集成电路的发展

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  引言
  在电子行业,集成电路的应用非常广泛,每年都有许许多多通用或专用的集成电路被研发与生产出来,本文将对集成电路的应用以及发展作一全面的阐述。
  1、集成电路概述
  集成电路,英文为Integrated Circuit,缩写为IC;即采用一定的工艺,将一个系统中所需的电阻、电容、晶体管等等元件布线互连在一起,形成一块能实现特定功能的微系统。它是经过氧化、光刻、扩散、外延、蒸铝等半导体制造工艺,把这个微系统中所需的部件如半导体、电容、电阻以及它们之间的连接导线全部集成在一小块硅片上,然后焊接封装在一个管壳内的电子器件。从外观上看,它是一个完整器件,在大小、能耗、寿命、可靠性等方面远优于晶体管期间电路,目前已广泛应用于工业或生活的电子设备中。
  2、集成电路的发展历程
  1947年晶体管的出现标志着集成电路的工业就此起步。1950年结型晶体管的诞生是集成电路发展史上一个重大的里程碑。1951年场效应晶体管发明。1958年美国德州仪器(TI)公司的科学家们研制出世界上第一块集成电路。1959年美国仙童(Fairchilds)的诺伊斯研制出用于IC的Si平面工艺,这对集成电路的工业化生产铺平了道路。60年代出现TTL门电路,并得到广泛应用。70年代MOL门的出现逐渐取代了TTL门电路,64K DRAM是其典型的产品。80年代VLSI(超大规模集成电路)的出现,使得IT行业进入崭新阶段,越来越多的产品蜂拥而至。90年代至今,GSI(巨大规模集成电路)成为IC行业的主流。
  3、集成电路的工艺指标
  3.1集成度
  集成度是以一个芯片所包含的门电路(或器件)的个数来衡量的,集成度的不断增高,使得单位面积上的门电路越来越多,实现的功能越来越强大,速度和可靠性越来越高、功耗进一步降低、成本也越来越小,因此说集成度的高低是IC行业发展水平的体现。在集成度如此之高的今天。要想更进一步提高集成度,一般采取增大芯片面积、缩小器件特征尺寸等等措施;集成度的提高是IC进入偏上系统(SoC)时代。
  3.2特征尺寸
  特征尺寸是器件中最小线条的宽度,也为最小线条宽度和线条间距之和的一半。如何减小特征尺寸对于集成度的提高有着重大意义,其技术支持主要取决于光刻。现如今,IC的特征尺寸已经向深亚微米发展,已经在大批量生产的尺寸是0.15μm 、0.13μm、90nm工艺,Intel公司目前已研制出65nm技术。
  3.3光刻
  光刻技术指在集成电路的制造过程中使用的化学—物理刻蚀方法。将电路图形制成的模板“复制”到电路板上。随着半导体激素的成熟,光刻技术传递图形的尺寸缩小了3个量级。从常规光学技术,到现在的电子束、微离子束技术;使用波长从过去4000埃,到如今的 0.1埃。光刻技术已然成为一种极其精密的微细加工技术。
  3.4封装
  封装就是将已经能实现功能的集成电路用一定方法,安放、固定、密封等技术。以防止芯片滑动,避免空气中的杂质污染电路而对其产生影响,同时封装的当的芯片易于包装运输,不易损坏。封装技术的高低影响芯片自身的性能以及和它相连的PCB的设计制造,所以说封装也是集成电路生产中至关重要的一环。
  4、集成电路未来发展趋势及新技术
  4.1集成电路发展趋势
  随着微电子工艺技术的持续发展和成熟,集成电路已进入超深亚微米时代, 高集成度、高速度、高性价比、低功耗仍然是IC业发展的目标
  1)器件特征尺寸持续缩小
  自1965年以来,纵向来看,集成度每年都有所提高,平均每过18个月,集成度就翻一番,持续地按摩尔定律增长,这是基于栅长不断缩小的结果。IC技术作为50年来发展最为迅猛的技术,设计规则从1959至今已近缩小了138倍,晶体管的价格更是从原先的天价到现在的”白菜价”,如果房地产能按此速度降价,那么如今人们能每天搬家了。
  2)系统集成芯片(SoC)
  从横向看,集成电路不仅在自身设计发展方向上寻求进展,更是与不同类型的集合电路结合新的学科或专业知识,不断改变着传统分工的格局。如今已形成各式各样的片上系统(SoC,System on Chip)。SoC的出现实现了集成电路工业的第四次飞跃,必将引领一次以系统芯片为主体的信息产业革命。
  3)学科结合将带动关联发展
  微电子工业技术的持续发展和应用领域的不断扩大,与其他一些交叉学科及其有关技术结合,共同发展。例如微电机系统、光电系统、嵌入式系统,医学物理——将物理学的原理和方法应用于人类疾病预防、诊断、治疗和保健的交叉学科——它们都将取得明显进展。
  4)未来应用
  性价比的不断攀升是集成电路发展源源不断的动力,在今后的若干年内,摩尔定律还将继续起作用。集成电路与系统之间的界限已经被打破,成为了各行各业智能工作的基石。
  4.2集成电路发展新技术
  1)无焊内建层技术。
  2)微组装技术。
  3)纳米级光刻技术。
  4)微细加工技术。
  5)铜互连技术。
  6)应变硅材料制造技术。
  (作者单位:湖南汽车工程职业学院)
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