大計基第1章13微電子技術(shù)

大計基第1章13微電子技術(shù)第一頁，共27頁。1.3微電子技術(shù)簡介（1）微電子技術(shù)與集成電路（2）集成電路的制造（3）集成電路的發(fā)展趨勢（4）IC卡第二頁，共27頁。(1)微電子技術(shù)與集成電路微電子技術(shù)是信息技術(shù)領(lǐng)域中的關(guān)鍵技術(shù)，是發(fā)展電子信息產(chǎn)業(yè)和各項高技術(shù)的基礎(chǔ)微電子技術(shù)的核心是集成電路技術(shù)第三頁，共27頁。什么是電子電路？電路板電子電路由電阻，電容，電感和二極管、晶體管等元器件組成，它們通過導(dǎo)線連接起來，使電流在其中流動，完成信號的生成、放大、變換或傳輸?shù)裙δ苓^去，電路由單個元器件（分立元件）和電線連接而成，現(xiàn)在則大多制作成集成電路形式第四頁，共27頁。電子電路中元器件的發(fā)展演變晶體管(1948)中/小規(guī)模集成電路(1950’s)微電子技術(shù)是以集成電路為核心的電子技術(shù)，它是在電子元器件小型化、微型化的過程中發(fā)展起來的。大規(guī)模/超大規(guī)模集成電路(1970’s)電子管(1904)第五頁，共27頁。什么是集成電路？集成電路

(IntegratedCircuit，簡稱IC)： 以半導(dǎo)體單晶片作為基片,采用平面工藝，將晶體管、電阻、電容等元器件及其連線所構(gòu)成的電路制作在基片上所構(gòu)成的一個微型化的電路或系統(tǒng)集成電路的優(yōu)點：體積小、重量輕功耗小、成本低速度快、可靠性高超大規(guī)模集成電路小規(guī)模集成電路第六頁，共27頁。各種各樣的集成電路第七頁，共27頁。IC是所有電子產(chǎn)品的核心第八頁，共27頁。集成電路的分類按用途分：通用集成電路專用集成電路（ASIC）按電路的功能分：數(shù)字集成電路模擬集成電路按晶體管結(jié)構(gòu)、電路和工藝分：雙極型（Bipolar）電路金屬氧化物半導(dǎo)體(MOS)電路······按集成度(芯片中包含的元器件數(shù)目)分：集成電路規(guī)模元器件數(shù)目小規(guī)模集成電路（SSI）＜100中規(guī)模集成電路（MSI）100~3000大規(guī)模集成電路（LSI）3000~10萬超大規(guī)模集成電路（VLSI）10萬~幾十億極大規(guī)模集成電路（ULSI）＞100萬第九頁，共27頁。(2)集成電路的制造(選學(xué))集成電路的制造工序繁多，從原料熔煉開始到最終產(chǎn)品包裝大約需要400多道工序，工藝復(fù)雜且技術(shù)難度非常高，有一系列的關(guān)鍵技術(shù)。許多工序必須在恒溫、恒濕、超潔凈的無塵廠房內(nèi)完成。興建一個有兩條生產(chǎn)線能加工8英寸晶圓的集成電路工廠需投資人民幣10億元以上。第十頁，共27頁。—制造業(yè)—集成電路的制造過程晶片封裝硅錠切開的晶片切片硅拋光片氧化、光刻、摻雜等處理晶圓測試后的晶片晶片切割晶片測試集成電路成品成品測試封裝后的晶片第十一頁，共27頁。集成電路的制造過程硅拋光片單晶硅錠單晶硅錠經(jīng)切割、研磨和拋光后制成鏡面一樣光滑的圓形薄片，稱為“硅拋光片”晶圓硅平面工藝硅平面工藝包括氧化、光刻、摻雜和互連等工序，最終在硅片上制成包含多層電路及電子元件的集成電路。通常每一硅拋光片上可制作成百上千個獨立的集成電路，這種整整齊齊排滿了集成電路的硅片稱作“晶圓”晶片檢測、分類集成電路封裝對晶圓上的每個電路進(jìn)行檢測，然后將晶圓切開成小片，把合格的電路分類，再封裝成一個個獨立的集成電路成品測試成品進(jìn)行成品測試，按其性能參數(shù)分為不同等級，貼上規(guī)格型號及出廠日期等標(biāo)簽，成品即可出廠第十二頁，共27頁。集成電路生產(chǎn)線集成電路產(chǎn)業(yè)發(fā)展迅速，創(chuàng)新能力不斷增強(qiáng)。圖為我國中芯國際集成電路有限公司12英寸超大規(guī)模集成電路生產(chǎn)線第十三頁，共27頁。Corei7/i5/i3CPU的LGA封裝）主板上的CPU插座集成電路的封裝集成電路封裝目的：電功能、散熱功能、機(jī)械與化學(xué)保護(hù)功能第十四頁，共27頁。(3)集成電路的發(fā)展趨勢集成電路的工作速度主要取決于晶體管的尺寸。晶體管的尺寸越小，其極限工作頻率越高，門電路的開關(guān)速度就越快，相同面積的晶片可容納的晶體管數(shù)目就越多。所以從集成電路問世以來，人們就一直在縮小晶體管、電阻、電容、連接線的尺寸上下功夫。第十五頁，共27頁。IC集成度提高的規(guī)律Moore定律：單塊集成電路的集成度平均每18個月翻一番(GordonE.Moore,1965年)例：Intel微處理器集成度的發(fā)展酷睿2雙核

（2006） 291～410M晶體管酷睿2四核

（2007） 820M晶體管Corei7六核（2010）>10億晶體管100019701975198019851990199520001000010000010610x106100x10640048008808080868028680386PentiumPentiumIIPentiumIIIPentium4晶體管數(shù)8048620101000x106CORE2DuoCORE2QuadCOREi7第十六頁，共27頁。集成電路技術(shù)的發(fā)展趨勢199920012004200820102014工藝(μm)0.180.130.090.0450.0320.014晶體管(M)23.847.613553910003500時鐘頻率(GHz)1.21.62.02.6553.85(?)面積(mm2)340340390468600901連線層數(shù)6789910晶圓直徑(英寸)121214161618減小蝕刻尺寸，縮小晶體管、電阻、電容和連線的尺寸增大硅晶圓的面積：使每塊晶圓能生產(chǎn)更多的芯片第十七頁，共27頁。進(jìn)一步提高集成度的問題與出路問題：線寬進(jìn)一步縮小后，晶體管線條小到納米級時，其電流微弱到僅有幾十個甚至幾個電子流動，晶體管將逼近其物理極限而無法正常工作出路：在納米尺寸下，納米結(jié)構(gòu)會表現(xiàn)出一些新的量子現(xiàn)象和效應(yīng)，人們正在利用這些量子效應(yīng)研制具有全新功能的量子器件，使能開發(fā)出新的納米芯片和量子計算機(jī)同時，正在研究將光作為信息的載體，發(fā)展光子學(xué)，研制集成光路，或把電子與光子并用，實現(xiàn)光電子集成第十八頁，共27頁。(4)IC卡簡介幾乎每個人每天都與IC卡打交道，例如我們的身份證、手機(jī)SIM卡、交通卡、飯卡等等，什么是IC卡？它有哪些類型和用途？工作原理大致是怎樣的？下面是簡單介紹。第十九頁，共27頁。什么是IC卡？IC卡(chipcard、smartcard)，又稱為集成電路卡，它是把集成電路芯片密封在塑料卡基片內(nèi)，使其成為能存儲信息、處理和傳遞數(shù)據(jù)的載體特點：存儲信息量大保密性能強(qiáng)可以防止偽造和竊用抗干擾能力強(qiáng)可靠性高應(yīng)用舉例：作為電子證件，記錄持卡人的信息，用作身份識別（如身份證、考勤卡、醫(yī)療卡、住房卡等）作為電子錢包（如電話卡、公交卡、加油卡等）第二十頁，共27頁。IC卡的類型(按芯片分類)存儲器卡：封裝的集成電路為存儲器，信息可長期保存，也可通過讀卡器改寫。結(jié)構(gòu)簡單，使用方便，有一定安全措施。用于電話卡、水電費卡、公交卡、醫(yī)療卡等（帶加密邏輯的存儲器卡增加了加密電路）CPU卡：封裝的集成電路為中央處理器（CPU）和存儲器，還配有芯片操作系統(tǒng)(ChipOperatingSystem)，處理能力強(qiáng)，保密性更好，常用作證件和信用卡使用。手機(jī)中使用的SIM卡就是一種特殊的CPU卡第二十一頁，共27頁。IC卡的類型(按使用方式分類)接觸式IC卡(如電話IC卡)表面有方型鍍金接口，共8個或6個鍍金觸點。使用時必須將IC卡插入讀卡機(jī)，通過金屬觸點傳輸數(shù)據(jù)。用于信息量大、讀寫操作比較復(fù)雜的場合,但易磨損、怕臟、壽命短非接觸式IC卡(射頻卡、感應(yīng)卡)采用電磁感應(yīng)方式無線傳輸數(shù)據(jù)，解決了無源（卡中無電源）和免接觸問題操作方便，快捷，采用全密封膠固化，防水、防污，使用壽命長用于讀寫信息較簡單的場合，如身份驗證等

接觸式IC卡接觸式IC卡的結(jié)構(gòu)非接觸式IC卡第二十二頁，共27頁。非接觸式IC卡的工作原理（選學(xué)）讀卡器發(fā)出一組固定頻率的無線電波(射頻信號)，通過天線向外發(fā)射IC卡激活后，通過輻射電磁信號將卡內(nèi)數(shù)據(jù)發(fā)射出去(或接收讀卡器送來的數(shù)據(jù))當(dāng)IC卡處在讀卡器有效范圍(一般為5~10cm)內(nèi)時，卡內(nèi)的一個LC串聯(lián)諧振電路(諧振頻率相同的)便產(chǎn)生電磁共振，使電容充電，從而為卡內(nèi)其它電路提供2V的工作電壓讀卡器收到數(shù)據(jù)后，通過接口將IC卡數(shù)據(jù)傳送給PC，PC將判斷該卡的合法性，作出相應(yīng)處理第二十三頁，共27頁。選學(xué)：

非接觸式IC卡在身份證中的使用第二代身份證使用非接觸式CPU卡，可實現(xiàn)“電子防偽”和“數(shù)字管理”兩大功能：電子防偽措施：個人數(shù)據(jù)和人臉圖像經(jīng)過加密后存儲在芯片中，需要時可通過非接觸式讀卡器讀出進(jìn)行驗證。以后還可以將人體生物特征如指紋等保存在芯片中，以進(jìn)一步提高防偽性能數(shù)字管理功能：存儲器能儲存多達(dá)幾兆字節(jié)的信息，采用分區(qū)存儲，按不同安全等級授權(quán)讀寫采用數(shù)據(jù)庫和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，實現(xiàn)全國聯(lián)網(wǎng)快速查詢和身份識別，使二代證在公共安全、社會管理、電子政務(wù)、電子商務(wù)等方面發(fā)揮重要作用第二十四頁，共27頁。選學(xué)：

什么是電子標(biāo)簽(RFID)？電子標(biāo)簽RFID(RadioFrequencyIdentification)，即射頻標(biāo)識技術(shù)，用于控制、檢測和跟蹤物體標(biāo)簽進(jìn)入閱讀器磁場的有效范圍后，發(fā)送出存儲在芯片中的產(chǎn)品信息(無源標(biāo)簽)，或者主動發(fā)送某一頻率的信號(有源標(biāo)簽)；閱讀器