第1章11～12 信息與微電子技術(shù)教材

第1章信息技術(shù)概述1.1信息與信息技術(shù)1.2微電子技術(shù)簡介信息是什么？中國大百科全書的解釋：從認(rèn)識(shí)論層次來看，信息是指認(rèn)識(shí)主體所感知或主體所表述的“事物運(yùn)動(dòng)的狀態(tài)及狀態(tài)變化的方式”信息有多種表現(xiàn)形式，語言、文字、聲音、圖片等都是信息的表現(xiàn)形式(載體)信息與物質(zhì)和能量同樣重要，它是人們認(rèn)識(shí)世界、改造世界的一種基本資源什么是信息處理？信息處理指的是與下列內(nèi)容相關(guān)的行為和活動(dòng)：信息的收集(如信息的感知、測(cè)量、獲取、輸入等)信息的加工(如信息的分類、計(jì)算、分析、轉(zhuǎn)換等)信息的存儲(chǔ)(如書寫、攝影、錄音、錄像等)信息的傳遞(如郵寄、電報(bào)、電話等)信息的施用(如控制、顯示等)人工進(jìn)行信息處理的過程人工信息處理的不足：

算不快記不住傳不遠(yuǎn)

看（聽）不清事物客體信息獲取(感覺器官)信息加工與存儲(chǔ)(大腦)信息傳遞(神經(jīng)系統(tǒng))信息施用(效應(yīng)器官)信息傳遞(神經(jīng)系統(tǒng))信息技術(shù)（IT）手/腳/身眼/耳/鼻/舌/身什么是信息技術(shù)？信息技術(shù)（InformationTechnology，簡稱IT）指的是用來擴(kuò)展人們信息器官功能、協(xié)助人們更有效地進(jìn)行信息處理的一類技術(shù)。信息技術(shù)包括：擴(kuò)展感覺器官功能的感測(cè)(獲取)與識(shí)別技術(shù)擴(kuò)展神經(jīng)系統(tǒng)功能的通信技術(shù)擴(kuò)展大腦功能的計(jì)算(處理)與存儲(chǔ)技術(shù)擴(kuò)展效應(yīng)器官功能的控制與顯示技術(shù)信息技術(shù)的發(fā)展歷史◎語言的形成和使用

◎文字的創(chuàng)造

◎印刷技術(shù)的發(fā)明

◎望遠(yuǎn)鏡、顯微鏡

◎電報(bào)和電話通信

◎廣播、電視

◎雷達(dá)、衛(wèi)星（遙感感測(cè)）

◎計(jì)算機(jī)、機(jī)器人

◎因特網(wǎng)（Internet）

···

現(xiàn)代信息技術(shù)3大特征：采用電子技術(shù)（包括激光技術(shù)）以數(shù)字技術(shù)（計(jì)算機(jī)）為基礎(chǔ)以軟件為核心內(nèi)容：計(jì)算機(jī)、微電子(信息技術(shù)的關(guān)鍵技術(shù))、通信、廣播、遙感遙測(cè)、自動(dòng)控制、機(jī)器人等什么是信息處理系統(tǒng)？用于輔助人們進(jìn)行信息獲取、傳遞、存儲(chǔ)、加工處理、控制及顯示的綜合使用各種信息技術(shù)的系統(tǒng)，可以通稱為信息處理系統(tǒng)信息處理系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)：通信/存儲(chǔ)信息加工通信/存儲(chǔ)控制與顯示感測(cè)與識(shí)別信息處理系統(tǒng)舉例雷達(dá)：以感測(cè)與識(shí)別為主要目的電視/廣播：以單向、點(diǎn)到多點(diǎn)的信息傳遞為主要目的電話：以雙向、點(diǎn)到點(diǎn)的信息交互為主要目的銀行：以處理金融信息為目的圖書館：以信息收藏和檢索為主要目的因特網(wǎng)：跨越全球的多功能信息處理系統(tǒng)

1.2微電子技術(shù)簡介（1）微電子技術(shù)與集成電路（2）集成電路的制造（3）集成電路的發(fā)展趨勢(shì)（4）IC卡(1)微電子技術(shù)與集成電路

微電子技術(shù)是信息技術(shù)領(lǐng)域中的關(guān)鍵技術(shù)，是發(fā)展電子信息產(chǎn)業(yè)和各項(xiàng)高技術(shù)的基礎(chǔ)微電子技術(shù)的核心是集成電路技術(shù)電子電路中元器件的發(fā)展演變晶體管(1948)中/小規(guī)模集成電路(1950’s)微電子技術(shù)是以集成電路為核心的電子技術(shù)，它是在電子元器件小型化、微型化的過程中發(fā)展起來的。大規(guī)模/超大規(guī)模集成電路(1970’s)電子管(1904)什么是集成電路？集成電路

(IntegratedCircuit，簡稱IC)： 以半導(dǎo)體單晶片作為基片,采用平面工藝，將晶體管、電阻、電容等元器件及其連線所構(gòu)成的電路制作在基片上所構(gòu)成的一個(gè)微型化的電路或系統(tǒng)現(xiàn)代集成電路使用的半導(dǎo)體材料主要是硅(Si),也可以是化合物半導(dǎo)體如砷化鎵(GaAs)等

集成電路的優(yōu)點(diǎn)：體積小、重量輕功耗小、成本低速度快、可靠性高超大規(guī)模集成電路小規(guī)模集成電路集成電路的分類按用途分：通用集成電路專用集成電路（ASIC）按電路的功能分：數(shù)字集成電路模擬集成電路按晶體管結(jié)構(gòu)、電路和工藝分：雙極型（Bipolar）電路金屬氧化物半導(dǎo)體(MOS)電路······按集成度(單個(gè)集成電路所包含的電子元件的數(shù)目)分：集成電路規(guī)模元器件數(shù)目小規(guī)模集成電路（SSI）＜100中規(guī)模集成電路（MSI）100~3000大規(guī)模集成電路（LSI）3000~10萬超大規(guī)模集成電路（VLSI）10萬~100萬極大規(guī)模集成電路（ULSI）＞100萬注意：1、通常不嚴(yán)格區(qū)分VLSI和ULSI，而是統(tǒng)稱為VLSI。2、中、小規(guī)模集成電路一般以簡單的門電路或單級(jí)放大器為集成對(duì)象,大規(guī)模集成電路則以功能部件、子對(duì)象為集成對(duì)象。3、現(xiàn)在的PC機(jī)中的微處理器、芯片組、圖形加速芯片等都是通用超大規(guī)模和特大規(guī)模集成電路。附：常見集成電路產(chǎn)品的類型(2)集成電路的制造集成電路的制造工序繁多，從原料熔煉開始到最終產(chǎn)品包裝大約需要400多道工序，工藝復(fù)雜且技術(shù)難度非常高，有一系列的關(guān)鍵技術(shù)。許多工序必須在恒溫、恒濕、超潔凈的無塵廠房內(nèi)完成。目前興建一個(gè)有兩條生產(chǎn)線能加工8英寸晶圓的集成電路工廠需投資人民幣10億元以上。(3)集成電路的發(fā)展趨勢(shì)集成電路的工作速度主要取決于晶體管的尺寸。晶體管的尺寸越小，其極限工作頻率越高，門電路的開關(guān)速度就越快，相同面積的晶片可容納的晶體管數(shù)目就越多。芯片上電路元件的線條越細(xì)，相同面積的晶片可容納的晶體管就越多，功能就越強(qiáng)，速度也越快。所以從集成電路問世以來，人們就一直在縮小晶體管、電阻、電容、連接線的尺寸上下功夫。IC集成度提高的規(guī)律Moore定律：單塊集成電路的集成度平均每18-24個(gè)月翻一番(GordonE.Moore,1965年)19701975198019851990199520001,00010,000100,0001,000,00010,000,000100,000,0004004800880808086802868038680486PentiumPentiumIIPentiumIIIPentium4晶體管數(shù)例：Intel微處理器集成度的發(fā)展安騰Itanium2（2002） 221M晶體管安騰雙核Itanium2Dual-Core（2006） 1.7B

晶體管集成電路技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)目前集成電路生產(chǎn)的主流技術(shù)：

12吋晶圓、0.18微米工藝，并正在向14吋晶圓、0.09微米工藝過渡

IntelP4：已采用0.13μm工藝制造生產(chǎn)

IntelP46XX：已采用0.09μm工藝制造生產(chǎn)

1（μm微米）＝1/1,000,000（米）美國半導(dǎo)體協(xié)會(huì)(SIA)預(yù)測(cè)，到2010年將能達(dá)到18吋晶圓和0.07～0.05微米的工藝。在未來十年時(shí)間里，集成電路的技術(shù)還將繼續(xù)遵循Moore定律得到進(jìn)一步的發(fā)展進(jìn)一步提高集成度的問題與出路問題：線寬進(jìn)一步縮小后，晶體管線條小到納米級(jí)時(shí)，其電流微弱到僅有幾十個(gè)甚至幾個(gè)電子流動(dòng)，晶體管將逼近其物理極限而無法正常工作出路：在納米尺寸下，納米結(jié)構(gòu)會(huì)表現(xiàn)出一些新的量子現(xiàn)象和效應(yīng)，人們正在利用這些量子效應(yīng)研制具有全新功能的量子器件，使能開發(fā)出新的納米芯片和量子計(jì)算機(jī)同時(shí)，正在研究將光作為信息的載體，發(fā)展光子學(xué)，研制集成光路，或把電子與光子并用，實(shí)現(xiàn)光電子集成

(4)IC卡簡介幾乎每個(gè)人每天都與IC卡打交道，例如我們的身份證、手機(jī)SIM卡、交通卡、飯卡等等，什么是IC卡？它有哪些類型和用途？工作原理大致是怎樣的？下面是簡單介紹。什么是IC卡？IC卡(chipcard、smartcard)，又稱為集成電路卡，它是把集成電路芯片密封在塑料卡基片內(nèi)，使其成為能存儲(chǔ)信息、處理和傳遞數(shù)據(jù)的載體特點(diǎn)：存儲(chǔ)信息量大保密性能強(qiáng)可以防止偽造和竊用抗干擾能力強(qiáng)可靠性高應(yīng)用舉例：作為電子證件，記錄持卡人的信息，用作身份識(shí)別（如身份證、考勤卡、醫(yī)療卡、住房卡等）作為電子錢包（如電話卡、公交卡、加油卡等）IC卡的類型(按芯片分類)存儲(chǔ)器卡：封裝的集成電路為存儲(chǔ)器，信息可長期保存，也可通過讀卡器改寫。結(jié)構(gòu)簡單，使用方便。用于安全性要求不高的場合，如電話卡、水電費(fèi)卡、公交卡、醫(yī)療卡等 （帶加密邏輯的存儲(chǔ)器卡增加了加密電路）CPU卡：封裝的集成電路為中央處理器（CPU）和存儲(chǔ)器，還配有操作系統(tǒng)(ChipOperatingSystem)，處理能力強(qiáng)，保密性更好，常用作證件和信用卡使用。手機(jī)中使用的SIM卡就是一種特殊的CPU卡。IC卡的類型(按使用方式分類)接觸式IC卡(如電話IC卡)表面有方型鍍金接口，共8個(gè)或6個(gè)鍍金觸點(diǎn)。使用時(shí)必須將IC卡插入讀卡機(jī)，通過金屬觸點(diǎn)傳輸數(shù)據(jù)。用于信息量大、讀寫操作比較復(fù)雜的場合,但易磨損、怕臟、壽命短非接觸式IC卡(射頻卡、感應(yīng)卡)采用電磁感應(yīng)方式無線傳輸數(shù)據(jù)，解決了無源（卡中無電源）和免接觸問題操作方便，快捷，采用全密封膠固化，防水、防污，使用壽命長用于讀寫信息較簡單的場合，如身份驗(yàn)證等

接觸式IC卡接觸式IC卡的結(jié)構(gòu)非接觸式IC卡非接觸式IC卡在身份證中的使用第二代身份證