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微电子技术概述

2019-08-03 20:09 来源: 震仪

  微电子技术概述._企业管理_经管营销_专业资料。第八章 微电子技术与计算机 微电子技术概念 1、微电子技术----是指以集成电路为代表的制造、 使用微小型电子元件、器件和电路,实现电子系统功 能的技术。 微电子技术的核心是集成电路技术。 2、集

  第八章 微电子技术与计算机 微电子技术概念 1、微电子技术----是指以集成电路为代表的制造、 使用微小型电子元件、器件和电路,实现电子系统功 能的技术。 微电子技术的核心是集成电路技术。 2、集成电路----是以半导体晶体材料为基片,经 过专门的工艺技术,把电路的器件和连线集成在基片 上的微小型化的电路系统。 集成电路常用硅做成,所以,集成电路也叫做硅芯片 或芯片。 集成电路的性能指标 1、集成度----是指在一定尺寸的芯片上所容纳的晶体 管的个数。 小规模集成电路----集成度不到100个晶体管。 中规模集成电路----集成度在100—1000之间。 大规模集成电路----集成度在1000----10万之间。 超大规模集成电路----集成度在10万以上。 2、门延迟时间----反映集成电路的运行时间。 (1)使电子设备微型化。 (2)稳定性好、功耗低。 (3)物美价廉、体积小、重量轻。 集成电路的 特点 半导体生产工艺的特殊性 高清洁度 : 每立方米空气中大于0.5微米的灰尘颗 粒少于3500个。 高精度:光刻线微米。 高纯度:整个工艺过程皆采用高纯度(99.999﹪)的 化学药品和水。 集成电路的生产制作过程 (1)制作晶片: 硅片 高纯度 单晶硅 厚0.5mm 清洗、抛光 晶片 划分 芯片 (2)氧化、离子注入 在硅片表面上通过氧化作用,在1000℃的温度下,形成二氧化硅 层,可作掩模、绝缘层和钝化层。 氧化膜中会有少量的负电荷,注入正离子,以中和这些负电荷。 (3)制作元件 将设计好的电路按工艺先后制成一个个的掩模,经过照相缩小成 与芯片大小的光刻掩模版,再把掩模版上的图形用紫外线照射的方法 复制到芯片上----即光刻。 (4)制作连线 先将铝在真空中溶化、蒸发,将晶片在铝蒸汽中镀上一 层1um厚的薄膜,再经过光刻和腐蚀把薄膜的大部分去掉, 留下连线)封装 最后再经过检验、切片、封装、焊接芯片的接角,集成 电路就制成了。 集成电路设计的目的就是制备掩模图案。虽然这些工作 目前全部由计算机辅助设计完成,但仍需大量的人力和时间。 故掩模版的制作成本很高。集成电路行业是一个高成本、高 产出、高回报的行业。 直径为15厘 米的硅片 价值几美元 提纯 单晶硅片 加工 集成电路 价值240美元 价值30美元 检测、封装 最终产品 价值可达700美元 当前芯片技术的最高水平 目前,世界上最高水平的单片集成电路芯片上所容纳的 元器件数量已经达到80多亿个。 目前,集成电路的超细微加工国际水平已经达到130~90 纳米,实验室中70纳米的技术已经通过考核;我国05年在北 京建成投产的“中芯国际”,已进入130纳米。我国微电子集 成电路的生产水平同国际上的差距已经缩短到1~2代。 预计2022年,集成电路的线纳米,这是硅集 成电路的“物理极限”。随着纳米加工技术的发展,这一极 限将进一步缩小,但总有一天,硅电子技术会走到尽头。 (MOS) 返回 集成电路标准封装外形图 微电子技术的发展前景 1、量子功能元件 目前,超细微加工的尺寸正向 0.1um(100nm)前进, 这是超大规模集成电路的极限尺寸,小于这个尺寸,即进入纳 米尺寸(1—100nm)。半导体器件的工作原理将发生根本改 变,进入量子功能器件阶段。 2、三维集成电路——向空间发展,形成立体结构。 3、砷化镓微电子技术——以砷化镓取代硅。 4、光电子技术——以光为信息载体,与硅片上的集成电路结 合,形成光电集成。是集成电路追求高速度的产物。 5、超导电子技术 是集成电路追求低功耗、高速度的产物。 计算机的发展史 计算机是由计算器发展而来,算盘是 我国汉代发明明代成熟的,它属于最早是 计算器,人们现在大都把第一台机械计算 机的荣誉归功于法国的帕斯卡,1642年19 岁时,他发明了“加法器”。1674年莱布 尼茨造出一台更完善的机械计算机“乘法 器”。1700年左右,莱布尼茨从一位友人 送给他的中国“易图”(八卦)里受到启 发,提出了二进制的运算法则,为现代计 算机理论打下基础。第一台程序控制的计 算机是英国剑桥大学科学家巴贝奇于1822 年完成的。 帕斯卡 巴 贝 奇 ENIAC诞生 1946年2月14日美国宾夕法尼 亚大学制造了第一台电子计 算机ENIAC。这是由美国阿 贝丁试炮场军官戈德斯坦组 织的,发挥主要作用的是莫 尔学院的莫契利和埃克特。 莫契利和埃克特 电子计算机之父 冯· 诺依曼提出了现代电脑的 体系结构。1945年6月, 冯· 诺依曼与戈德斯坦、勃 克斯等人,联名发表了计算 机史上著名的“101页报 告”,被认为是现代电脑科 学发展里程碑式的文献。报 告明确规定出计算机的五大 部件(运算器、控制器、存 储器、输入/输出设备),并 用二进制替代十进制运算。 晶体管 肖克利 1947年贝尔实验室布拉顿(W. Brattain)和巴丁 (J.Bardeen)用一些金箔、一些半导体材料和一 个弯曲的别针展示了他们的新发现,数字化革命诞 生了。在晶体管发明过程中起到最关键作用的肖克 利(W.Shockley)。 晶体管之父----肖克利 20世纪最伟大科学家之一的肖克 利因为发明了晶体管,被誉为“晶体 管之父”,并因此和他的研究小组成 员巴丁和布拉坦分享了1956年的诺贝 尔物理学奖。他的另一个伟大成就在 于在硅谷创办了肖克利半导体实验室, 为硅谷吸引了大量的人才和关注,被 誉为“硅谷的摩西”。然而,由于不 善经营管理和难以与人相处,这个科 学天才的八位杰出弟子最终弃他而去, 成为硅谷历史上著名的“八叛逆”。 半导体材料 1833年,英国巴拉迪最先发现硫化银的 电阻随着温度的上升而降低。这是半导体现 象的首次发现。1839年法国的贝克莱尔发现 半导体和电解质接触形成的结,在光照下会 产生一个

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