transistor）是一種固體半導(dǎo)體器件，可以用于檢波、整流、放大、開關(guān)、穩(wěn)壓、信號(hào)調(diào)制和許多其它功能。u嚴(yán)格意義上講，晶體管泛指一切以半導(dǎo)體材料為基礎(chǔ)的單一元件，包括各種半導(dǎo)體材料制成的二極管、三極管、場(chǎng)效應(yīng)管、可控硅等。晶體管有時(shí)多指晶體三極管。u晶體管被認(rèn)為是現(xiàn)代歷史中最偉大的發(fā)明之一，在重要性方面可以與印刷術(shù)，汽車和電話等的發(fā)明相提并論。晶體管實(shí)際上是

25、所有現(xiàn)代電器的關(guān)鍵活動(dòng)元件。晶體管在當(dāng)今社會(huì)的重要性主要是因?yàn)榫w管可以使用高度自動(dòng)化的過程進(jìn)行大規(guī)模生產(chǎn)的能力，因而可以不可思議地達(dá)到極低的單位成本。1.3.1 晶體管的發(fā)明u 電子管電子管，是一種最早期的電信號(hào)放大器件，是一種最早期的電信號(hào)放大器件。被封閉在玻璃容器（一般為玻璃管）中。被封閉在玻璃容器（一般為玻璃管）中的陰極電子發(fā)射部分、控制柵極、加速柵的陰極電子發(fā)射部分、控制柵極、加速柵極、陽極（屏極）引線被焊在管坐上。極、陽極（屏極）引線被焊在管坐上。u 利用電場(chǎng)對(duì)真空中的控制柵極注入電子調(diào)利用電場(chǎng)對(duì)真空中的控制柵極注入電子調(diào)制信號(hào)，并在陽極獲得對(duì)信號(hào)放大或反饋制信號(hào)，并在陽極獲得對(duì)信

26、號(hào)放大或反饋振蕩后的不同參數(shù)信號(hào)數(shù)據(jù)。振蕩后的不同參數(shù)信號(hào)數(shù)據(jù)。u 早期應(yīng)用于電視機(jī)、收音機(jī)擴(kuò)音機(jī)等電子早期應(yīng)用于電視機(jī)、收音機(jī)擴(kuò)音機(jī)等電子產(chǎn)品中，近年來逐漸被半導(dǎo)體材料制作的產(chǎn)品中，近年來逐漸被半導(dǎo)體材料制作的放大器和集成電路取代放大器和集成電路取代. .同同電子管電子管相比，晶體管具有諸多優(yōu)越性相比，晶體管具有諸多優(yōu)越性：l構(gòu)件沒有消耗構(gòu)件沒有消耗: :無論多么優(yōu)良的電子管，都將因陰極原子的變化和慢性漏氣而逐漸劣化。隨著技術(shù)的改善，晶體管的壽命一般比電子管長(zhǎng)100到1000倍。l消耗電能極少：消耗電能極少：僅為電子管的十分之一或幾十分之一。它不像電子管那樣需要加熱燈絲以產(chǎn)生自由電子。一臺(tái)晶

27、體管收音機(jī)只要幾節(jié)干電池就可以半年一年地聽下去，這對(duì)電子管收音機(jī)來說，是難以做到的。l不需預(yù)熱：不需預(yù)熱：晶體管收音機(jī)一開就響，晶體管電視機(jī)一開就很快出現(xiàn)畫面。電子管設(shè)備就做不到這一點(diǎn)。開機(jī)后，非得等一會(huì)兒才聽得到聲音，看得到畫面。顯然，在軍事、測(cè)量、記錄等方面，晶體管是非常有優(yōu)勢(shì)的。l結(jié)實(shí)可靠：結(jié)實(shí)可靠：比電子管可靠100倍，耐沖擊、耐振動(dòng)，這都是電子管所無法比擬的。另外，晶體管的體積只有電子管的十分之一到百分之一，放熱很少，可用于設(shè)計(jì)小型、復(fù)雜、可靠的電路。晶體管的制造工藝雖然精密，但工序簡(jiǎn)便，有利于提高元器件的安裝密度。1.3.1 晶體管的發(fā)明19581958年第一塊集年第一塊集成電路：

28、成電路：TITI公司的公司的KilbyKilby，1212個(gè)器件，個(gè)器件，GeGe晶晶片片1.3.2 集成電路的發(fā)展歷史微電子發(fā)展史上的幾個(gè)里程碑 1962年Wanlass、C. T. SahCMOS技術(shù)，現(xiàn)在集成電路產(chǎn)業(yè)中占95%以上 1967年Kahng、S. Sze 非揮發(fā)存儲(chǔ)器 1968年Dennard單晶體管DRAM 1971年Intel公司微處理器計(jì)算機(jī)的心臟目前全世界微機(jī)總量約6億臺(tái)，在美國每年由計(jì)算機(jī)完成的工作量超過4000億人年工作量。美國歐特泰克公司認(rèn)為：微處理器、寬頻道連接和智能軟件將是21世紀(jì)改變?nèi)祟惿鐣?huì)和經(jīng)濟(jì)的三大技術(shù)創(chuàng)新1.3.2 集成電路的發(fā)展歷史1.3.2 集成

29、電路的發(fā)展歷史8088Intel 38619711971年第一個(gè)年第一個(gè)微處理器微處理器4004400420002000多個(gè)晶體管多個(gè)晶體管10m10m的的PMOSPMOS工藝工藝19821982年年286286微處理器微處理器13.413.4萬個(gè)晶體管萬個(gè)晶體管頻率頻率6MHz6MHz、8MHz8MHz、10MHz10MHz和和12.512.5MHzMHz404440441.3.2 集成電路的發(fā)展歷史19891989年年4 4月月2525到到50 MHz50 MHz1-0.81-0.8m m 32 Bit32 Bit 120 120萬晶體管萬晶體管Intel 486Pentium199319

30、93年年3 3月月 32 Bit32 Bit 310 310萬晶體管萬晶體管 6060到到166 MHz166 MHz 0.8 0.8m m1.3.2 集成電路的發(fā)展歷史P6 (Pentium Pro) in 1996150 to 200 MHz clock rate196 mm*25500K transistors(external cache)0.35 micron4 layers metal3.3volt VDD20W typical powerDissipation387 pins1.3.2 集成電路的發(fā)展歷史19991999年年2 2月，英特爾推出月，英特爾推出Pentium III

31、Pentium III處理器，整處理器，整合合950950萬個(gè)晶體管，萬個(gè)晶體管，0.25m0.25m工藝制造工藝制造20022002年年1 1月推出的月推出的Pentium 4Pentium 4處理器，其整合處理器，其整合55005500萬個(gè)晶體管，采用萬個(gè)晶體管，采用0.13m0.13m工藝生產(chǎn)工藝生產(chǎn) 20022002年年8 8月月1313日，英特爾開始日，英特爾開始90nm90nm制程的突破，業(yè)制程的突破，業(yè)內(nèi)首次在生產(chǎn)中采用應(yīng)變硅；內(nèi)首次在生產(chǎn)中采用應(yīng)變硅；20052005年順利過渡到了年順利過渡到了65nm65nm工藝。工藝。1.3.2 集成電路的發(fā)展歷史 20072007年英特爾

32、推出年英特爾推出45nm45nm正式量正式量產(chǎn)工藝，產(chǎn)工藝，45nm45nm技術(shù)是全新的技術(shù)，技術(shù)是全新的技術(shù)，可以讓摩爾定律至少再服役可以讓摩爾定律至少再服役1010年年。1.3.2 集成電路的發(fā)展歷史多核微處理器多核微處理器1.3.2 集成電路的發(fā)展歷史 AMDAMD四核四核“Barcelona”Barcelona”處理器處理器 采用采用300mm300mm晶圓，晶圓， 4545納米技術(shù)制造納米技術(shù)制造1.3.2 集成電路的發(fā)展歷史發(fā)布英特爾酷睿i7處理器含30億晶體管的GF110核心n2007年1月8日：為擴(kuò)大四核PC向主流買家的銷售，英特爾發(fā)布了針對(duì)桌面電腦的65納米制程英特爾酷睿2四

33、核處理器和另外兩款四核服務(wù)器處理器。英特爾酷睿2四核處理器含有5.8億多個(gè)晶體管。 n2010年11月，NVIDIA發(fā)布全新的GF110核心，含30億個(gè)晶體管，采用先進(jìn)的40納米工藝制造。 n2011年05月05 日：英特爾成功開發(fā)世界首個(gè)3D晶體管，稱為tri-Gate。n除了英特爾將3D晶體管應(yīng)用于22納米工藝之后，三星，GlobalFoundries，臺(tái)積電和臺(tái)聯(lián)電都計(jì)劃將類似于Intel的3D晶體管技術(shù)應(yīng)用到14納米節(jié)點(diǎn)上。1.3.2 集成電路的發(fā)展歷史解調(diào)/糾錯(cuò)傳輸反向多路器MPEG解碼DRAMDRAM聲頻接口視頻接口IBMCPUSTBPSCIIEEE1284GPIO,etcDRAM

34、衛(wèi)星/電纜第二代將來第三代SOCSystem On A Chip集成電路走向系統(tǒng)芯片集成電路走向系統(tǒng)芯片1.3.2 集成電路的發(fā)展歷史微米級(jí)工藝微米級(jí)工藝基于晶體管級(jí)互連基于晶體管級(jí)互連主流主流CAD：圖形編輯：圖形編輯VddABOut1.3.2 集成電路的發(fā)展歷史PEL2MEMMathBusControllerIOGraphics PCB PCB集成集成 工藝無關(guān)工藝無關(guān)系統(tǒng)系統(tǒng)亞微米級(jí)工藝亞微米級(jí)工藝依賴工藝依賴工藝基于標(biāo)準(zhǔn)單元互連基于標(biāo)準(zhǔn)單元互連主流主流CAD:CAD:門陣列門陣列 標(biāo)準(zhǔn)單元標(biāo)準(zhǔn)單元集成電路芯片集成電路芯片1.3.2 集成電路的發(fā)展歷史深亞微米、超深亞微米級(jí)工藝深亞微米、

35、超深亞微米級(jí)工藝基于基于IPIP復(fù)用復(fù)用主流主流CADCAD：軟硬件協(xié)同設(shè)計(jì)：軟硬件協(xié)同設(shè)計(jì)1.3.2 集成電路的發(fā)展歷史集成電路走向系統(tǒng)芯片集成電路走向系統(tǒng)芯片 SOCSOC與與ICIC的設(shè)計(jì)原理是不同的，它是微電子設(shè)計(jì)領(lǐng)域的一的設(shè)計(jì)原理是不同的，它是微電子設(shè)計(jì)領(lǐng)域的一場(chǎng)革命。場(chǎng)革命。 SOCSOC是從整個(gè)系統(tǒng)的角度出發(fā)，把處理機(jī)制、模型算法、是從整個(gè)系統(tǒng)的角度出發(fā)，把處理機(jī)制、模型算法、軟件（特別是芯片上的操作系統(tǒng)軟件（特別是芯片上的操作系統(tǒng)- -嵌入式的操作系統(tǒng)）、嵌入式的操作系統(tǒng)）、芯片結(jié)構(gòu)、各層次電路直至器件的設(shè)計(jì)緊密結(jié)合起來，在芯片結(jié)構(gòu)、各層次電路直至器件的設(shè)計(jì)緊密結(jié)合起來，在單個(gè)

36、芯片上完成整個(gè)系統(tǒng)的功能。它的設(shè)計(jì)必須從系統(tǒng)行單個(gè)芯片上完成整個(gè)系統(tǒng)的功能。它的設(shè)計(jì)必須從系統(tǒng)行為級(jí)開始自頂向下（為級(jí)開始自頂向下（Top-DownTop-Down）。）。1.3.2 集成電路的發(fā)展歷史SOCSOC主要三個(gè)關(guān)鍵支持技術(shù)主要三個(gè)關(guān)鍵支持技術(shù) 軟、硬件的協(xié)同設(shè)計(jì)技術(shù)軟、硬件的協(xié)同設(shè)計(jì)技術(shù) 面向不同系統(tǒng)的軟件和硬件的功能劃分理論（面向不同系統(tǒng)的軟件和硬件的功能劃分理論（Functional Partition Functional Partition TheoryTheory）。硬件和軟件更加緊密結(jié)合不僅是）。硬件和軟件更加緊密結(jié)合不僅是SOCSOC的重要特點(diǎn)，也是的重要特點(diǎn)，也是2

37、121世紀(jì)世紀(jì)ITIT業(yè)發(fā)展的一大趨勢(shì)。業(yè)發(fā)展的一大趨勢(shì)。 IPIP模塊庫的復(fù)用技術(shù)模塊庫的復(fù)用技術(shù) IPIP模塊有三種：模塊有三種： 軟核軟核-主要是功能描述；主要是功能描述； 固核固核-主要為結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；主要為結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)； 硬核硬核-基于工藝的物理設(shè)計(jì)，與工藝相關(guān)，并經(jīng)過工藝驗(yàn)證的。其中基于工藝的物理設(shè)計(jì)，與工藝相關(guān)，并經(jīng)過工藝驗(yàn)證的。其中以硬核使用價(jià)值最高。以硬核使用價(jià)值最高。CMOSCMOS的的CPUCPU、DRAMDRAM、SRAMSRAM、E2PROME2PROM和快閃存儲(chǔ)器以及和快閃存儲(chǔ)器以及A/DA/D、D/AD/A等都可以成為硬核。等都可以成為硬核。 模塊界面間的綜合分析技術(shù)模塊

38、界面間的綜合分析技術(shù) 主要包括主要包括IPIP模塊間的膠聯(lián)邏輯技術(shù)和模塊間的膠聯(lián)邏輯技術(shù)和IPIP模塊綜合分析及其實(shí)現(xiàn)技術(shù)等。模塊綜合分析及其實(shí)現(xiàn)技術(shù)等。1.3.2 集成電路的發(fā)展歷史MEMSMEMS技術(shù)和生物信息技術(shù)將成為下一代半導(dǎo)體技術(shù)和生物信息技術(shù)將成為下一代半導(dǎo)體主流技術(shù)主流技術(shù) MEMSMEMS技術(shù)將微電子技術(shù)和精密機(jī)械加工技術(shù)相互融合，實(shí)現(xiàn)技術(shù)將微電子技術(shù)和精密機(jī)械加工技術(shù)相互融合，實(shí)現(xiàn)了微電子與機(jī)械融為一體的系統(tǒng)。從廣義上講，了微電子與機(jī)械融為一體的系統(tǒng)。從廣義上講，MEMSMEMS是指集是指集微型傳感器、微型執(zhí)行器、信號(hào)處理和控制電路、接口電路微型傳感器、微型執(zhí)行器、信號(hào)處理和

39、控制電路、接口電路、通信系統(tǒng)以及電源于一體的微機(jī)電系統(tǒng)。、通信系統(tǒng)以及電源于一體的微機(jī)電系統(tǒng)。 微電子與生物技術(shù)緊密結(jié)合的以微電子與生物技術(shù)緊密結(jié)合的以DNADNA芯片等為代表的生物工芯片等為代表的生物工程芯片將是程芯片將是2121世紀(jì)微電子領(lǐng)域的另一個(gè)熱點(diǎn)和新的經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)世紀(jì)微電子領(lǐng)域的另一個(gè)熱點(diǎn)和新的經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)點(diǎn)。點(diǎn)。 采用微電子加工技術(shù)，在指甲蓋大小的硅片上制作含有多達(dá)采用微電子加工技術(shù)，在指甲蓋大小的硅片上制作含有多達(dá)10-2010-20萬種萬種DNADNA基因片段的芯片。芯片可在極短的時(shí)間內(nèi)檢測(cè)基因片段的芯片。芯片可在極短的時(shí)間內(nèi)檢測(cè)或發(fā)現(xiàn)遺傳基因的變化。對(duì)遺傳學(xué)研究、疾病診斷、疾病治或

40、發(fā)現(xiàn)遺傳基因的變化。對(duì)遺傳學(xué)研究、疾病診斷、疾病治療和預(yù)防、轉(zhuǎn)基因工程等具有極其重要作用。療和預(yù)防、轉(zhuǎn)基因工程等具有極其重要作用。 1.3.2 集成電路的發(fā)展歷史1.3.2 集成電路的發(fā)展歷史1.3.2 集成電路的發(fā)展歷史1.3.2 集成電路的發(fā)展歷史? 不斷提高產(chǎn)品的性能價(jià)格比是微電子技術(shù)發(fā)展的動(dòng)力不斷提高產(chǎn)品的性能價(jià)格比是微電子技術(shù)發(fā)展的動(dòng)力? 集成電路芯片的集成度每三年提高集成電路芯片的集成度每三年提高4 4倍，而加工特征倍，而加工特征尺寸縮小尺寸縮小 倍，這就是倍，這就是摩爾定律摩爾定律（由（由IntelIntel創(chuàng)始人創(chuàng)始人Gordan MooreGordan Moore提出）提出）

41、21.3.3 1.3.3 微電子發(fā)展的規(guī)律微電子發(fā)展的規(guī)律1.3.3 1.3.3 微電子發(fā)展的規(guī)律微電子發(fā)展的規(guī)律微電子技術(shù)發(fā)展的ROADMAP1.3.3 1.3.3 微電子發(fā)展的規(guī)律微電子發(fā)展的規(guī)律微處理器的性能微處理器的性能100 G100 G10 G10 GGigaGiga100 M100 M10 M10 MMegaMegaKiloKilo 1970 1980 1990 2000 2010 1970 1980 1990 2000 20101.3.3 1.3.3 微電子發(fā)展的規(guī)律微電子發(fā)展的規(guī)律集成電路技術(shù)是近集成電路技術(shù)是近50年來發(fā)展最快的技術(shù)年來發(fā)展最快的技術(shù)微電子技術(shù)的進(jìn)步微電子技

42、術(shù)的進(jìn)步From S.M.SZE 年份年份 特征參數(shù)特征參數(shù) 1959 1970-1971 2000 比率比率 設(shè)計(jì)規(guī)則設(shè)計(jì)規(guī)則 m 25 8 0.18 140 電源電壓電源電壓VDD(伏）伏） 5 5 1.5 3 硅片直徑尺寸硅片直徑尺寸（mm） 5 30 300 60 集成度集成度 6 2 103 2 109 3 108 DRAM密度（密度（bit) 1K 1G 106 微處理器時(shí)鐘頻微處理器時(shí)鐘頻率率(Hz) 750K 1G 103 平均晶體管價(jià)格平均晶體管價(jià)格$ 10 0.3 10-6 107 集成電路發(fā)展規(guī)劃集成電路發(fā)展規(guī)劃年份 1997 1999 2001 2003 2006 20

43、09 2012最小線寬 0.25 0.18 0.15 0.13 0.10 0.07 0.01(m） DRAM容量 256M 1G 1G4G 4G 16G 64G 256G每片晶體管 11 21 40 76 200 520 1400數(shù)（M）芯片尺寸 300 440 385 430 520 620 750(平方毫米） 頻率 750 1200 1400 1600 2000 2500 3000(兆赫） 金屬化層數(shù) 6 6-7 7 7 7-8 8-9 9最低供電 1.8-2.5 11.5-1.8 1.2-1.5 1.2-1.5 0.9-1.2 0.6-0.9 0.5-0.6電壓（v） 最大晶圓 200

44、300 300 300 300 450 450直徑（mm）1.3.3 1.3.3 微電子發(fā)展的規(guī)律微電子發(fā)展的規(guī)律Moores Law Moores Law 的失效的失效 在100納米以上，不存在紫外線光刻的限制，到100納米以下紫外線的波長(zhǎng)將超過最小的晶體管外形尺寸。(Intel)用 “遠(yuǎn)紫外線”或氙光的波長(zhǎng)縮小到10納米，或(IBM)用X射線產(chǎn)生5納米的光波。朗訊正在研究的電子束刻蝕技術(shù)，這些都說明晶體管外形尺寸縮小的限制目前還不是一種障礙。 IBM的鍺硅技術(shù)是在硅晶體中的某些位置植入鍺原子，做成微芯片基，這種摻雜鍺的片基比現(xiàn)有二氧化硅的片基的導(dǎo)電性更好，可以減少畸變和電流泄漏，并使晶體管

45、外形尺寸縮小到50納米，這樣芯片的時(shí)鐘頻率可高達(dá)50GHz，將比奔騰III450快100倍。所以集成系統(tǒng)的速度限制也還沒有到來。 此外，市場(chǎng)的限制。由于高速網(wǎng)、多媒體通信和電視點(diǎn)播的迅速發(fā)展，更快的速度和更高的性能目前對(duì)用戶絕非多余。 1.3.3 1.3.3 微電子發(fā)展的規(guī)律微電子發(fā)展的規(guī)律Moores Law Moores Law 的失效的失效 相反，對(duì)摩爾定律的實(shí)際限制還是在測(cè)試和投資：一是芯片的復(fù)雜性加深，已經(jīng)使得全面地測(cè)試其性能成為不可能了，芯片制造商只能依賴統(tǒng)計(jì)分析的方法進(jìn)行測(cè)試，這種測(cè)試一方面因?yàn)闇y(cè)試軟件的Bug不可避免，另一方面是測(cè)試軟件開發(fā)的速度趕不上芯片發(fā)展的速度，到2012

46、年時(shí)，芯片生產(chǎn)的合格率會(huì)從目前的90下降到52，到那時(shí)，測(cè)試芯片的費(fèi)用比制造芯片的費(fèi)用還高。 雖然制造芯片 (按每個(gè)晶體管或每單位性能計(jì)算) 的成本在不斷下降，但由于片上晶體管的數(shù)量按指數(shù)在增加，使得一條生產(chǎn)線的費(fèi)用高達(dá)20億美元，若尺寸下降到100納米以下，產(chǎn)家的投資會(huì)高達(dá)100億美元，這比建一座核電站的費(fèi)用還高，這時(shí)，問題就不是芯片的尺寸是否可以縮小，而是誰投得起如此高昂的資金？ 1.3.3 1.3.3 微電子發(fā)展的規(guī)律微電子發(fā)展的規(guī)律集成電路市場(chǎng)和產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的發(fā)展規(guī)律集成電路市場(chǎng)和產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的發(fā)展規(guī)律市場(chǎng)及其發(fā)展規(guī)律產(chǎn)業(yè)格局與結(jié)構(gòu)Foundry建設(shè)1.3.3 1.3.3 微電子發(fā)展的規(guī)律微電

47、子發(fā)展的規(guī)律3030多年來，集成電路市場(chǎng)指數(shù)發(fā)展規(guī)律多年來，集成電路市場(chǎng)指數(shù)發(fā)展規(guī)律市場(chǎng)及其發(fā)展規(guī)律1.3.3 1.3.3 微電子發(fā)展的規(guī)律微電子發(fā)展的規(guī)律 同時(shí)，集成電路市場(chǎng)又是高度變動(dòng)的,約十年為一個(gè)漲落周期。1.3.3 1.3.3 微電子發(fā)展的規(guī)律微電子發(fā)展的規(guī)律 第一個(gè)周期(1975-1984，CAGR=20.4%): 電腦和消費(fèi)類電子; 產(chǎn)值在幾百億美元 第二個(gè)周期(1985-1995，CAGR=20.8%): 中小型電腦、PC機(jī)；產(chǎn)值突破1000億美元 第三個(gè)周期(1996-2005，CAGR=15.6%): 除PC機(jī)外，網(wǎng)絡(luò)和通訊裝備，特別是移動(dòng)通訊裝備; 產(chǎn)值3000億美元1.

48、3.3 1.3.3 微電子發(fā)展的規(guī)律微電子發(fā)展的規(guī)律1998-2003年世界及四大市場(chǎng)年世界及四大市場(chǎng)IC增長(zhǎng)率和份額統(tǒng)計(jì)表增長(zhǎng)率和份額統(tǒng)計(jì)表市場(chǎng)增長(zhǎng)率市場(chǎng)增長(zhǎng)率亞太地區(qū)第一亞太地區(qū)第一市場(chǎng)份額市場(chǎng)份額亞太地區(qū)僅次于美國亞太地區(qū)僅次于美國1.3.3 1.3.3 微電子發(fā)展的規(guī)律微電子發(fā)展的規(guī)律 21世紀(jì)，要求移動(dòng)處理信息，隨時(shí)隨地獲取信息、處理信息成為把握先機(jī)而制勝的武器。 如果前20年P(guān)C是集成電路發(fā)展的驅(qū)動(dòng)器的話，后20年除PC要繼續(xù)發(fā)展外，主要驅(qū)動(dòng)器應(yīng)該是與Internet結(jié)合的可移動(dòng)（Mobile)、袖珍的（Portable) 實(shí)時(shí)信息處理設(shè)備。 核心電路是數(shù)字信號(hào)處理器（DSP-Di

49、gital Signal Processor) 將進(jìn)一步促進(jìn)IC市場(chǎng)的發(fā)展1.3.3 1.3.3 微電子發(fā)展的規(guī)律微電子發(fā)展的規(guī)律 產(chǎn)業(yè)格局與產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu) 集成電路的生命力在于它可以大批量、低成本和高可靠地生產(chǎn)出來。 集成電路芯片價(jià)格：101 102美元 生產(chǎn)線的投資： 109美元 （8”、0.25微米） 要想贏利：年產(chǎn)量108 集成電路芯片是整機(jī)高附加值的倍增器，但不是最終產(chǎn)品，如果不能在整機(jī)和系統(tǒng)中應(yīng)用，那它就沒有價(jià)值和高附加值 決定集成電路產(chǎn)業(yè)的建設(shè)必須首先考慮整機(jī)和系統(tǒng)應(yīng)用的發(fā)展，即市場(chǎng)的需求1.3.3 1.3.3 微電子發(fā)展的規(guī)律微電子發(fā)展的規(guī)律 集成電路設(shè)計(jì)滯后現(xiàn)象0.010.1110

50、1980198519901995200020052010微米微米芯片復(fù)雜度芯片復(fù)雜度柵長(zhǎng)柵長(zhǎng)58%/年年20%/人年人年設(shè)計(jì)產(chǎn)率設(shè)計(jì)產(chǎn)率差距增大差距增大10G1G100M10M1M100K10K1K集成電路設(shè)計(jì)能力增長(zhǎng)不能跟上芯片復(fù)雜度的增長(zhǎng)速率集成電路設(shè)計(jì)能力增長(zhǎng)不能跟上芯片復(fù)雜度的增長(zhǎng)速率集成電路芯片生產(chǎn)廠大致上可分為三類通用電路生產(chǎn)廠，典型生產(chǎn)存儲(chǔ)器和CPU集成器件制造商(IDMIntegrated Device Manufactory Co.), 產(chǎn)品主要用于自己的整機(jī)和系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)工藝加工廠或稱代客加工廠，即FoundryFoundry名詞來源于加工廠的鑄造車間，無自己產(chǎn)品 優(yōu)良的加工技

51、術(shù)(包括設(shè)計(jì)和制造)及優(yōu)質(zhì)的服務(wù)為客戶提供加工服務(wù)客戶群初期多為沒有生產(chǎn)線的設(shè)計(jì)公司，但是隨著技術(shù)的發(fā)展，現(xiàn)在許多IDM公司也將相當(dāng)多的業(yè)務(wù)交給Foundry加工1.3.3 1.3.3 微電子發(fā)展的規(guī)律微電子發(fā)展的規(guī)律隨技術(shù)進(jìn)步，建廠費(fèi)用呈指數(shù)增加，這時(shí)必然出現(xiàn)兩種趨向：各相關(guān)公司聯(lián)合建廠IBM (International Business Machines)與UMC（臺(tái)灣聯(lián)華電子公司）的聯(lián)合將更多業(yè)務(wù)交給Foundry，降低成本Motorola 2001年以后，將有50%以上的產(chǎn)品需從外部提供日本Kawasaki（川崎）公司取消他們計(jì)劃建設(shè)的0.18m的工廠，代之以與Foundry的合作1

52、.3.3 1.3.3 微電子發(fā)展的規(guī)律微電子發(fā)展的規(guī)律Foundry功能要求功能要求行為級(jí)行為級(jí)多工藝模塊多工藝模塊 p、DSP、E2PROM & Flash、A/D、D/AWafer級(jí)級(jí)封裝后封裝后成品級(jí)成品級(jí)邏輯級(jí)邏輯級(jí)版圖級(jí)版圖級(jí)MASK研究開發(fā)支持研究開發(fā)支持 Foundry Foundry建設(shè)建設(shè)FoundryFoundry的建設(shè)必須采用系統(tǒng)工程的方法的建設(shè)必須采用系統(tǒng)工程的方法基本特征：基本特征：1.3.3 1.3.3 微電子發(fā)展的規(guī)律微電子發(fā)展的規(guī)律 2000年年Foundry業(yè)務(wù)地區(qū)分布業(yè)務(wù)地區(qū)分布Foundry類加工芯片數(shù)量占世界集成電路芯片總產(chǎn)量的比例類加工芯片數(shù)量占世界集成電路芯片總產(chǎn)量的比例因此美國著名的預(yù)測(cè)與咨詢公司因此美國著名的預(yù)測(cè)與咨詢公司Dataguest： 未來屬于未來屬于Foundry1.3.4 我國微電子學(xué)的歷史1956年5所學(xué)校在北大聯(lián)合創(chuàng)建半導(dǎo)體專業(yè)北京大學(xué)、復(fù)旦大學(xué)、廈門大學(xué)、南京大學(xué)1977年在北京大學(xué)誕生第一塊大規(guī)模集成電路1982年，成立電子計(jì)算機(jī)和大規(guī)模集成電路領(lǐng)導(dǎo)小組80年代：初步形成三業(yè)分離的狀態(tài)制造業(yè)設(shè)計(jì)業(yè)封裝業(yè)1.3.4 我國微電子學(xué)的歷史我國IC骨干企業(yè)地區(qū)分布及銷售情況1.3.4 我國微電子學(xué)的歷史上海IC產(chǎn)業(yè)發(fā)展戰(zhàn)略目標(biāo) 到到2010年總投資量年總投資量600億美元，建成億美元，建成20 40條條生產(chǎn)線，生