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簡述集成電路的發明與變革

發表時間:2022-09-21
來源:網絡整理
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從發明集成電路IC)到應用的過程,是指經過特種電路設計,利用半導體加工工藝,集成於一小塊半導體(如矽、鍺等)晶片上的一組微型電子電路。

 1947年底第一塊晶體管問世,同為主動元件,相對於之前使用的真空管,晶體管具有體積小、能耗低,性能優越的特點,並且克服了真空管易碎的缺點,使其很快就成為了新興產業。

 

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在實際運用中,由於晶體管需要逐一單個生產,由其構成的分立電路亦十分複雜且體積龐大,造成了大量使用上的不便,於是1952年英國人Dummer就提出集成電路的想法,取得突破的是德州儀器的Kilby1958年基於鍺晶體研製出世界第一塊IC,但Kilby使用極細的金屬絲作為連接線,這種情況下難以大規模生產IC

於是1959年初,仙童公司Noyce用光刻技術在矽基質上製作金屬鋁連線,使得整個IC都可以用平麵工藝製作,在此基礎上工業大規模生產IC成為可能,兩人也因此被認為是集成電路的共同發明者。

此時的晶體管還處於技術發展的早期,集成電路受技術規模的局限,單個芯片往往隻能承載數個晶體管。

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不同時間段芯片集成度


隨著越來越多的需求,集成電路一次次升級換代,其發展至今的曆程可以總結為3次變革:

第一次變革——電腦元件的標準化。

1960年至1970年,係統廠商包辦了所有的設計和製造,隨著電腦的功能要求越來越多,整個設計過程耗時較長,使得部分係統廠商產品推出時便已落伍,因此,有許多廠商開始將使用的硬件標準化,1970年左右,微處理器、存儲器和其他小型IC元件逐漸標準化,也由此開始區分係統公司與專業集成電路製造公司。

第二次變革——ASIC(特殊應用集成電路)技術的誕生。

雖然有部分集成電路標準化,但在整個電腦係統中仍有不少獨立IC,過多的IC使得運行效率不如預期,ASIC技術應運而生,同時係統工程師可以直接利用邏輯門元件資料庫設計IC,不必了解晶體管線路設計的細節部分,設計觀念上的改變使得專職設計的Fabless公司出現,專業晶圓代工廠Foundry的出現填補了Fabless公司需要的產能。

第三次變革——IP(集成電路設計知識產權模塊)的興起。

由於半導體製程的持續收縮,使得單一晶片上的集成度提高,如此一來,隻是用ASIC技術,很難適時推出產品,此時IP概念興起,IP即將具有某種特定功能的電路固定化,當芯片設計需要用到這項功能時,可以直接使用這部分電路,隨之而來的是專業的IP與設計服務公司的出現。

伴隨著科技的進步,數十億的晶體管得以被臵於一塊芯片之上現如今應用範圍更是滲透到了生活和科技的方方麵麵。