電路前沿發(fā)展

1、附件5：課程前沿內(nèi)容教案（1學時）主要包括以下內(nèi)容：課程的最前沿內(nèi)容和最新動態(tài)，課程中的熱點問題和最新思維方法的應(yīng)用情況電路電路前沿發(fā)展前沿發(fā)展自本世紀初，真空電子管發(fā)明后，至今電子器件至今已經(jīng)歷了五代的發(fā)展過程。集成電路（IC）的誕生，使電子技術(shù)出現(xiàn)了劃時代的革命，它是現(xiàn)代電子技術(shù)和計算機發(fā)展的基礎(chǔ)，也是微電子技術(shù)發(fā)展的標志。集成電路規(guī)模的劃分，目前在國際上尚無嚴格、確切的定義。在發(fā)展過程中，人們逐漸形成一種似乎比較一致的劃分意見，按

2、芯片上所含邏輯門電路或晶體管的個數(shù)作為劃分標志。一般人們將單塊芯片上包含100個元件或10個邏輯門以下的集成電路稱為小規(guī)模集成電路；而將元件數(shù)在100個以上、1000個以下，或邏輯門在10個以上、100個以下的稱為中規(guī)模集成電路；門數(shù)有100─100000個元件的稱大規(guī)模集成電路（LSI），門數(shù)超過5000個，或元件數(shù)高于10萬個的則稱超大規(guī)模集成電路（VLSI）。電路集成化的最初設(shè)想是在晶體管興起不久的1952年，由英國科學家達默提出

3、的。他設(shè)想按照電子線路的要求，將一個線路所包含的晶體管和二極管，以及其他必要的元件統(tǒng)統(tǒng)集合在一塊半導體晶片上，從而構(gòu)成一塊具有預(yù)定功能的電路。1958年，美國德克薩斯儀器公司的一位工程師基爾比，按照上述設(shè)想，制成了世界上第一塊集成電路。他使用一根半導體單晶硅制成了相移振蕩器，這個振蕩器所包含的4個元器件已不需要用金屬導線相連，硅棒本身既用為電子元器件的材料，又構(gòu)成使它們之間相連的通路。同年，另一家美國著名的仙童電子公司也宣稱研制成功集成

4、電路。由該公司赫爾尼等人所發(fā)明的一整套制作微型晶體管的新工藝──“平面工藝“被移用到集成電路的制作中，使集成電路很快從實驗室研制試驗階段轉(zhuǎn)入工業(yè)生產(chǎn)階段。1959年，德克薩斯儀器公司首先宣布建成世界上第一條集成電路生產(chǎn)線。1962年，世界上出現(xiàn)了第一塊集成電路正式商品。雖然這預(yù)示著第三代電子器件已正式登上電子學舞臺。不久，世界范圍內(nèi)掀起了集成電路的研制熱潮。早期的典型硅芯片為1.25毫米見方。60年代初，國際上出現(xiàn)的集成電路產(chǎn)品，每個硅

5、片上的元件數(shù)在100個左右；1967所已達到1000個晶體管，這標志著大規(guī)模集成階段的開端；到1976年，發(fā)展到一個芯片上可集成1萬多個晶體管；進入80年代以來，一塊硅片上有幾萬個晶體管的大規(guī)模集成電路已經(jīng)很普遍了，并且正在超大規(guī)模集成電路發(fā)展。如今，已出現(xiàn)屬于第五代的產(chǎn)品，在不到50平方毫米的硅芯片上集成的晶體管數(shù)激增到200萬只以上。集成電路技術(shù)發(fā)展趨勢目前以集成電路為核心的電子信息產(chǎn)業(yè)超過了以汽車、石油、鋼鐵為代表的傳統(tǒng)工業(yè)成為第

6、一大產(chǎn)業(yè)成為改造和拉動傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)邁向數(shù)字時代的強大引擎和雄厚基石。1999年全球集成電路的銷售額為1250億美元而以集成電路為核心的電子信息產(chǎn)業(yè)的世界貿(mào)易總額約占世界GNP的3%現(xiàn)代經(jīng)濟發(fā)展的數(shù)據(jù)表明每l~2元的擇。此外作為新一代的光刻技術(shù)X射線和離子投影光刻技術(shù)也在研究之中。(3)測試。由于系統(tǒng)芯片(SoC)的測試成本幾乎占芯片成本的一半因此未來集成電路測試面臨的最大挑戰(zhàn)是如何降低測試成本。結(jié)構(gòu)測試和內(nèi)置自測試可大大縮短測試開發(fā)時間和降

7、低測試費用。另一種降低測試成本的測試方式是采用基于故障的測試。在廣泛采用將不同的IP核集成在一起的情況下還需解決時鐘異步測試問題。另一個要解決的問題是提高模擬電路的測試速度。(4)封裝。電子產(chǎn)品向便攜式小型化、網(wǎng)絡(luò)化和多媒體化方向發(fā)展的市場需求對電路組裝技術(shù)提出了苛刻需求集成電路封裝技術(shù)正在朝以下方向發(fā)展:①裸芯片技術(shù)。主要有COB(ChipOI1Board)技術(shù)和FlipChip(倒裝片)技術(shù)兩種形式。②微組裝技術(shù)。是在高密度多層互連

8、基板上采用微焊接和封裝工藝組裝各種微型化片式元器件和半導體集成電路芯片形成高密度、高速度、高可靠的三維立體機構(gòu)的高級微電子組件的技術(shù)其代表產(chǎn)品為多芯片組件(MCM)。③圓片級封裝。其主要特征是：器件的外引出端和包封體是在已經(jīng)過前工序的硅圓片上完成然后將這類圓片直接切割分離成單個獨立器件。④無焊內(nèi)建層(BumplessBuildUpLayerBBLIL)技術(shù)。該技術(shù)能使CPIJ內(nèi)集成的晶體管數(shù)量達到10億個并且在高達20GHz的主頻下運行

9、從而使CPU達到每秒1億次的運算速度。此外BBUL封裝技術(shù)還能在同一封裝中支持多個處理器因此服務(wù)器的處理器可以在一個封裝中有2個內(nèi)核從而比獨立封裝的雙處理器獲得更高的運算速度。此外BBUL封裝技術(shù)還能降低CPIJ的電源消耗進而可減少高頻產(chǎn)生的熱量。(5)材料。集成電路的最初材料是鍺而后為硅一些特種集成電路(如光電器件)也采用三五族(如砷化鎵)或二六族元素(如硫化鎘、磷化銦)構(gòu)成的化合物半導體。由于硅在電學、物理和經(jīng)濟方面具有不可替代的優(yōu)

10、越性故目前硅仍占據(jù)集成電路材料的主流地位。鑒于在同樣芯片面積的情況下硅圓片直徑越大其經(jīng)濟性能就越優(yōu)越因此硅單晶材料的直徑經(jīng)歷了1、2、3、5、6、8英寸的歷史進程目前國內(nèi)外加工廠多采用8英寸和12英寸硅片生產(chǎn)16和18英寸(450mm)的硅單晶及其設(shè)備正在開發(fā)之中預(yù)計2016年左右18英寸硅片將投入生產(chǎn)。此外為了適應(yīng)高頻、高速、高帶寬的微波集成電路的需求SoI(SilicononInsulat)材料化合物半導體材料和鍺硅等材料的研發(fā)也有

11、不同程度的進展。(6)應(yīng)用。應(yīng)用是集成電路產(chǎn)業(yè)鏈中不可或缺的重要環(huán)節(jié)是集成電路最終進入消費者手中的必經(jīng)之途。除眾所周知的計算機、通信、網(wǎng)絡(luò)、消費類產(chǎn)品的應(yīng)用外集成電路正在不斷開拓新的應(yīng)用領(lǐng)域諸如微機電系統(tǒng)微光機電系統(tǒng)生物芯片(如DNA芯片)超導等。這些創(chuàng)新的應(yīng)用領(lǐng)域正在形成新的產(chǎn)業(yè)增長點。(7)基礎(chǔ)研究?；A(chǔ)研究的主要內(nèi)容是開發(fā)新原理器件包括:共振隧穿器件(RTD)、單電子晶體管(SET)、量子電子器件、分子電子器件、自旋電子器件等。技