微电子产业概述

第1章——为什么叫微电子？微电子到底有何玄妙？微电子产业介绍推荐书目纽约哥伦比亚大学获得应用物理学博士美国佐治亚理工学院电子和计算机工程专业的拜尔斯讲席教授约翰·D·雷克斯勒专著上海世纪出版集团《硅星球(微电子学与纳米技术革命)》推荐书目北京大学出版社张兴、黄如、刘晓彦（北大用书）电子工业出版社郝跃等（西电用书）推荐资源•芯榜•摩尔芯闻•中国半导体论坛•摩尔精英半导体招聘•中国半导体论坛•国际电子商情•大半导体产业网•中国电子网微信公众号技术资料网址微电子的尺度微电子与集成电路微电子产业发展目录主要内容IDEA一、微电子的尺度微电子的新闻你到底看懂多少？一、微电子的尺度新闻2：10nm移动旗舰！Inteli7-8559U曝光：四核心/频率2.7GHz新闻1：台积电南京项目是在台联电、力晶之后，台企在大陆设立的第三个12吋晶圆厂，包含工厂和设计服务中心。其中，晶圆厂规划月产能为2万片的12吋晶圆，预计在2018年的下半年正式投产16nm制程，将在2019年达到预定的产能。1厘米=0.39370078740157英寸1英寸（吋）=2.54厘米12吋=12英寸=12×2.54≈300毫米8吋=8英寸=8×2.54≈200毫米[明]魏学洢作《核舟记》：舟首尾长约八分有奇，高可二黍许。中轩敞者为舱，箬篷覆之。旁开小窗，左右各四，共八扇。启窗而观，雕栏相望焉。闭之，则右刻“山高月小，水落石出”，左刻“清风徐来，水波不兴”，石青糁之。（2.9cm×2cm)2014年11月16日，英国艺术家乔恩迪·赫维茨（JontyHurwitz）利用3D打印技术，历时10个月创造出一系列大小仅相当于人类头发丝宽度一半的微雕人像。这些微雕可被放在蚂蚁头上，或放在缝衣针的针孔上。赫维茨的微雕称为“纳米雕塑”，共有7个，赫维茨用10个月时间设计、雕刻，最终在用于检查癌细胞的显微镜下呈现出这些夺目的艺术品。显微镜下放大150倍的集成电路内部图（微米级）微电子工业就是用微米级、纳米级的加工技术，生产出来各种各样的半导体分立器件和集成电路。微电子工业就是用微米级、纳米级的加工技术，生产出来各种各样的半导体分立器件和集成电路。纳米级的医用和军用产品微电子纳电子微纳电子微米尺寸的电子电路技术纳米尺寸的电子电路技术统称微电子1毫米=1000微米=1000000纳米不同直径的晶圆圆片电路板上布满各种功能的集成电路集成电路怎样制成的芯片制造的过程就如同盖房子，先有晶圆作为地基，再层层往上叠的芯片制造流程后，就可产出必要的IC芯片。在IC生产流程中，IC多由专业IC设计公司进行规划、设计，像是联发科、高通、Intel等知名大厂，都自行设计各自的IC芯片，提供不同规格、效能的芯片给下游厂商选择。因为IC是由各厂自行设计，所以IC设计十分仰赖工程师的技术，工程师的素质影响着一家企业的价值。IDEA二、微电子与集成电路微电子的发展史微电子学发展简史——理论准备•1833年英国物理学家法拉第(MichaeFaraday）发现氧化银的电阻率随温度升高而增加•1873年英国物理学家施密斯(W.Smith)发现的晶体硒在光照射下电阻变小的光电导效应•1877年英国物理学家亚当斯(W.G.Adams)发现的晶体硒和金属接触在光照射下产电动势的半导体光生伏特效应•1906年美国物理学家皮尔逊(GeorgeWashingPierce)等人发现金属与硅晶体接触产生整流作用的半导体整流效应•1911年“半导体”(semiconductor)这一术语首次在德国的一篇科技文献被提出微电子学发展简史——通信发展需求•1837年，惠斯通发明电报系统原型，莫尔斯发明莫尔斯码，1844年发了第一份电报•空间电信技术发展促使有线电话转为无线电通信•电子真空管、整流器、调制与解调、正负反馈技术催生出固体器件研究•不得不提的来自二战的雷达•1946年1月贝尔实验室成立固体物理研究小组三位科学家W.Shockley（中）、J.Bardeen（左）和W.Brattain（右）人类历史上第一个晶体管两获诺贝尔物理学奖的巴丁先生巴丁，1908年生于美国，16岁考上大学，特别喜欢物理。早年他和另外两名科学家肖克莱和布拉坦一起，共同研究半导体锗和硅的物理性质。在一次实验中，他在锗晶体上放置了一枚固定针和一枚探针，利用加上负电压的探针来检查固定针附近的电位分布。当巴丁将探针向固定针靠近到0.05毫米处时，突然发现，改变流过探针的电流能极大地影响流过固定针的电流。这一意外的发现，使他们意识到这个装置可以起放大作用。于是三人通力合作，经过反复研制，终于在1947年发明了一种新的半导体器件，这就是晶体管。这一成果立刻轰动了电子学界，巴丁等被称为电子技术革命的杰出代表。由于这一贡献,巴丁和肖克莱、布拉克一起获得了1956年度诺贝尔物理学奖。在获奖的那一年，巴丁又开始向另一个科学高峰——超导理论攀登。超导现象是指一些导体的电阻在温度下降接近绝对零度时会突然消失，成为没有电阻的超导体。当时，超导现象是科学上的难题，巴丁与中年教师库柏、研究生施里弗共同攻关。经过多年探索，终于建立了超导理论。为了纪念他们三人的杰出贡献，后来称超导理论为BCS理论(由三人姓名的第一个字母组成)，他们三人又共同获得1972年度诺贝尔物理学奖。三人合作搞科研还被科学界称为老中青三代各献所长共同合作的典范。巴丁在同一领域(固体物理)前后两次获得诺贝尔奖，这在历史上还是第一次。八叛逆在仙童半导体公司左起：戈登·摩尔、谢尔顿·罗伯茨、尤金·克莱尔、罗伯特·诺伊斯、维克多·格里尼克、朱利亚斯·布兰克、金·赫尔尼和杰·拉斯特Intel创始人，曾经的仙童三杰：罗伯特·罗伊斯、戈登·摩尔、安迪·格罗夫JackKilby’sfirstIntegratedCircuits(IC)oftheworld集成电路更先进的方案EarlyFairchildresistortransistorlogicintegratedcircuit.裸片0.35umCMOS工艺的多层互联线封装，成品摩尔定律(Moore’sLaw)ThenumberofcomponentsperICdoublesevery18months.（集成电路上的元件数每18个月翻一番，或者说每3年翻两番）Intel的CPU验证摩尔定律Intel4004Micro-Processorby1971the4004thefirst4-bitmicroprocessorwasinproduction.The4004wasa3chipsetwitha2kbitROMchip,a320bitRAMchipandthe4bitprocessoreachhousedina16pinDIPpackage.The4004processorrequiredroughly2,300transistorstoimplement,usedasilicongatePMOSprocesswith10µmlinewidths,hada108KHzclockspeedandadiesizeof13.5mm2.IntelPentium(II)IDEA三、微电子产业发展点石成金的产业同等质量的芯片价值几乎等于同等质量的黄金2010年12月黄金价格为每克349元，用硅材料制成的8G内存芯片质量约为1克，售价388元（含封装）。芯片产业具有很强的辐射带动能力。据国际货币基金组织测算：芯片每1美元的产值可带动相关电子信息产业10美元产值，带来100美元的GDP。三种模式的芯片供应商•IDM（IntegratedDesignandManufacturer），指的是从设计到生产制造都包揽的模式，之前业内的大公司一般都是典型的IDM厂商,如Intel、三星•Foundry即半导体芯片生产加工厂商，俗称“代工厂”,专注于制造•Fabless即没有自己生产线的IC设计公司。专注于设计。•由于半导体芯片工艺更新换代和维护的成本和压力太大，众多IDM厂商已纷纷放弃Foundry的运营，转向Fabless模式或介于两者之间的Fablite模式，即“轻晶圆”模式，如Freescale（前身摩托罗拉半导体部门）、NXP（飞利浦半导体部门）、Infineon（西门子半导体部门）等。只有模拟IC由于其设计过程和性能与工艺关系密切，还有较多IDM公司保留自己的生产线。而在数字IC方面，大部分公司都已转向Fabless模式，Foundry份额也逐渐集中到少数几家之中，目前主要的“纯制造”厂家（pureplayfoundry）只有TSMC、GlobalFoundries、UMC、SMIC这几家。显然，很多纯设计的IC公司没办法也不需要接触到IC的生产流程。因此，如今业内谈到IC设计时，多数是指Fabless模式，特别是数字IC设计。我国为什么要发展微电子？经济原因政治原因军事原因关键技术被西方层层封锁卫星、核弹、北斗、导弹、战机、核电无一不大量使用着芯片中国集成电路芯片进口金额超过石油•根据工信部和海关总署数据，2017年1-10月，集成电路产品进口金额高达2071.9亿美元，同比上涨14.5%，是同期原油进口额的1.57倍。原油同期进口额为1315.01亿美元。•大基金二期呼之欲出中国集成电路制造地区分布长江三角洲珠江三角洲环渤海湾地区7个国家级集成电路设计产业化基地北京无锡上海杭州深圳西安成都•在中国确定的七个IC设计产业化基地中，上海、无锡、杭州就占去三个名额。这就意味着，以上海为重心的长三角地区无疑是中国大陆IC设计力量最为集中的地区。完备的产业链无疑是沪锡杭三地最大的优势所在。•经过多年的发展，长三角的IC产业链已基本形成，这包括以中芯国际、台积电、上海宏力、苏州和舰等企业为代表的晶圆代工企业；以上海华虹、杭州士兰、上海展讯为代表的IC设计企业；以上海Intel、江苏长电、南通富士通等为代表的封装测试企业。清华大学东南大学复旦大学浙江大学华中科技大学西安交大电子科技大学北京大学上海交大9个国家集成电路设计人才培养基地