信息科学与电子工程专业英语Lecture02

EE141©电子信息科学概论MTI©2011AifengRen电子信息科学概论11任爱锋电子工程学院E-mail:[e-mail]:新科技楼A901Phone:[phone]Mobile:[phone]EE141©2011AifengRen电子信息科学概论2©电子信息科学概论MTI2Unit2集成电路IntegratedCircuits•Unit2-1集成电路TheIntegratedCircuitEE141©2011AifengRen电子信息科学概论3©电子信息科学概论MTI3NewWordstransistor晶体管topology拓扑，布局flip-flop触发器，双稳态多谐振荡器die印模，模子silicon硅valve阀phosphorous磷的insulate绝缘，隔离bipolar有两极的，双极的doping掺杂(质)base基极germanium锗emitter发射极boron硼drain漏极field-effect场效应diode二极管collector集电极slab厚片，板层gate栅极EE141©2011AifengRen电子信息科学概论4©电子信息科学概论MTI4NewWordssource源极ceramic陶瓷protrude突出complementary互补的，补充的solder焊接，焊料EE141©2011AifengRen电子信息科学概论5©电子信息科学概论MTI5EE141©2011AifengRen电子信息科学概论6©电子信息科学概论MTI6Digitallogicandelectroniccircuitsderivetheirfunctionalityfromelectronicswitchescalledtransistor.Roughlyspeaking,thetransistorcanbelikenedtoanelectronicallycontrolledvalvewherebyenergyappliedtooneconnectionofthevalveenablesenergytoflowbetweentwootherconnections.1数字逻辑和电子电路由称为晶体管的电子开关得到它们的（各种）功能。粗略地说，晶体管好似一种电子控制阀，由此加在阀一端的能量可以使能量在另外两个连接端之间流动。Unit2-1集成电路EE141©2011AifengRen电子信息科学概论7©电子信息科学概论MTI7我国第一代全晶体管计算机第二代全晶体管计算机电子管收音机晶体管收音机集成电路收音机1.基本概念集成电路IntegratedCircuits/IC——是指用半导体工艺，或薄膜、厚膜工艺（或这些工艺的组合），把电路的有源、无源器件及互连布线以相互不可分离的状态制作在半导体或绝缘材料基片上，最后封装在一个管壳内，构成一个完整的、具有特定功能的电路、组件、子系统或系统。集成电路芯片设计过程框架From吉利久教授是功能要求行为设计（VHDL）行为仿真综合、优化——网表时序仿真布局布线——版图后仿真否是否否是Singoff集成电路设计规则+创意集成电路制造工艺单晶硅棒硅片前工序完成后的大圆片（Wafer）封装后的集成电路由集成电路和分立元件构成的电子模块集成度是指在单块晶片上或单个封装中构成的IC所包含的最大元器件（包括有源和无源元件）数。而SSI，MSI…GSI等分别为各分类的英文缩写，即SmallScaleIntegration，MediumScaleIntegration…GiantScaleIntegration。分类标准SSIMSILSIVLSIULSIGSI集成度102102103103105105107107108109集成电路的几个重要指标特征尺寸：即CD（CriticalDimension），表征微细加工技术水平的主要技术指标之一，是指工艺所能加工出的最小线条宽度。MOS工艺特征尺寸指工艺所能达到的最小沟道长度或栅宽双极Bipolar工艺的特征尺寸则是发射极（区）条的最小宽度晶圆直径：——集成电路制造所用的硅片（晶圆）直径，是表征集成电路工艺水平的重要指标。目前国际上主流工艺的晶圆直径为12英寸（300mm），最高生产水平已达到16英寸（400mm）2.集成电路IC历史回顾发展概况与国内外现状1947年发明第一只点接触式晶体管（1947年12月23日）世界上第一个晶体管---PNP点接触式Ge晶体管蒸金箔塑料楔金属基极锗发射极集电极0.005cm的间距晶体管的三位发明人：巴丁、肖克莱、布拉顿晶体管诞生25周年时发行的首日封1948年发明结型晶体管（JunctionTransistor）[美]BELL实验室W.Shockley肖克莱，于1948年1月提出结型晶体管模型和场效应理论，并研制出第一只结型晶体管，因此与J.Bardeen巴丁、W.H.Brattain布拉顿、一起荣获1956年诺贝尔物理学奖50年代晶体管得到大发展（材料由GeSi）1958年发明第一块简单IC美国TI公司JackS.Kilby基尔比2000年度诺贝尔物理学奖得主1952年英国科学家杜默(J.W.Dummer)首次提出了集成电路(IntegratedCircuit——IC)思想。——“随着晶体管的出现和对半导体的全面研究，现在似乎可以想象，未来电子设备是一种没有连接线的固体组件．”青年基尔比第一块集成电路集成电路草图1958年9月12日，TI公司的JackS.Kilby在德州仪器半导体实验室展示了一个构造较为简单的设备。第一次将所有有源和无源元器件都集合到只有一个曲别针大小（不足1/2英寸见方）的半导体材料上。这块集成电路共集成了十二个元件（两个晶体管、两个电容和八个电阻）。1959年美国仙童公司Fairchilds的R.Noicy诺依斯开发出用于IC的平面工艺技术，从而推动了IC制造业大发展。1959年仙童制造的IC1961年仙童制造的IC年轻时代的诺伊斯60年代TTL、ECL出现并得到广泛应用1966年MOSLSI发明（集成度高，功耗低）70年代MOSLSI得到大发展（出现集成化微处理器，存储器）80年代VLSI出现，使IC进入了崭新的阶段。（其标志为CD2m，集成度105个元件/片）90年代ASIC、ULSI和巨大规模集成GSI等代表更高技术水平的IC不断涌现，并成为IC应用的主流产品。21世纪SOC、纳米器件与电路等领域的研究已展开展望可望突破一些先前认为的IC发展极限，对集成电路IC的涵义也将有新的诠释。黄—里斯理论黄昆方程黄—漫散射黄朱模型“真人”黄昆（1919-2005）“中国的黄昆是最聪明的。”量子力学创始人之一的玻恩在自传中这样评价自己的弟子。黄昆与他合著的《晶格动力学》被誉为这一领域的圣经。在给爱因斯坦的信中，玻恩写道：“书稿内容已完全超越了我的理论。我能懂得年轻的黄昆以我们两人名义所写的东西，就很高兴了。”中国的半导体传奇林兰英院士（中科院半导体所）谢希德院士（复旦大学）李志坚院士（清华大学）王阳元院士（北京大学）陈星弼院士（电子科技大学）3.世界半导体行业概况1、世界主要半导体公司INTEL[美]TI（德州仪器）[美]NEC[日]STM[意法]TOSHIBA[日]SAMSUNG[韩]MOTOROLA[美]PHILIPS[荷]HITACHI[日]Infineon[德]AMD[美]IBM[美]NS[美]OnSemi[美]ADI[美]MAXIM[美]FreeScale[美]EricssonComponents[瑞典]2008排名2009排名公司08收入（亿美元）09收入（亿美元）变化总份额11Intel337.67320.95-5.0%14.2%22SamsungElectronics169.02171.231.3%7.6%33Toshiba110.81106.40-4.0%4.7%44TexasInstruments110.6896.12-13.2%4.2%55STMicroelectronics103.2584.00-18.6%3.7%86Qualcomm64.7764.750.0%2.9%97Hynix60.2359.40-1.4%2.6%68RenesasTechnology70.1756.64-19.3%2.5%129AMD54.5550.38-7.6%2.2%710Sony69.5046.70-32.8%2.1%数据来源：iSuppli公司2009年世界半导体公司排名1111NECElectronics58.2644.03-24.4%1.9%1012InfineonTechnologies59.5443.40-27.1%1.9%1413Broadcom46.4341.98-9.6%1.9%1614MicronTechnology44.3539.95-9.9%1.8%2415MediaTek28.9635.2421.7%1.6%1916ElpidaMemory35.9934.98-2.8%1.5%1317FreescaleSemiconductor49.6633.44-32.7%1.5%1518PanasonicCorporation44.7333.30-25.6%1.5%1719NXP40.5532.47-19.9%1.4%1820SharpElectronics36.0728.86-20.0%1.3%大小：长24m，宽6m，高2.5m速度：5000次/sec；重量：30吨；功率：140KW；平均无故障运行时间：7min第一台通用电子计算机：ENIAC1946年2月14日MooreSchool，Univ.ofPennsylvania18,000个电子管70000个电阻、10000个电容器以及6000个继电器组成。3.微处理器的发展•1979年3月•16Bit•2.9万晶体管•5到8MHz•1.5µm•1985年10月•32Bit•27.5万晶体管•16到32MHz•1µm8088Intel386•1971年•第一个微处理器•2000多个晶体管•10µm•1982年286微处理器•13.4万个晶体管•6MHz、8MHz、10MHz和12.5MHz4044•1989年4月•25到50MHz•1-0.8µm•32Bit•120万晶体管Intel486Pentium•1993年3月•32Bit•310万晶体管•60到166MHz•0.8µmP6(PentiumPro)1996年150-200MHz196mm2550万晶体管0.35µm20W功耗387管脚2007年英特尔推出45nm正式量产工艺，45nm技术是全新的技术，可以让摩尔定律至少再服役10年。多核微处理器AMD四核“Barcelona”处理器采用300mm晶圆，45纳米技术制造21世纪微电子芯片技术展望所谓Moore定律是在1965年由INTEL公司的Gordon.Moore戈登.摩尔提出的，其内容是硅集成电路按照4年（后来发展到3年）为一代、每代的芯片集成度要翻两番、工艺线宽约缩小30%、IC工作速度提高1.5倍等发展规律发展。1、沿着Moore定律继续高速发展增大晶圆尺寸缩小器件的特征尺寸高性能低功耗低成本DNA芯片单电子晶体管(SET)自旋晶体管碳纳米管晶体管(CNT)分子晶体管取代SiCMOS的下一代新型器件？解调/纠错传输反向多路器MPEG解码DRAMDRAM声频接口视频接口IBMCPUSTBPSCIIEEE1284GPIO,etcDRAM卫星/电缆第二代将来第三代SOC2、片上芯片（SOC）：集成电路IC集成系统IS片上芯片（SystemOnaChip）的概念是20世纪90年代提出来的，它的目标是为了克服多芯片集成系统所产生的一些困难，通过提高芯片集成的系统功能以获得更高的系统性能。七十年代的集成电路设计•微米级工艺•基于晶体管级互连•主流CAD：图形编辑VddABOut八十年代的电子系统设