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电子元器件太多怎么办——集成电路诞生与发展 丨半导体行业
2021-11-29 10:33:04 岚羽Lyu

晶体管的问世被誉为20世纪最伟大的发明之一,它解决了电子管存在的大部分问题。可是单个晶体管的出现,仍然不能满足电子技术飞速发展的需要。随着电子技术应用的不断推广和电子产品发展的日趋复杂,电子设备中应用的电子器件越来越多。例如,第二次世界大战末出现的B29轰炸机上装有1千个电子管和1万多个无线电元件;电子计算机就更不用说了,1960年上市的通用型号计算机有10万个二极管和2.5万个晶体管。一个晶体管只能取代一个电子管,极为复杂的电子设备中就可能要用上百万个晶体管。一个晶体管有3只引脚,复杂一些的设备就可能有数百万个焊接点,稍有不慎,就极有可能出现故障。为确保设备的可靠性,缩小其重量和体积,人们迫切需要在电子技术领域来一次新的突破,这些都预示着集成电路技术的问世。集成电路是在一块极其微小的半导体晶片上,将成千上万的晶体管、电阻、电容及连接线做在一起,它是材料、元件、晶体管三位一体的有机结合。本质上,集成电路是最先进的晶体管——外延平面晶体制造工艺的延续。


1958年12月,在美国德州仪器公司(TI)工作的基尔比成功地制作出世界上第一片集成电路。他使用一根半导体单晶硅制成了相移振荡器,这个振荡器所包含的4个元器件已不需要用金属导线相连,硅棒本身既作为电子元器件的材料,又构成使它们之间相连的通路。


最先进的集成电路是微处理器或多核处理器的核心,可以控制一切电路,从数字微波炉、手机到电脑。存储器和特定应用集成电路是其他集成电路家族的例子,对于现代信息社会非常重要。虽然设计开发一个复杂集成电路的成本非常高,但是当成本分散到数以百万计的产品上时,每个集成电路的成本便能最小化。集成电路的性能很高,因为小尺寸带来短路径,使得低功率逻辑电路可以在快速开关速度应用。


这些年来,集成电路持续向更小的外型尺寸发展,使得每个芯片可以封装更多的电路。这样增加了每单位面积容量,可以降低成本和增加功能-见摩尔定律,集成电路中的晶体管数量,每1.5年增加一倍。总之,随着外形尺寸缩小,几乎所有的指标改善了-单位成本和开关功率消耗下降,速度提高。但是,集成纳米级别设备的IC不是没有问题,主要是泄漏电流。因此,对于最终用户的速度和功率消耗增加非常明显,制造商面临使用更好几何学的尖锐挑战。这个过程和在未来几年所期望的进步,在半导体国际技术路线图中有很好的描述。


仅仅在其开发后半个世纪,集成电路变得无处不在,电脑、手机和其他数字电器成为现代社会结构不可缺少的一部分。这是因为,现代计算、交流、制造和交通系统,包括互联网,全都依赖于集成电路的存在。甚至有很多学者认为集成电路带来的数字革命是人类历史中最重要的事件。IC的成熟将会带来科技的大跃进,不论是在设计的技术上,或是半导体的工艺突破,两者都是息息相关。


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