备用12和13节微电子技术与通信技术

本文由王小芳627贡献ppt文档可能在WAP端浏览体验不佳。建议您优先选择TXT，或下载源文件到本机查看。第1.2和1.3节和节微电子技术与通信技术电子信息技术现代信息技术的特点：现代信息技术的特点：的特点子技术：–采用电(光)子技术：采用电采用–以计算机为基础（computer_based）为基础（以计算机为基础computer_based）–以软件为核心（software_centric）为核心（以软件为核心software_centric）?现代信息技术领域：现代信息技术领域：–微电子、通信、广播、计算机、微电子、微电子通信、广播、计算机、遥感遥测、自动控制、遥感遥测、自动控制、机器人等马虎成1信息技术三大基础技术信息技术三大基础技术1.微电子技术微电子技术技术集成电路集成电路2.通信技术通信系统通信技术通信系统3.计算机技术计算机技术技术数字技术数字技术马虎成21.2微电子技术1.2.1微电子技术与集成电路微电子技术：微电子技术：集成电路为核心的微电子技术是在电子电以集成电路为核心的微电子技术是在电子电路和系统的超小型化微型化过程中逐渐形成和超小型化和路和系统的超小型化和微型化过程中逐渐形成和发展起来的。发展起来的。马虎成3电子电路使用的基础元件的演变:电子电路使用的基础元件的演变:元件的演变真空电子管晶体管中小规模集成电路大规模超大规模集成电路马虎成4电子电路使用的基础元件的演变真空电子管在这个阶段产生了广播、在这个阶段产生了广播、电无线电通信、仪器仪表、视、无线电通信、仪器仪表、自动化技术和第一代第一代电子计算机动化技术和第一代电子计算机?晶体管1948年发明，再加上印制年发明，年发明电路组装技术的使用，电路组装技术的使用，使电子电路在小型化方面前进了一大步，路在小型化方面前进了一大步，产生了第二代第二代计算机产生了第二代计算机马虎成5电子电路使用的基础元件的演变集成电路(Integrated?集成电路Circuit，简称：，简称IC)：这是20世纪年代出现这是世纪50年代出现，世纪年代出现，半导体单晶片作为材料作为材料，以半导体单晶片作为材料，经平面工艺加工制造，大量晶体管、面工艺加工制造，将大量晶体管、电阻等元器件及互连线构成的电电阻等元器件及互连线构成的电子线路集成在基片上，子线路集成在基片上，构成的一小规模集成电路微型化的电路或系统。个微型化的电路或系统。现代集成电路使用的半导体材料通常是硅体材料通常是硅(Si)，也可以是，化合物半导体如砷化镓如砷化镓(GaAs)化合物半导体如砷化镓等。集成电路的特点特点是体积小，集成电路的特点是：体积小，重量轻，可靠性高。重量轻，可靠性高。超大规模集成电路马虎成6集成电路的规模根据所包含的晶体管数目分为：根据所包含的晶体管数目分为：集成电路规模小规模集成电路（SSI）规模集成电路（）中规模集成电路（MSI）规模集成电路（）大规模集成电路（LSI）规模集成电路（）超大规模集成电路（超大规模集成电路（VLSI）规模集成电路）极大规模集成电路（极大规模集成电路（ULSI）规模集成电路）马虎成集成度（个电子元件）集成度（个电子元件）＜100100~30003000~10万万10万~100万万万＞100万万7集成电路分类根据所用晶体管结构电路和工艺分为所用晶体管结构、分为：?根据所用晶体管结构、电路和工艺分为：双极型（双极型（Bipolar）集成电路）金属-氧化物-半导体(MOS)集成电路金属-氧化物-半导体双极－金属-氧化物-半导体集成电路集成电路(双极－金属-氧化物-半导体集成电路(Bi-MOS)等等?根据集成电路的功能分为：根据集成电路的功能分为：集成电路的功能分为数字集成电路如逻辑电路、存储器、微处理器、集成电路(如逻辑电路数字集成电路如逻辑电路、存储器、微处理器、微控制器、数字信号处理器等)微控制器、数字信号处理器等模拟集成电路又称为线性电路，如信号放大器、集成电路(又称为线性电路模拟集成电路又称为线性电路，如信号放大器、功率放大器等)功率放大器等?根据用途分为：根据用途分为：用途分为通用集成电路通用集成电路专用集成电路集成电路（专用集成电路（ASIC））马虎成8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，它们是集成电路芯片是微电子技术的结晶集成电路芯片是微电子技术的结晶，计算机的核心。计算机的核心。马虎成9微电子技术与集成电路集成电路是现代信息产业和信息社会的基础集成电路是现代信息产业和信息社会的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集成电路是改造和提升传统产业的核心技术是改造和提升传统产业的2000年世界半导体产值达年世界半导体产值达2000亿美元亿美元年世界半导体产值达电子信息产品市场总额超过1万亿美元电子信息产品市场总额超过万亿美元?据预测：未来十年内世界半导体的年平均增长据预测：率将达15%以上，2010年全世界半导体的年以上，率将达以上年全世界半导体的年销售额可达到6000~8000亿美元，将支持亿美元，销售额可达到亿美元将支持4~5万亿美元的电子装备市场。万亿美元的电子装备市场。马虎成10集成电路的制造集成电路的制造：集成电路的制造：400多道工序多道工序硅平面工艺硅衬底晶圆剔除、分类剔除、芯片封装集成电路成品测试成品马虎成11集成电路的发展趋势集成电路的工作速度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晶体管的尺寸，主要取决于组成逻辑门电路的晶体管的尺寸，晶体管的尺寸越小，其极限工作频率越高，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。芯片上电路元件的线电路的开关速度就越快。芯片上电路元件的线越细，条越细，相同面积的晶片可容纳的晶体管就越多，功能就越强，速度也越快。功能就越强，速度也越快。马虎成12集成电路的发展趋势提高集成度，关键在缩小门电路面积提高集成度，?集成电路特点：体积小、重量轻、可靠性高集成电路特点：体积小、重量轻、?Moore定律Moore定律单块集成电路的集成度平均每18～个月个月翻一单块集成电路的集成度平均每～24个月翻一番——GordonE.Moore,1965年GordonE.Moore,1965年Intel公司创始人Intel公司创始人马虎成13集成电路的发展趋势Intel公司年来微处理器集成度的发展公司30年来微处理器集成度的发展公司晶体管数Pentium4PentiumIII10,000,000100,000,000PentiumIIPentium1,000,000803868028680486100,000808680808008400410,0001,0001970197519801985马虎成19901995200014小插曲让我们先来简单了解一下英特尔在微处理器的历史。事实上，英特尔的第一款微处理器4004仅仅集成了2300个晶体管，而到今天，酷睿?2双核处理器在143平方毫米的硅核尺寸上却拥有了超过2.91亿个晶体管，平均每平方毫米近200万个晶体管如果我们用一元硬币来代表酷睿?2双核处理器上的每个晶体管会是一个什么样子？哈哈，告诉你，如果把硬币一个一个叠起来，整个高度将达到457公里！如果把这些硬币一个挨一个的平铺开呢？知道吗？这段距离可是比北京到拉萨（3100公里）的距离还要长。?假如我们用一粒米来代表酷睿?2双核处理器里的晶体管呢？可以先做这样一个假设，一碗米饭为45克，一粒米是0.03克，也就是说每碗米饭有1500粒米，那么，这个时候，代表着酷睿?2双核处理器里的晶体管的这些米粒，就已经足够供给萨摩亚群岛上所有的17.7万居民每人一碗米饭！马虎成15集成电路技术的发展趋势年度（年度（年）工艺(m)工艺(μm)晶体管(晶体管(M)时钟频率(时钟频率(GHz)面积(面积(mm2)连线层数晶圆直径(mm晶圆直径mm)mm引脚数目功耗（功耗（w）19990.1823.81.2340630070090马虎成20010.1347.61.6340730020040.091352.0390835095713020080.065392.655468940020140.01435001090110450335018316集成电路的发展趋势目前集成电路生产的主流技术：目前集成电路生产的主流技术：12吋晶圆、0.18微米工艺，并正在向14吋晶圆、吋晶圆、微米工艺，14吋晶圆吋晶圆微米工艺并正在向14吋晶圆、09微米工艺过渡0.09微米工艺过渡IntelP4：已采用0.13μm工艺制造生产已采用013μm工艺制造生产μm?AMD：有采用0.13μm工艺制造生产的CPUAMD：有采用013μm工艺制造生产的CPUμm工艺制造生产的?1（μm微米）＝1/1,000,000（米）μm微米）＝1/1,000,000（微米?美国半导体协会(SIA)预测，到2010年将能达到美国半导体协会(SIA)预测，2010年将能达到(SIA)预测18吋晶圆和0.07～0.05微米的工艺吋晶圆和0.07微米的工艺。18吋晶圆和0.07～0.05微米的工艺。在未来十年时间里，集成电路的技术还将继续遵循Moore年时间里，集成电路的技术还将继续遵循Moore定律得到进一步的发展马虎成17集成电路的发展趋势光子计算机光能够像电一样来传递信息，光能够像电一样来传递信息，甚至效果更而且，好。而且，更重要的一个特点在于它不会和周围环境发生相互干扰的作用。围环境发生相互干扰的作用。因为当电子计算机芯片越来越趋向于0.18μm0.18μm时机芯片越来越趋向于0.18μm时，就会产生很多的问题,而光子计算机就可以避免。的问题,而光子计算机就可以避免。光子计算机是一种由光信号进行数字运算、逻辑操作、算机是一种由光信号进行数字运算、逻辑操作、信息存贮和处理的新型计算机。它由激光器、信息存贮和处理的新型计算机。它由激光器、光学反射镜、透镜、光学反射镜、透镜、滤波器等光学元件和设备构成，构成，靠激光束进入反射镜和透镜组成的阵列进行信息处理，以光子代替电子，进行信息处理，以光子代替电子，光运算代替电运算。光的并行、高速，电运算。光的并行、高速，天然地决定了光子计算机的并行处理能力很强，计算机的并行处理能力很强，具有超高运算速度。光子计算机还具有与人脑相似的容错性，光子计算机还具有与人脑相似的容错性，系统中某一元件损坏或出错时，系统中某一元件损坏或出错时，并不影响最终的计算结果。的计算结果。光子在光介质中传输所造成的信息畸变和失真极小，光传输、息畸变和失真极小，光传输、转换时能量消耗和散发热量极低，和散发热量极低，对环境条件的要求比电子计算机低得多。算机低得多。马虎成18集成电路的发展趋势量子计算机这是运用量子力学来设计的，量子力学来设计的这是运用量子力学来设计的，它们的特点是其潜在的运算速度将更大于电子计算机。从理论上说，更大于电子计算机。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，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，难完成的任务，比如说完成密码的破译和语音的识别等等。因此，破译和语音的识别等等。因此，欧洲已经成立了量子计算机研究所，洲已经成立了量子计算机研究所，现在估计，现在估计，量子计算机可能会在今后的十五年左右出现。后的十五年左右出现。马虎成图为一种可瞬间进行图像数据计算的光电计算机19集成电路的发展趋势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，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。近了。这种技术将会导致只需要利用立体和光线就能够产生新的、新的、甚至能够思考的计算机来解决目前晶体管的物理局限，来解决目前晶体管的物理局限，使得未来的计算机的功能大大的增加，尺寸大大的缩小。的增加，尺寸大大的缩小。马虎成20集成电路的发展趋势生物计算机实际上就是随着生物技术的发展，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。基因学