集成电路发展史

集成电路发展史
集成电路发展史

集成电路对一般人来说也许会有陌生感,但其实我们和它打交道的机会很多。计算机、电视机、手机、网站、取款机等等,数不胜数。除此之外在航空航天、星际飞行、医疗卫生、交通运输、武器装备等许多领域,几乎都离不开集成电路的应用,当今世界,说它无孔不入并不过分。在当今这信息化的社会中,集成电路已成为各行各业实现信息化、智能化的基础。 无论是在军事还是民用上,它已起着不可替代的作用。

1、集成电路概述

所谓集成电路(IC) ,就是在一块极小的硅单晶片上,利用半导体工艺制作上许多晶体二极管、三极管及电阻、电容等元件,并连接成完成特定电子技术功能的电子电路。从外观上看,它已成为一个不可分割的完整器件,集成电路在体积、重量、耗电、寿命、可靠性及电性能方面远远优于晶体管元件组成的电路,目前为止已广泛应用于电子设备、仪器仪表及电视机、录像机等电子设备中。

2、集成电路发展及其影响

集成电路的发展经历了一个漫长的过程,以下以时间顺序,简述一下它的发展过程。1906年, 第一个电子管诞生;1912年前后, 电子管的制作日趋成熟引发了无线电技术的发展;1918年前后,逐步发现了半导体材料;1920年,发现半导体材料所具有的光敏特性;1932年前后,运用量子学说建立了能带理论研究半导体现象;1956年,硅台面晶体管问世;1960年12月,世界上第一块硅集成电路制造成功;1966年, 美国贝尔实验室使用比较完善的硅外延平面工艺制造成第一 块公认的大规模 集成电路。

1988年:16M DRAM问世,1平方厘米大小的硅片上集成有3500万个晶体管,标志着进入超大规模集成电路阶段的更高阶段。1997年:300MHz奔腾I问世,采用0.25μm工艺,奔腾系列芯片的推出让计算机的发展如虎添翼,发展速度让人惊叹。2009年:intel酷睿i系列全新推出,创纪录采用了领先的32纳米工艺,并且下一代22纳米工艺正在研发。集成电路制作工艺的日益成熟和各集成电路厂商的不断竞争,使集成电路发挥了它更大的功能,更好的服务于社会。

3、集成电路的前奏一电子管、 晶体管

电子管:是一种在气密性封闭容器中产生电流传导,利用电场对真空中的电子流的作用以获得信号放大或振荡的电子器件。由于电子管体积大、功耗大、发热厉害、寿命短、电源利用效率低、结构脆弱而且需要高压电源的缺点,很快就不适合发展的需求,被淘汰的命运就没躲过。

晶体管:是一种固体半导体器件,可以用于检波、整流、放大、开关、稳压、信号调制和许多其它功能。晶体管很快就成为计算机“理想的神经细胞”,从而得到广泛的使用。虽然晶体管的功能比电子管大了很多,但由于电子信息技术的发展,晶体管也越来越不适合科技的发展,随之出现的就是能力更强的集成电路了。

4、集成电路的诞生

几根零乱的电线将五个电子元件连接在一起,就形成了历史上第一个集成电路。 虽然它看起来并不美观,但事实证明,其工作效能要比使用离散的部件要高得多。历史上第一个集成电路出自杰克基尔比之手。当时,晶体管的发明弥补了电子管的不足,但工程师们很快又遇到了新的麻烦。为了制作和使用电子电路,工程师不得不自手工组装和连接各种分立元件,如晶体管、二极管、电容器等。在20世纪50年代,许多工程师都想到了这种集成电路的概念。美国仙童公司联合创始人罗伯特诺伊斯就是其中之一。

在基尔比研制出第一块可使用的集成电路后,诺伊斯提出了一种“半导体设备与铅结构”模型。1960年, 仙童公司制造出第一块可以实际使用的单片集成电路。 诺伊斯的方案最终成为集成电路大规模生产中的实用技术。基尔比和诺伊斯都被授予“美国国家科学奖章”。他们被公认为集成电路共同发明者。

以后,随着集成电路芯片封装技术的应用,解决了集成电路免受外力或环境因素导致的破坏的问题。集成电路芯片封装是指利用膜技术及微细加工技术,将芯片及其他重要要素在框架或基板上布置、粘贴固定及连接,引出接线端子并通过可塑性绝缘介质灌封固定,构成整体立体结构的工艺。这样按电子设备整机要求机型连接和装配,实现电子的、物理的功能,使之转变为适用于整机或系统的形式,就大大加速了集成电路工艺的发展。

随着电子技术的继续发展,超大规模集成电路应运而生。1967年出现了大规模集成电路,集成度迅速提高; 1977年超大规模集成电路面世,一个硅晶片中已经可以集成15万个以上的晶体管; 1988年,16M DRAM问世,1平方厘米大小的硅片,上集成有3500万个晶体管,标志着进入超大规模集成电路(VLSI) 阶段;1997年,300MHz奔腾I问世,采用0.25μm工艺,奔腾系列芯片的推出让计算机的发展如虎添翼,发展速度让人惊叹,至此,超大规模集成电路的发展又到了一个新的高度。

2009年, intel酷睿i系列全新推出,创纪录采用了领先的32纳米工艺,并且下一代22纳米工艺正在研发。集成电路的集成度从小规模到大规模、再到超大规模的迅速发展,关键就在于集成电路的布图设计水平的迅速提高,集成电路的布图设计由此而日益复杂而精密。这些技术的发展,使得集成电路的发展进入了一个新的发展的里程碑。相信随着科技的发展,集成电路还会有更高的发展。

中国的集成电路产业起步于20世纪60年代中期,1976年,中国科学院计算机研究所研制成功1000万次大型电子计算机所使用的电路为中国科学院109厂研制的ECL型电路;1986年,电子部提出”七五” 期间,我国集成电路技术“531″发展战略,即推进5微米技术,开发3微米技术,进行1微米技术科技攻关; 1995年, 电子部提出”九五”集成电路发展战略:以市场为导向,以CAD为突破口,产学研用相结合以我为主,开展国际合作,强化投资:在2003年,中国半导体占世界半导体销售额的9%,电子市场达到860亿元,中国成为世界第二大半导体市场,中国中高技术产品的需求将成为国民经济新的增长动力。到现在已经初具规模,形成了产品设计、芯片制造、电路封装共同发展的态势。我们相信,随着我国经济的发展和对集成电路的重视程度的提高,我国集成电路事业也会有更大的发展!

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