什么是集成电路(集成电路行业的现状和前景)

生活百科 03-31 阅读:109 评论:0

什么叫集成电路

集成电路(英语:integrated circuit,缩写作 IC),或称微电路(microcircuit)、微芯片(microchip)、晶片/芯片(chip)在电子学中是一种把电路(主要包括半导体设备,也包括被动组件等)小型化的方式,并时常制造在半导体晶圆表面上。

晶体管发明并大量生产之后,各式固态半导体组件如二极管、晶体管等大量使用,取代了真空管在电路中的功能与角色。到了20世纪中后期半导体制造技术进步,使得集成电路成为可能。相对于手工组装电路使用个别的分立电子组件,集成电路可以把很大数量的微晶体管集成到一个小芯片,是一个巨大的进步。集成电路的规模生产能力,可靠性,电路设计的模块化方法确保了快速采用标准化集成电路代替了设计使用离散晶体管。集成电路对于离散晶体管有两个主要优势:成本和性能。成本低是由于芯片把所有的组件通过照相平版技术,作为一个单位印刷,而不是在一个时间只制作一个晶体管。性能高是由于组件快速开关,消耗更低能量,因为组件很小且彼此靠近。

2006年,芯片面积从几平方毫米到350 mm²,每mm²可以达到一百万个晶体管。第一个集成电路雏形是由杰克·基尔比于1958年完成的,其中包括一个双极性晶体管,三个电阻和一个电容器,相较于现今科技的尺寸来讲,体积相当庞大。

电子显微镜下碳纳米管微计算机芯片体的场效应画面根据一个芯片上集成的微电子器件的数量,集成电路可以分为以下几类:

小型集成电路(SSI英文全名为Small Scale Integration):逻辑门10个以下或 晶体管100个以下。

中型集成电路(MSI英文全名为Medium Scale Integration):逻辑门11~100个或 晶体管101~1k个。

大规模集成电路(LSI英文全名为Large Scale Integration):逻辑门101~1k个或 晶体管1,001~10k个。

超大规模集成电路(VLSI英文全名为Very large scale integration):逻辑门1,001~10k个或 晶体管10,001~100k个。极大规模集成电路(ULSI英文全名为Ultra Large Scale Integration):逻辑门10,001~1M个或 晶体管100,001~10M个。

GLSI(英文全名为Giga Scale Integration):逻辑门1,000,001个以上或晶体管10,000,001个以上。

而根据处理信号的不同,可以分为模拟集成电路、数字集成电路、和兼具模拟与数字的混合信号集成电路。

集成电路是什么意思

集成电路的意思是:将电容、电阻、电感等电子元件制作在同一硅片材料上。集成电路是一种微型的电子部件,又叫做芯片或集成块,具有体积小、稳定性高、抗震防潮等特点,被广泛应用于汽车电子、通讯设备、计算机、医疗设备、家用电器等诸多领域。使用集成电路,不仅能为电子设备节省空间,还能延长其使用寿命。

什么是集成电路概念

一、不同的分类

芯片:是电子技术中实现电路小型化的一种方法,通常是在半导体晶圆的表面制造。

半导体:是指在室温下导体和绝缘体之间具有导电性的材料。半导体广泛应用于消费电子、通信系统、医疗仪器等领域。

集成电路:是一种微电子器件或器件。利用一定的技术,将电路中所需的晶体管、电阻器、电容器、电感器等元器件和布线连接起来。

二、不同的特点

芯片:在半导体芯片表面制造电路的集成电路又称薄膜集成电路。另一种厚膜集成电路是由独立的半导体:半导体器件和无源器件集成在基板或电路板上的小型化电路。

集成电路:集成电路技术包括芯片制造技术和设计技术,主要体现在加工设备、加工技术、封装测试、批量生产和设计创新能力等方面。

三、不同的功能

芯片:芯片晶体管发明并量产后,二极管、晶体管等各种固态半导体器件得到广泛应用,取代了真空管在电路中的功能和作用。

半导体:是在室温下导电性介于导体和绝缘体之间的材料。半导体主要用于无线电、电视和温度测量。半导体是一种从绝缘体到导体具有可控导电性的材料。从

集成电路:具有体积小、重量轻、引线和焊点少、使用寿命长、可靠性高、性能好、成本低、便于大规模生产等优点。

什么是集成电路?

集成电路的发明,是多项技术不断发展的综合结果。

最早提出制造半导体集成电路思想的,是从事雷达研究的英国科学家达默。他在1952年5月发表的一篇论文中提出:“由于现在晶体管的出现和半导体方面的研究成果,有可能制造单块形状的电子器件而省去连接线。这种器件由多层绝缘材料、通导材料、整流材料和放大材料构成,在各层中去掉某一部分就能使器件具有某种电功能。”

达默的上述设想很有意义,可惜他本人未能使之付诸实施。进入50年代以后,军事工业和宇航工业的迅速发展,迫切需要各种功能更强、能实现更加复杂功能的半导体器件,而且还希望这种器件越小巧越好。

在社会需要的刺激下,那些早期来到硅谷开创电子工业的一批年轻的微电子工程师们,很自然地把研究方向瞄准到上述目标上。他们设想把一些晶体管及一些元件在新的形式下组合成一种更复杂的线路,而不是简单地拼凑在一起,这种线路称为集成电路。从外形来看,它们就是小小的硅片,因此人们也把它们称为芯片。至今,在各种计算机、计算器及各种电器设备中处处都可以看到这种芯片。早在第二次世界大战期间,有人就已设法把油墨状的电阻材料和镀银金属片印在陶瓷基片上,做成电阻和连接线的组合体;而印刷电路工艺的发展和晶体管的发明,都为集成电路的发明做了必要的技术准备。

现在人们认为,世界上最早的集成电路,是1958年由美国物理学家基尔比和诺伊斯两人各自独立地研究发明的,为了认定这项发明的专利权,他们两人所属的公司之间曾为此引发了一场为时不短的争执,因此,回顾一下他们各自的发明过程,是很有意思的。

基尔比于1923年生于美国密苏里州杰斐逊市,1947年毕业于伊利诺大学,1950年在威斯康星大学获硕士学位。

1958年5月,基尔比进入得克萨斯仪器公司还只有3个月,他被安排去进行电子设备微型化的研究。当时电子设备应用了电子管,后来逐步使用晶体管,但体积庞大。

按照国防部的要求,基尔比的任务是研究如何通过采用较小的元件、更细密的接线,使电子设备体积缩小,更加紧凑灵巧。

在这一年夏天,当基尔比的同事都去度假时,他却在宁静的环境中,坐在办公桌前苦苦思索解决微型化问题的办法。他在想出新办法前,屡次碰壁,后来才想到,所需用的全部电路元件包括晶体管、电阻、电容在内,可以用同一种半导体材料制成;这些电路元件必须绝缘,因此能单独起作用,彼此没有干扰;而全部电路元件都焊接在半导体圆片的基片或附近,从而可以利用先进的半导体技术手段使电路相互连接,不必担心元件在连接的地方会出现短路。当时基尔比把这种电路称为固体电路(现在有人称为微型电路)。1958年9月,基尔比的第一个安置在半导体锗片上的电路——“相移振荡器”取得了成功。

诺伊斯于1927年出生于美国衣阿华州的一个小镇。他对现实世界充满了好奇心,在十二三岁时就同二哥先后制造过一架硕大的滑翔机,装配出一辆汽车。他在大学同时学习物理、数学两个专业,对晶体管及其应用也很感兴趣,在晶体管方面奠定了坚实的理论基础。在1949年考取博士研究生后,仍选修一些有助于晶体管基础研究的课程,而在学术活动中,又有机会见到晶体管领域著名的专家肖克莱等人。

诺伊斯在1953年取得博士学位后,宁愿到待遇低的小公司任职。他认为:“越是小地方,就越能得到多方面的锻炼,有利于发挥作用。这样既便于选择合适的课题进行研究,又能成为企业家。”

当1955年肖克莱在硅谷创建“肖克莱半导体公司”时,诺伊斯就是其中被聘请来的优秀科技人才之一。在肖克莱半导体实验室成立的第一年内,诺伊斯和他的同事们竭力鼓动肖克莱把研究重点转向硅晶体管,但肖克莱执意要搞四层二极管的研究。由于认识上的分歧,1957年,诺伊斯和公司的另外7名年轻人一起离开了肖克莱公司,自己成立了“仙童半导体公司”,成为硅谷的第一家专门研制硅晶体管的公司。从这个意义上来说,诺伊斯早年想当企业家的愿望果真实现了。

当时,仙童公司在生产晶体管中首先使用一种“平面工艺”。主持技术工作的是赫尔尼,他是当时硅谷最有才干的科学家之一。他提出的平面工艺法,是通过各种措施把硅表面的氧化层尽量挤压,直到压成一张扁平的薄片为止,使器件的各电极在同一个平面上。因此,只要预先设计出晶体管的电极结构图,通过照相制版的方法,把它精缩成掩模板,就可使立体形状的晶体管制作成平面形状的晶体管。于是,结构无论怎样复杂和精密的晶体管,都可以用这种平面工艺压缩在一片小小的半导体硅片上。

平面工艺法的提出,使仙童公司科学家的思路豁然开朗,他们一下子看到了令人振奋的应用前景,他们意识到,不只是几个晶体管可以放置在一块硅片上,几十个、几百个甚至几百万个晶体管都可以放到一块硅片上。

平面工艺后来很快就应用到集成电路的制造上。仙童公司的科学家发现,运用照相平板印刷技术,可以在硅的表面上,把同样的晶体管按照一定的规律重复地排列,同时又使这些晶体管彼此相连。仙童公司的副经理诺伊斯与他人共同提出了制造集成电路的平面工艺法,并主持制造出世界上第一块用半导体硅制成的集成电路。

得克萨斯仪器公司的基尔比当然也认识到平面工艺法的重大价值。在诺伊斯之前半年就在制造“相移振荡器”时成功地实现了把电子线路安放在锗片上的设想。但诺伊斯制成的硅集成电路比基尔比的锗集成电路更实用,更容易生产。

当后来回忆自己在32岁发明集成电路的情况时,诺伊斯风趣地说:“我发明集成电路,那是因为我是一个‘懒汉’。当时曾考虑,用导线连接电子元件太费事,我希望越简单越好。”

而基尔比在得克萨斯仪器公司发明了后来称为集成电路的“固体电路”后,立即得到该公司负责人的重视,他们意识到这种新电子器件的重要性,并预计它将会得到广泛的应用,因此必须大力推广。

1959年2月,基尔比为他本人的“固体电路”申请了专利。不久之后,得克萨斯仪器公司宣布,他们已生产出一种比火柴头还小的半导体固体电路。而仙童公司的诺伊斯,虽然在此之前已使用平面工艺制造出半导体硅片集成电路,但并没有及时申请专利,直到1959年7月,诺伊斯才想到要去办专利申请手续,但时间已比基尔比晚了半年。

此后上述两家公司为集成电路的发明权长期争执不休,就是因为基尔比比诺伊斯申请专利的时间要早一些。基尔比先取得专利,但他的设计思想未能实现;而诺伊斯的平面工艺技术后来成为微电子革命的基础,但他却是在基尔比之后才申请专利的,更何况这一项技术在仙童公司并不是由他一人独自发现并加以完善的。

最后经法庭裁决,集成电路的发明专利权属于基尔比,而关键的有关集成电路的内部连接技术专利权属于诺伊斯。从1961年起,两人的专利使各自所在的公司都得到很大的经济效益,而他们两人也都因此成为国内外知名的发明家及微电子学的创始人,两人还一起获得美国科技人员最渴望得到的“巴伦坦奖章”。

集成电路是什么?

一块集成电路,小的只有一二平方毫米,大的不过以平方厘米计。这种小芯片却以其信息含量大、发展迅捷和渗透力强,成为当今信息技术的核心和本世纪最重要和最有影响力的产品。在它问世之初,人们根本没有想到,这个不起眼的小东西,竟会引发一场真正的信息革命。

1948年6月30日,美国贝尔实验室发明了世界上第一台晶体管收音机。时隔十年,1958年,美国人基尔比,用硅材料做了三个电阻,一个硅功率晶体管,另用涂敷金属的方法,做了一个电容器。再把它们用很细的金属丝连接起来,安装在一块很小的锗半导体片上。这一发明,为以后日渐精密的集成电路奠定了基础。

从第一块集成电路诞生以来,集成电路平均每三年更新一代,集成度则提高四倍。与此相伴的,是以集成电路为主要元件的其它电子产品,体积相应大大缩减,成本不断降低,从而得到更广泛地普及。

IBM公司新近推出的一种便携式电脑,兼有大哥大和电脑笔记本功能,重量却只有510克。照此下去,不远的将来,钢笔式大哥大、袖珍收音机般的电脑,完全可以实现。

最有希望的新技术,是“纳米技术”。研究如何应用原子、分子现象及其结构信息的高技术。这一技术将把大规模集成电路线条宽度从微米级降到纳米量度,制造出高密度的存储器,并用此制出“纳米计算机”。

什么是集成电路(集成电路行业的现状和前景)

本文内容由互联网用户自发贡献,该文观点仅代表作者本人。本站仅提供信息存储空间服务,不拥有所有权,不承担相关法律责任。如发现本站有涉嫌抄袭侵权/违法违规的内容, 请发送邮件至 3590670841@qq.com 举报,一经查实,本站将立刻删除。

网友评论