半導(dǎo)體基礎(chǔ)知識(shí)與發(fā)展概況介紹

1、半導(dǎo)體基礎(chǔ)知識(shí)與發(fā)展概況介紹半導(dǎo)體基礎(chǔ)知識(shí)與發(fā)展概況介紹硅石時(shí)代硅石時(shí)代硅器時(shí)代歷史學(xué)家將歷史學(xué)家將20萬年分為萬年分為石器時(shí)代、銅器時(shí)代和鐵器時(shí)代石器時(shí)代、銅器時(shí)代和鐵器時(shí)代。信息時(shí)代的特征性材料是硅，如今，以硅為原料的電子元件產(chǎn)值超過了以鋼信息時(shí)代的特征性材料是硅，如今，以硅為原料的電子元件產(chǎn)值超過了以鋼為原料的產(chǎn)值，人類的歷史因而正式進(jìn)入了一個(gè)新時(shí)代為原料的產(chǎn)值，人類的歷史因而正式進(jìn)入了一個(gè)新時(shí)代-硅器時(shí)代。硅器時(shí)代。硅所代表的正是半導(dǎo)體元件，包括存儲(chǔ)器件、微處理器、邏輯器件與探測(cè)器硅所代表的正是半導(dǎo)體元件，包括存儲(chǔ)器件、微處理器、邏輯器件與探測(cè)器等等在內(nèi)，無論是電視、電話、電腦、電冰箱

2、、汽車，這些半導(dǎo)體器件都無等等在內(nèi)，無論是電視、電話、電腦、電冰箱、汽車，這些半導(dǎo)體器件都無時(shí)無刻不在為我們服務(wù)。時(shí)無刻不在為我們服務(wù)。硅是地殼中最常見的元素，把石頭變成硅片的過程是一項(xiàng)點(diǎn)石成金的成就也硅是地殼中最常見的元素，把石頭變成硅片的過程是一項(xiàng)點(diǎn)石成金的成就也是近代科學(xué)的奇跡之一。是近代科學(xué)的奇跡之一。由此看來，人類的科學(xué)發(fā)展過程也可以看成是一個(gè)由此看來，人類的科學(xué)發(fā)展過程也可以看成是一個(gè)不停尋找新材料的過程不停尋找新材料的過程，上帝似乎和人類開了一個(gè)玩笑，用了上帝似乎和人類開了一個(gè)玩笑，用了20萬年的時(shí)間我們的材料從石頭萬年的時(shí)間我們的材料從石頭又回到了石頭！又回到了石頭！硅器時(shí)代硅

3、器時(shí)代新材料與電路成本1947-19481947-1948年年, ,點(diǎn)接觸和面結(jié)型晶體管的發(fā)明點(diǎn)接觸和面結(jié)型晶體管的發(fā)明19581958年，集成電路的發(fā)明與平面工藝發(fā)展年，集成電路的發(fā)明與平面工藝發(fā)展19601960年，年，MOSMOS晶體管的發(fā)明晶體管的發(fā)明19631963年，年，CMOSCMOS晶體管的發(fā)明與發(fā)展晶體管的發(fā)明與發(fā)展D.Kahang & M.M.AtallaWamlass & C.T.Sah19671967年年, ,單晶體單晶體DRAMDRAM發(fā)明發(fā)明R.H.Dennard19671967年年,NVSM,NVSMD.Kahang & S.M.Sze19

4、711971年年,CPU,CPU發(fā)明發(fā)明M.E./Hoff etal.半導(dǎo)體發(fā)展中的重要事情半導(dǎo)體發(fā)展中的重要事情自持半導(dǎo)體存儲(chǔ)器半導(dǎo)體發(fā)展的標(biāo)志-CPU的進(jìn)步計(jì)算能力與計(jì)算成本的比較與進(jìn)步計(jì)算能力與計(jì)算成本的比較與進(jìn)步 20萬年以來，雖然已經(jīng)從石器時(shí)代進(jìn)步到硅器時(shí)代，但人類萬年以來，雖然已經(jīng)從石器時(shí)代進(jìn)步到硅器時(shí)代，但人類對(duì)材料加工的原則沒有根本變化對(duì)材料加工的原則沒有根本變化都是以總量相當(dāng)大的原子或都是以總量相當(dāng)大的原子或分子作為處理對(duì)象。機(jī)械加工如此，化學(xué)加工也是如此。進(jìn)步僅分子作為處理對(duì)象。機(jī)械加工如此，化學(xué)加工也是如此。進(jìn)步僅僅在于每次處理的原子或分子總量在不斷減少。硅器時(shí)代的摩爾僅

5、在于每次處理的原子或分子總量在不斷減少。硅器時(shí)代的摩爾定律最能體現(xiàn)這種進(jìn)步。定律最能體現(xiàn)這種進(jìn)步。 摩爾定律是摩爾定律是1965年由戈登年由戈登摩摩爾（爾（Gordon Moore）提出）提出來的，來的，他說集成電路里晶體他說集成電路里晶體管數(shù)量每管數(shù)量每18個(gè)月翻一番個(gè)月翻一番。 25年來，現(xiàn)實(shí)與摩爾的年來，現(xiàn)實(shí)與摩爾的預(yù)言非常一致。預(yù)言非常一致。 摩爾定律會(huì)摩爾定律會(huì)一直有效嗎？換句話說，在一直有效嗎？換句話說，在單位面積硅片上集成的晶體單位面積硅片上集成的晶體管數(shù)量會(huì)達(dá)到極限嗎？管數(shù)量會(huì)達(dá)到極限嗎？發(fā)展的規(guī)律摩爾定律半導(dǎo)體材料半導(dǎo)體材料 從狹義上來講：從狹義上來講：微電子工業(yè)中的半導(dǎo)體材

6、微電子工業(yè)中的半導(dǎo)體材料主要是指：鍺（料主要是指：鍺（Ge）、硅（）、硅（Si） 、砷化、砷化鎵（鎵（GaAs）。）。 從廣義上來講：從廣義上來講：半導(dǎo)體材料還包括各種氧半導(dǎo)體材料還包括各種氧化物半導(dǎo)體，有機(jī)半導(dǎo)體等?；锇雽?dǎo)體，有機(jī)半導(dǎo)體等。常用半導(dǎo)體材料比較常用半導(dǎo)體材料比較材料材料禁帶寬度禁帶寬度描述描述鍺（鍺（Ge）0.66 eV最早用于半導(dǎo)體器件制造的材料之一，最早用于半導(dǎo)體器件制造的材料之一，1947年發(fā)明的第一個(gè)晶體管就是用鍺制造。年發(fā)明的第一個(gè)晶體管就是用鍺制造。硅（硅（Si）1.12 eV1.目前最主要的半導(dǎo)體材料；目前最主要的半導(dǎo)體材料；2.容易形成高質(zhì)量的氧化層；容易形成

7、高質(zhì)量的氧化層；3.禁帶寬度比鍺大，工作溫度高；禁帶寬度比鍺大，工作溫度高；4.價(jià)格便宜，低成本。價(jià)格便宜，低成本。砷化鎵砷化鎵（GaAs）1.42 eV1.電子遷移率高，主要用于高速器件；電子遷移率高，主要用于高速器件；2.熱穩(wěn)定性低，缺陷高，低本征氧化度。熱穩(wěn)定性低，缺陷高，低本征氧化度。純凈硅純凈硅 (T=0K)本征半導(dǎo)體本征半導(dǎo)體 電子電子-空穴對(duì)空穴對(duì)純凈硅純凈硅 (T=0K)N型半導(dǎo)體型半導(dǎo)體P型半導(dǎo)體型半導(dǎo)體意外發(fā)現(xiàn)：意外發(fā)現(xiàn)：光電二極管光電二極管P-N結(jié)的發(fā)現(xiàn)結(jié)的發(fā)現(xiàn) 位于美國(guó)新澤西州的美國(guó)電報(bào)電話公司貝爾實(shí)驗(yàn)室的科學(xué)家們?cè)趯ふ腋玫臋z位于美國(guó)新澤西州的美國(guó)電報(bào)電話公司貝爾實(shí)驗(yàn)

8、室的科學(xué)家們?cè)趯ふ腋玫臋z波材料時(shí)，發(fā)現(xiàn)摻有某種極微量雜質(zhì)的鍺晶體材料整流性能比電子管要好。波材料時(shí)，發(fā)現(xiàn)摻有某種極微量雜質(zhì)的鍺晶體材料整流性能比電子管要好。1940年年3月月6日下午美國(guó)科學(xué)家奧爾（日下午美國(guó)科學(xué)家奧爾（R. Ohl）和斯卡夫）和斯卡夫 ，用一根系著導(dǎo)線的硅，用一根系著導(dǎo)線的硅片聯(lián)接一只伏特表，當(dāng)他用手電筒照射這條硅棒時(shí)，伏特表的指針偏轉(zhuǎn)到半伏的刻片聯(lián)接一只伏特表，當(dāng)他用手電筒照射這條硅棒時(shí)，伏特表的指針偏轉(zhuǎn)到半伏的刻度線上。度線上。制備這個(gè)硅棒時(shí)為了避免爆裂，要先熔化硅然后緩慢的地冷卻，在硅晶體固化的制備這個(gè)硅棒時(shí)為了避免爆裂，要先熔化硅然后緩慢的地冷卻，在硅晶體固化的過程

9、中，硅錠中的雜質(zhì)被同時(shí)分離，中心部分是過程中，硅錠中的雜質(zhì)被同時(shí)分離，中心部分是“純凈純凈”硅，而在頂部的那一部分硅，而在頂部的那一部分含雜質(zhì)的便是含雜質(zhì)的便是“商品商品”硅。硅。在切割時(shí)，一位技師無意間正好切在純凈硅和商品硅的交界面。因此，其中之一在切割時(shí)，一位技師無意間正好切在純凈硅和商品硅的交界面。因此，其中之一就表現(xiàn)為純凈硅的特征，另一部分表現(xiàn)出就表現(xiàn)為純凈硅的特征，另一部分表現(xiàn)出“商品商品”硅的特征。看起來勢(shì)壘是在這兩硅的特征。看起來勢(shì)壘是在這兩個(gè)區(qū)的交界處的界面上形成的，就像在金屬銅與氧化層之間的界面處必定存在勢(shì)壘個(gè)區(qū)的交界處的界面上形成的，就像在金屬銅與氧化層之間的界面處必定存在

10、勢(shì)壘一樣。一樣。有必要為這兩種表現(xiàn)出不同物理特性的硅進(jìn)行命名：他們創(chuàng)造了有必要為這兩種表現(xiàn)出不同物理特性的硅進(jìn)行命名：他們創(chuàng)造了“P型型”（正極）（正極）和和“N型型”（負(fù)極）這兩個(gè)詞匯，以此來表示兩個(gè)明顯不同的區(qū)域。（負(fù)極）這兩個(gè)詞匯，以此來表示兩個(gè)明顯不同的區(qū)域。當(dāng)有光束照射時(shí)，當(dāng)有光束照射時(shí)，P型硅晶體（型硅晶體（P-type silicon）將產(chǎn)生正電勢(shì)，）將產(chǎn)生正電勢(shì)，N型硅（型硅（N-type silicon）產(chǎn)生負(fù)電勢(shì)，在這兩種類型的半導(dǎo)體之間存在的光敏勢(shì)壘就是）產(chǎn)生負(fù)電勢(shì)，在這兩種類型的半導(dǎo)體之間存在的光敏勢(shì)壘就是“P-N結(jié)結(jié)”。器件的基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)器件的基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)人類研究半導(dǎo)體器件已

11、經(jīng)超過135年，迄今大約有60種主要的器件以及100種和主要器件相關(guān)的變異器件。但所有這些器件均可由幾種基本器件結(jié)構(gòu)所組成。金屬-半導(dǎo)體用來做整流接觸，歐姆接觸；利用整流接觸當(dāng)作柵極、利用歐姆接觸作漏極(drain)和源極(source)。p-n結(jié)是半導(dǎo)體器件的關(guān)鍵基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)，其理論是半導(dǎo)體器件物理的基礎(chǔ)?？梢孕纬蓀-n-p雙極型晶體管，形成p-n-p-n結(jié)構(gòu)的可控硅器件。p-n結(jié)結(jié)異質(zhì)結(jié)是快速器件和光電器件的關(guān)鍵構(gòu)成要素。用MOS結(jié)構(gòu)當(dāng)作柵極，再用兩個(gè)p-n結(jié)分別當(dāng)作漏極和源極，就可以制作出MOFET。晶體管的發(fā)明晶體管的發(fā)明1946年1月，Bell實(shí)驗(yàn)室正式成立半導(dǎo)體研究小組, W. Sch

12、okley， J. Bardeen、W. H. Brattain。Bardeen提出了表面態(tài)理論， Schokley給出了實(shí)現(xiàn)放大器的基本設(shè)想， Brattain設(shè)計(jì)了實(shí)驗(yàn)。1947年12月23日，第一次觀測(cè)到了具有放大作用的晶體管。集成電路的發(fā)明集成電路的發(fā)明1952年5月，英國(guó)科學(xué)家G. W. A. Dummer第一次提出了集成電路的設(shè)想。1958年以（德州儀器公司）TI的科學(xué)家基爾比(Clair Kilby)為首的研究小組研制出了世界上第一塊集成電路，并于1959年公布了該結(jié)果。Intle公司德諾宜斯（Robert Noyce）同時(shí)間發(fā)明了IC的單晶制造概念。Robert Noyce(I

13、ntel)Clair Kilby (TI)其他的重要里程碑其他的重要里程碑布朗布朗(Braun)在在1874年發(fā)現(xiàn)金屬和金屬硫化物年發(fā)現(xiàn)金屬和金屬硫化物(如銅鐵礦，如銅鐵礦，copper pyrite)接觸的阻值和外加接觸的阻值和外加 電壓的大小及方向有關(guān)。電壓的大小及方向有關(guān)。在在1907年，朗德年，朗德(Round)發(fā)現(xiàn)了電致發(fā)光效應(yīng)發(fā)現(xiàn)了電致發(fā)光效應(yīng)(即發(fā)光二極管，即發(fā)光二極管，1ight-emitting diode，LED)，觀察到當(dāng)在碳化硅晶體兩端外加，觀察到當(dāng)在碳化硅晶體兩端外加10V的電壓的電壓時(shí)，晶體會(huì)發(fā)出淡黃色的光。時(shí)，晶體會(huì)發(fā)出淡黃色的光。1952年伊伯斯年伊伯斯(Ebe

14、rs)為復(fù)雜的開關(guān)器件為復(fù)雜的開關(guān)器件可控硅器件可控硅器件(thyristor)提出提出了一個(gè)基本的模型。了一個(gè)基本的模型。以硅以硅pn結(jié)制成的太陽能電池結(jié)制成的太陽能電池(solar cell)則在則在1954年被闋平年被闋平(Chapin)等人發(fā)明。太陽能電池是目前獲得太陽能最主要的技術(shù)之一，它可等人發(fā)明。太陽能電池是目前獲得太陽能最主要的技術(shù)之一，它可以將太陽光直接轉(zhuǎn)換成電能。以將太陽光直接轉(zhuǎn)換成電能。1957年，克羅馬年，克羅馬(Kroemer)提出了用異質(zhì)結(jié)雙極型晶體管提出了用異質(zhì)結(jié)雙極型晶體管(heterjunction bipolar transistor，HBT)來改善晶體管的

15、特性，這種來改善晶體管的特性，這種器件有可能成為更快的半導(dǎo)體器件。器件有可能成為更快的半導(dǎo)體器件。1958年江崎年江崎(Esaki)則觀察到重?fù)诫s則觀察到重?fù)诫s(heavily doped)的的p-n結(jié)具有負(fù)電結(jié)具有負(fù)電阻的特性，此發(fā)現(xiàn)促成了隧道二極管阻的特性，此發(fā)現(xiàn)促成了隧道二極管(tunnel diode，或穿透二極管，或穿透二極管)的問世隧道二極管以及所謂的隧穿現(xiàn)象的問世隧道二極管以及所謂的隧穿現(xiàn)象(tunneling phenomenon，或穿透現(xiàn)象或穿透現(xiàn)象)對(duì)薄膜間的歐姆接觸或載流子穿透理論有很大貢獻(xiàn)。對(duì)薄膜間的歐姆接觸或載流子穿透理論有很大貢獻(xiàn)。1960年由姜年由姜(Kahng)

16、及亞特拉及亞特拉(Atalla)發(fā)明的發(fā)明的MOSFET，是先進(jìn)集成，是先進(jìn)集成電路最重要的器件。電路最重要的器件。1962年霍爾年霍爾(HalI)等人第一次用半導(dǎo)體做出了激光等人第一次用半導(dǎo)體做出了激光(1aser)。1963年克羅馬年克羅馬(Kroemer)、阿法羅、阿法羅(Alferov)和卡查雷挪和卡查雷挪(Kazarinov)發(fā)發(fā)表了異質(zhì)結(jié)構(gòu)激光表了異質(zhì)結(jié)構(gòu)激光(heterostructure laser)，奠定了現(xiàn)代激光二極管的，奠定了現(xiàn)代激光二極管的基礎(chǔ)，使激光可以在室溫下連續(xù)工作。基礎(chǔ)，使激光可以在室溫下連續(xù)工作。其他的重要里程碑其他的重要里程碑1963年岡年岡(Gunn)提出

17、的轉(zhuǎn)移電子二極管提出的轉(zhuǎn)移電子二極管(transferred-electron diode，TED)，又稱為岡二極管，又稱為岡二極管(Gunn diode)，被廣泛應(yīng)用到偵測(cè)系統(tǒng)、遠(yuǎn)程，被廣泛應(yīng)用到偵測(cè)系統(tǒng)、遠(yuǎn)程控制和微波測(cè)試儀器?？刂坪臀⒉y(cè)試儀器。姜士敦姜士敦(Johnston)等人發(fā)明的碰撞電離雪崩渡越時(shí)間二極管等人發(fā)明的碰撞電離雪崩渡越時(shí)間二極管（IMPATT diode）,是目前可以在毫米波頻率下產(chǎn)生最高連續(xù)波是目前可以在毫米波頻率下產(chǎn)生最高連續(xù)波（continuous wave ,CW）功率器件。）功率器件。1966年由密德（年由密德（Mead）發(fā)明金半場(chǎng)效應(yīng)晶體管（）發(fā)明金半場(chǎng)效

18、應(yīng)晶體管（MESFET），并成），并成為單片微波集成電路為單片微波集成電路monolitl ic microwave integrate circuit ,MMIC）的關(guān)鍵器件。的關(guān)鍵器件。三種重要的微波器件相繼被發(fā)明制造出來：三種重要的微波器件相繼被發(fā)明制造出來：其他的重要里程碑其他的重要里程碑1967年姜年姜(Kahng)和施敏發(fā)明了一種非揮發(fā)性半導(dǎo)體存儲(chǔ)器和施敏發(fā)明了一種非揮發(fā)性半導(dǎo)體存儲(chǔ)器(nonvolatile semiconductor memory，NVSM)，可以在電源關(guān)掉，可以在電源關(guān)掉以后，仍然保持其儲(chǔ)存的信息。成為應(yīng)用于便攜式電子系統(tǒng)如手機(jī)、以后，仍然保持其儲(chǔ)存的信息。成

19、為應(yīng)用于便攜式電子系統(tǒng)如手機(jī)、筆記本電腦、數(shù)碼相機(jī)和智能卡方面最主要的存儲(chǔ)器。筆記本電腦、數(shù)碼相機(jī)和智能卡方面最主要的存儲(chǔ)器。1970年波意爾年波意爾(Boyle)和史密斯和史密斯(Smith)發(fā)明電荷耦合器件發(fā)明電荷耦合器件(charge-coupled device，CCD)它被大量地用于手提式攝像機(jī)它被大量地用于手提式攝像機(jī)(vide camera)和光檢測(cè)系統(tǒng)上。和光檢測(cè)系統(tǒng)上。1974年張立綱等明了共振式隧道二極管年張立綱等明了共振式隧道二極管(resonant tunneling diode，RTD)，它是大部分量子效應(yīng)，它是大部分量子效應(yīng)(quantum-effect)器件的基礎(chǔ)

20、量子效器件的基礎(chǔ)量子效應(yīng)器件因?yàn)榭梢栽谔囟娐饭δ芟?，大量地減少器件數(shù)量，所以具應(yīng)器件因?yàn)榭梢栽谔囟娐饭δ芟?，大量地減少器件數(shù)量，所以具有超高密集度、超高速及更強(qiáng)的功能有超高密集度、超高速及更強(qiáng)的功能1980年，年，Minura等人發(fā)明了調(diào)制摻雜場(chǎng)效應(yīng)晶體管等人發(fā)明了調(diào)制摻雜場(chǎng)效應(yīng)晶體管(modulation-doped field-effect transistor，MODFET)，如果選擇適當(dāng)?shù)漠愘|(zhì)結(jié)，如果選擇適當(dāng)?shù)漠愘|(zhì)結(jié)材料，這將會(huì)是更快速的場(chǎng)效應(yīng)晶體管。材料，這將會(huì)是更快速的場(chǎng)效應(yīng)晶體管。其他的重要里程碑其他的重要里程碑主要半導(dǎo)體器件列表主要半導(dǎo)體器件列表公元公元半導(dǎo)體器件半導(dǎo)體器件

21、作者作者/發(fā)明者發(fā)明者1874金屬半導(dǎo)體接觸金屬半導(dǎo)體接觸Braun1970發(fā)光二極管（發(fā)光二極管（LED）Round1947雙極型晶體管（雙極型晶體管（BJT）Bardeen、Brattain及及Shochley1949p-n結(jié)結(jié)Shockley1952可控硅器件（可控硅器件（thyristor）Ebers1954太陽能電池太陽能電池Chapin、Fuller及及Pearson1957異質(zhì)結(jié)雙極型晶體管異質(zhì)結(jié)雙極型晶體管(HBT) Kroemer1958隧道二極管（隧道二極管（tunnel diode） Esaki1960金氧半場(chǎng)效應(yīng)晶體管金氧半場(chǎng)效應(yīng)晶體管(MOSFET) Kahng及及A

22、talla1962激光激光Hall, et al.1963異質(zhì)結(jié)激光異質(zhì)結(jié)激光Kroemer、Alferov及及 Kazarinov1963轉(zhuǎn)移電子二極管轉(zhuǎn)移電子二極管(TED)Gunn1965碰撞電離雪崩渡越時(shí)間二極管（碰撞電離雪崩渡越時(shí)間二極管（IMPATT diode）Johnston、Deloach及及Cohen1966金半場(chǎng)效應(yīng)晶體管金半場(chǎng)效應(yīng)晶體管(MESFET)Mead1967非揮發(fā)性半導(dǎo)體存儲(chǔ)器非揮發(fā)性半導(dǎo)體存儲(chǔ)器(NVSM)Kahng及施敏及施敏1970電荷耦合元件電荷耦合元件(CCD)Boyle及及Smith1974共振隧道二權(quán)管共振隧道二權(quán)管張立綱、張立綱、Esaki及及

23、Tsu1980調(diào)制摻雜場(chǎng)效應(yīng)晶體管調(diào)制摻雜場(chǎng)效應(yīng)晶體管(MODFET)Mimura,et al.1994室溫單電子存儲(chǔ)器室溫單電子存儲(chǔ)器(SEMC)Yano, et al.200115nm金氧半場(chǎng)效應(yīng)晶體管金氧半場(chǎng)效應(yīng)晶體管Yu, et a1.了解了多少？了解了多少？計(jì)算機(jī)的發(fā)展歷史計(jì)算機(jī)的發(fā)展歷史第一臺(tái)計(jì)算機(jī)第一臺(tái)計(jì)算機(jī)1832The Babbage Difference Engine25,000個(gè)元件個(gè)元件費(fèi)用：費(fèi)用：7,470$ENIAC - 第一臺(tái)電子計(jì)算機(jī)第一臺(tái)電子計(jì)算機(jī)(1946)計(jì)算機(jī)的發(fā)展歷史計(jì)算機(jī)的發(fā)展歷史Intel 4004 Micro-Processor19711000

24、transistors1 MHz operation計(jì)算機(jī)的發(fā)展歷史計(jì)算機(jī)的發(fā)展歷史Intel Pentium (IV) microprocessor體系架構(gòu)：體系架構(gòu)：90納米制程納米制程二級(jí)高速緩存：二級(jí)高速緩存：2MB三級(jí)高速緩存：無三級(jí)高速緩存：無 主頻速率：主頻速率： 3.73 GHz時(shí)鐘速度：時(shí)鐘速度：3.73 GHz 前端總線：前端總線：1066 MHz計(jì)算機(jī)的發(fā)展歷史計(jì)算機(jī)的發(fā)展歷史AMD的雙核心的雙核心Opteron處理器處理器計(jì)算機(jī)的發(fā)展歷史計(jì)算機(jī)的發(fā)展歷史國(guó)產(chǎn)處理器中國(guó)大陸國(guó)產(chǎn)處理器中國(guó)大陸龍芯一號(hào)（神州龍芯公司）龍芯一號(hào)（神州龍芯公司）基于基于0.18微米微米CMOS工

25、，工，32位微位微處理器。支持最新版本的處理器。支持最新版本的Linux、VxWork，Windows CE等操作系等操作系統(tǒng)?？蓮V泛應(yīng)用于工業(yè)控制、統(tǒng)?？蓮V泛應(yīng)用于工業(yè)控制、信息家電、通訊、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備、信息家電、通訊、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備、PDA、網(wǎng)絡(luò)終端、存儲(chǔ)服務(wù)器、網(wǎng)絡(luò)終端、存儲(chǔ)服務(wù)器、安全服務(wù)器等產(chǎn)品上。安全服務(wù)器等產(chǎn)品上。 方舟科技的方舟科技的CPU 北大眾志的北大眾志的CPU6 國(guó)產(chǎn)處理器中國(guó)大陸國(guó)產(chǎn)處理器中國(guó)大陸中國(guó)臺(tái)灣中國(guó)臺(tái)灣VIA C3處理器處理器Rise Technology Rise mP6 其他優(yōu)秀的處理器其他優(yōu)秀的處理器嵌入式嵌入式CPU是指應(yīng)用于各種信息設(shè)備里的是指應(yīng)用于各種信息

26、設(shè)備里的CPU，一般功能不太強(qiáng)、，一般功能不太強(qiáng)、主要是以低價(jià)格、低功耗為特征，著名的有主要是以低價(jià)格、低功耗為特征，著名的有ARM、MIPS等公司的等公司的CPU。高性能高性能CPU是指應(yīng)用于服務(wù)器和超級(jí)計(jì)算機(jī)中的高性能是指應(yīng)用于服務(wù)器和超級(jí)計(jì)算機(jī)中的高性能CPU，例如，例如Alpha、UltraSparc、PowerPC等等。等等。IBM PowerPC 604SUN 0.13m UltraSPARC IV 內(nèi)核內(nèi)核半導(dǎo)體芯片的制造框圖半導(dǎo)體芯片的制造框圖典型的半導(dǎo)體芯片的制造流程典型的半導(dǎo)體芯片的制造流程半導(dǎo)體芯片制造的關(guān)鍵步驟半導(dǎo)體芯片制造的關(guān)鍵步驟硅片制造工藝流程，光刻為核心半導(dǎo)體工

27、藝的構(gòu)成（以硅為例）半導(dǎo)體工藝的構(gòu)成（以硅為例）提煉多晶硅提煉多晶硅單晶硅生長(zhǎng)單晶硅生長(zhǎng)集成電路制造集成電路制造封裝（封裝（package）從石英砂到多晶硅（從石英砂到多晶硅（poly crystalline silicon）從多晶硅到單晶硅（從多晶硅到單晶硅（single crystalline silicon），然后），然后切成硅片（切成硅片（silicon wafer）在 硅 片 上 制 作 集 成 電 路在 硅 片 上 制 作 集 成 電 路（integrated circuits）對(duì)芯片實(shí)行保護(hù)和引腳加固對(duì)芯片實(shí)行保護(hù)和引腳加固半導(dǎo)體工藝的構(gòu)成（以硅為例）半導(dǎo)體工藝的構(gòu)成（以硅為例）

28、集成電路制備流程（以硅片為例）集成電路制備流程（以硅片為例）電阻集成電路的制造工藝流程電阻集成電路的制造工藝流程半導(dǎo)體制造企業(yè)半導(dǎo)體制造企業(yè)半導(dǎo)體制造企業(yè)可劃分為2類：設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)/制造企業(yè)：制造企業(yè)：許多企業(yè)都集合了芯片設(shè)計(jì)和芯片制造，從芯片的前端設(shè)計(jì)到后端加工都在企業(yè)內(nèi)部完成。Intel、IBM、Motorola、Samsung、Hynix、Infineon、Philips 、STmicroelectronics等。代工企業(yè)：代工企業(yè)：在芯片制造業(yè)中，有一類特殊的企業(yè)，專門為其他芯片設(shè)計(jì)企業(yè)制造芯片，這類企業(yè)稱為晶圓代工廠（foundry）。代工的出現(xiàn)是由于現(xiàn)代技術(shù)的飛速發(fā)展，越來越多的技術(shù)需

29、要更加細(xì)致的分工，這樣可以部分降低企業(yè)的成本或風(fēng)險(xiǎn)。比如顯卡和主板，它的核心是圖形處理器和芯片組，是由象nVIDIA、ATI， INTEL、 AMD、 VIA、SIS、ALI等一些頂級(jí)的芯片研發(fā)公司設(shè)計(jì)出來，然后委托給某些工廠加工成芯片和芯片組。 著名代工企業(yè)著名代工企業(yè)臺(tái)積電（TSMC）：如ATI和nVIDIA公司設(shè)計(jì)的圖形處理芯片，或者VIA，SIS，ALI設(shè)計(jì)的主板南北橋芯片組基本都是由TSMC和UMC這兩家公司負(fù)責(zé)生產(chǎn)。TSMC是由臺(tái)灣“半導(dǎo)體教父”張忠謀先生創(chuàng)建。 臺(tái)聯(lián)電（UMC）：1980年，島內(nèi)第一家集成電路公司。在曹興誠(chéng)的帶領(lǐng)下，如今聯(lián)電已成為僅次于臺(tái)積電的臺(tái)灣第二大半導(dǎo)體企業(yè)

30、，同時(shí)也是世界上第二大專業(yè)芯片代工廠。著名代工企業(yè)著名代工企業(yè)中芯國(guó)際（SMIC）：中芯國(guó)際成立于2000年，公司總部位于中國(guó)上海，擁有三座芯片代工廠，包括一座后段銅制程代工廠。技術(shù)能力包括邏輯電路、混合信號(hào) /射頻電路、高壓電路、系統(tǒng)級(jí)芯片、嵌入式及其他存儲(chǔ)器, 硅基液晶和影像感測(cè)器等。著名代工企業(yè)著名代工企業(yè)上海宏力(GSMC)：宏力于2000年11月18日奠基，一期項(xiàng)目總投資為16.3億美元，目前已建成兩座12吋規(guī)格的廠房，其中一廠A線(8吋線)已投入生產(chǎn)，預(yù)計(jì)2004年下半年月生產(chǎn)能力可達(dá)27,000片八吋硅片，技術(shù)水平將達(dá)0.13微米。著名代工企業(yè)著名代工企業(yè)和艦科技（HJTC）:和

31、艦于2001年11月斥資15億美元建立，坐落于風(fēng)景優(yōu)美、馳名中外的“人間天堂”-蘇州工業(yè)園區(qū)，占地1.3平方公里，是一家具有雄厚外資，制造尖端集成電路的一流晶圓專工企業(yè)。著名代工企業(yè)著名代工企業(yè)測(cè)試測(cè)試 測(cè)試不同于設(shè)計(jì)過程中的驗(yàn)證；測(cè)試指工藝過程中或封裝后進(jìn)行的電學(xué)參數(shù)測(cè)量。 硅片測(cè)試是為了檢驗(yàn)規(guī)格的一致性而在硅片級(jí)集成電路上進(jìn)行的電學(xué)參數(shù)測(cè)量。 硅片測(cè)試的目的是檢驗(yàn)可接受的電學(xué)性能。裝配和封裝裝配和封裝裝配和封裝過程是取出性能良好的器件，將他們放入管殼，用引線將器件上的壓點(diǎn)與管殼上的電極互相連接起來。封裝為 芯片提供一種保護(hù)并將它粘貼到更高級(jí)裝配板上的措施。封裝形式封裝形式ICIC分類按器件

32、結(jié)構(gòu)類型分類分類按器件結(jié)構(gòu)類型分類 雙極集成電路：主要由雙極晶體管構(gòu)成l NPN型雙極集成電路l PNP型雙極集成電路優(yōu)點(diǎn)是速度高、驅(qū)動(dòng)能力強(qiáng)，缺點(diǎn)是功耗較大、集成度較低。 金屬-氧化物-半導(dǎo)體(MOS)集成電路：主要由MOS晶體管構(gòu)成l NMOSlPMOSlCMOS(互補(bǔ)MOS) 功耗低、集成度高，隨著特征尺寸的縮小，速度也可以很高。 雙極-MOS(BiMOS)集成電路：同時(shí)包括雙極和MOS晶體管的集成電路為BiMOS集成電路，綜合了雙極和MOS器件兩者的優(yōu)點(diǎn)，但制作工藝復(fù)雜。按集成電路規(guī)模分類按集成電路規(guī)模分類 集成度：每塊集成電路芯片中包含的元器件數(shù)目。 小規(guī)模集成電路(Small Sc

33、ale IC，SSI) 中規(guī)模集成電路(Medium Scale IC，MSI) 大規(guī)模集成電路(Large Scale IC，LSI) 超大規(guī)模集成電路(Very Large Scale IC，VLSI) 特大規(guī)模集成電路(Ultra Large Scale IC，ULSI) 巨大規(guī)模集成電路(Gigantic Scale IC，GSI）按集成電路規(guī)模分類按集成電路規(guī)模分類發(fā)展階段發(fā)展階段縮寫縮寫單位芯片內(nèi)的器件數(shù)單位芯片內(nèi)的器件數(shù)小規(guī)模集成電路小規(guī)模集成電路（50年代）年代）SSI250中規(guī)模集成電路中規(guī)模集成電路（60年代）年代）MSI505000大規(guī)模集成電路大規(guī)模集成電路（70年代）

34、年代）LSI500010萬萬特大規(guī)模集成電路特大規(guī)模集成電路（80年代）年代）VLSI10萬萬100萬萬超大規(guī)模集成電路超大規(guī)模集成電路（90年代）年代）ULSI100萬萬按集成電路規(guī)模分類按集成電路規(guī)模分類按電路功能分類按電路功能分類 數(shù)字集成電路(Digital IC)：它是指處理數(shù)字信號(hào)的集成電路，即采用二進(jìn)制方式進(jìn)行數(shù)字計(jì)算和邏輯函數(shù)運(yùn)算的一類集成電路。 模擬集成電路(Analog IC)：它是指處理模擬信號(hào)(連續(xù)變化的信號(hào))的集成電路。線性集成電路：又叫做放大集成電路，如運(yùn)算放大器、電壓比較器、跟隨器等。非線性集成電路：如振蕩器、定時(shí)器等電路。 數(shù)?；旌霞呻娐?Digital-An

35、alog IC) ：例如數(shù)模(D/A)轉(zhuǎn)換器和模數(shù)(A/D)轉(zhuǎn)換器等。世界的世界的IC生產(chǎn)生產(chǎn)世界的世界的IC生產(chǎn)生產(chǎn)(US $ Millions)中國(guó)的中國(guó)的ICIC2005年銷售收入達(dá)到年銷售收入達(dá)到702億人民幣億人民幣,在全球市場(chǎng)所占份額達(dá)到在全球市場(chǎng)所占份額達(dá)到4.5%。在中國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)和信息產(chǎn)業(yè)持續(xù)快速發(fā)展的帶動(dòng)下在中國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)和信息產(chǎn)業(yè)持續(xù)快速發(fā)展的帶動(dòng)下, 2001年到年到2005年，中國(guó)集成電路市場(chǎng)規(guī)模擴(kuò)大了年，中國(guó)集成電路市場(chǎng)規(guī)模擴(kuò)大了2.9倍倍,年均增長(zhǎng)率年均增長(zhǎng)率31.3%，2005年中國(guó)集成電路市場(chǎng)規(guī)模達(dá)到年中國(guó)集成電路市場(chǎng)規(guī)模達(dá)到3800億人民幣，占全球市場(chǎng)億人民幣，占全球市場(chǎng)24.3%，成為全球重要的集成電路市場(chǎng)之一。，成為全球重要的集成電路市場(chǎng)之一。中國(guó)在全球產(chǎn)業(yè)中的影響日益增強(qiáng)，中國(guó)的半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)和市中國(guó)在全球產(chǎn)業(yè)中的影響日益增強(qiáng)，中國(guó)的半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)和市場(chǎng)需要世界，