1章11～12信息与微电子技术

按一下以編輯母片標題樣式,按一下以編輯母片,第二層,第三層,第四層,第五層,36,第,1,章 信息技术概述,第,1,章 信息技术概述,1.1,信息与信息技术,1.2,微电子技术简介,1.1信息与,信,信息技,术,术,（1）什么,是,是信息,（2）信息,处,处理与,信,信息技,术,术,（3）信息,处,处理系,统,统,信息是,什,什么？,(,(1),关于信,息,息（information），至,今,今并没,有,有统一,的,的定义,日常生,活,活中比,较,较笼统,和,和模糊,的,的几种,解,解释是,：,：,语言、,文,文字、,图,图画、,照,照片等,表,表示的,内,内容（,新,新闻、,消,消息或,知,知识）,读书、,上,上课、,交,交谈等,所,所学习,和,和了解,的,的知识,、,、方法,、,、事实,和,和情况,为了做,判,判断、,订,订计划,或,或求解,问,问题等,所,所需要,的,的数据,、,、资料,信息是,什,什么？,(,(2),中国大,百,百科全,书,书的解,释,释：从,认,认识论,层,层次来,看,看，信,息,息是指,认,认识主,体,体所感,知,知或主,体,体所表,述,述的,“,“事物运,动,动的状,态,态及状,态,态变化,的,的方式”,信息因,它,它所表,达,达的内,容,容而有,一,一定的,价,价值，,也,也因能,相,相互交,流,流而体,现,现其作,用,用,信息有,多,多种表,现,现形式,，,，语言,、,、文字,、,、声音,、,、图片,等,等都是,信,信息的,表,表现形,式,式(也称为,信,信息的,载,载体或,媒,媒体),信息与,物,物质和,能,能量同,样,样重要,，,，它是,人,人们认,识,识世界,、,、改造,世,世界的,一,一种基,本,本资源,什么是,信,信息处,理,理？,信息处,理,理指的,是,是与下,列,列内容,相,相关的,行,行为和,活,活动：,信息的,收,收集(如信息,的,的感知,、,、测量,、,、获取,、,、输入,等,等),信息的,加,加工(如信息,的,的分类,、,、计算,、,、分析,、,、转换,等,等),信息的,存,存储(如书写,、,、摄影,、,、录音,、,、录像,等,等),信息的,传,传递(如邮寄,、,、电报,、,、电话,、,、广播,等,等),信息的,施,施用(如控制,、,、显示,等,等),人工进,行,行信息,处,处理的,过,过程,人工信,息,息处理,的,的不足,：,：,算不快,记不住,传不远,看（听,）,）不清,事物,客体,信息获取,(,感觉器官,),信息加工与,存储,(,大脑,),信息传递,(,神经系统,),信息施用,(,效应器官,),信息传递,(,神经系统,),信息技术（,IT,）,手/脚/身,眼/耳/鼻/舌/身,什么是,信,信息技,术,术？,信息技,术,术（InformationTechnology，简称IT）指的,是,是用来,扩,扩展人,们,们信息,器,器官功,能,能、协,助,助人们,更,更有效,地,地进行,信,信息处,理,理的一,门,门技术,。,。,信息技,术,术包括,：,：,扩展感,觉,觉器官,功,功能的感测(获取)与识别,技,技术,扩展神,经,经系统,功,功能的通信技,术,术,扩展大,脑,脑功能,的,的计算(处理)与存储,技,技术,扩展效,应,应器官,功,功能的控制与,显,显示技,术,术,信息技,术,术的发,展,展历史,语言的,形,形成和,使,使用,文字的,创,创造,印刷技,术,术的发,明,明,望远镜,、,、显微,镜,镜,电报和,电,电话通,信,信,广播、,电,电视,雷达、卫星（,遥,遥感感,测,测）,计算机、机器,人,人,因特网,（,（Internet）,现代信,息,息技术,3大特征,：,：,采用电,子,子技术,（,（包括,激,激光技,术,术）,以数字,技,技术（,计,计算机,）,）为基,础,础,以软件,为,为核心,内容：,计算机、微电子、通信、广播,、,、遥感,遥,遥测、,自,自动控,制,制、机,器,器人等,什么是,信,信息处,理,理系统,？,？,用于辅,助,助人们,进,进行信,息,息获取,、,、传递,、,、存储,、,、加工,处,处理、,控,控制及,显,显示的综合使,用,用各种,信,信息技,术,术的系,统,统，可以,通,通称为,信,信息处,理,理系统,信息处,理,理系统,的,的结构,：,：,传输,/,存储,信息加工,传输,/,存储,控制与显示,感测与识别,信息输入,信息输出,信息处,理,理系统,举,举例,雷达：,以,以感,测,测与识,别,别为主,要,要目的,电视/广播：以单向,、,、点到,多,多点的,信,信息传,递,递为主,要,要目的,电话：以双,向,向、点,到,到点的,信,信息交,互,互为主,要,要目的,银行：以处理,金,金融信,息,息为目,的,的,图书馆,：,：以信息,收,收藏和,检,检索为,主,主要目,的,的,因特网：跨越,全,全球的,多,多功能,信,信息处,理,理系统,1.2微电子,技,技术简,介,介,（1）微电,子,子技术,与,与集成,电,电路,（2）集成,电,电路的,制,制造,（3）集成,电,电路的,发,发展趋,势,势,（4）IC卡,(1)微电子,技,技术与,集,集成电,路,路,微电子,技,技术是,信,信息技,术,术领域,中,中的关,键,键技术,，,，是发,展,展电子,信,信息产,业,业和各,项,项高技,术,术的基,础,础,微电子,技,技术的,核,核心是,集,集成电,路,路技术,电子电,路,路中元,器,器件的,发,发展演,变,变,晶体管,(1948),中,/,小规模,集成电路,(1950,s),微电子,技,技术是,以,以集成电,路,路为核心,的,的电子,技,技术，,它,它是在,电,电子元,器,器件小,型,型化、,微,微型化,的,的过程,中,中发展,起,起来的,。,。,大规模,/,超大规模,集成电路,(1970,s),电子管,(1904),什么是,集,集成电,路,路？,集成电,路,路(IntegratedCircuit，简称IC)：,以半导,体,体单晶,片,片作为,基,基片,采用平,面,面工艺,，,，将晶,体,体管、,电,电阻、,电,电容等,元,元器件,及,及其连,线,线所构,成,成的电,路,路制作,在,在基片,上,上所构,成,成的一,个,个微型,化,化的电,路,路或系,统,统,集成电,路,路的优,点,点：,体积小,、,、重量,轻,轻,功耗小,、,、成本,低,低,速度快,、,、可靠,性,性高,超大规模集成电路,小规模集成电路,集成电,路,路的分,类,类,按用途,分,分：,通用集,成,成电路,专用集,成,成电路（ASIC）,按电路,的,的功能,分,分：,数字集,成,成电路,模拟集,成,成电路,按晶体,管,管结构,、,、电路,和,和工艺,分,分：,双极型,（,（Bipolar）电路,金属氧,化,化物半,导,导体(MOS)电路,按集成,度,度(,芯片中,包,包含的,元,元器件,数,数目),分：,集成电路规模,元器件数目,小规模集成电路（,SSI,）,100,中规模集成电路（,MSI,）,1003000,大规模集成电路（,LSI,）,300010,万,超大规模集成电路（,VLSI,）,10,万,几十亿,极大规模集成电路（,ULSI,）,100,万,附：常,见,见集成,电,电路产,品,品的类,型,型,混合电路,A/D,转换器,D/A,转换器,(2)集成电,路,路的制,造,造(选学),集成电,路,路的制,造,造工序,繁,繁多，,从,从原料,熔,熔炼开,始,始到最,终,终产品,包,包装大,约,约需要400多道工,序,序，工艺,复,复杂且,技,技术难,度,度非常,高,高，有,一,一系列,的,的关键,技,技术。,许,许多工,序,序必须,在,在恒温,、,、恒湿,、,、超洁,净,净的无,尘,尘厂房,内,内完成,。,。,目前兴,建,建一个,有,有两条,生,生产线,能,能加工8英寸晶,圆,圆的集,成,成电路,工,工厂需,投,投资人,民,民币10亿元以,上,上。,集成电,路,路的制,造,造流程,硅抛光片,单晶硅锭,单晶硅锭经切割、研磨和抛光后制成镜面一样光滑的圆形薄片，称为“硅抛光片”,晶圆,硅平面工艺,硅平面工艺包括氧化、光刻、掺杂和互连等工序，最终在硅片上制成包含多层电路及电子元件的集成电路。通常每一硅抛光片上可制作成百上千个独立的集成电路，这种整整齐齐排满了集成电路的硅片称作“晶圆”,芯片,检测、分类,集成电路,封装,对晶圆上的每个电路进行检测，然后将晶圆切开成小片，把合格的电路分类，再封装成一个个独立的集成电路,成品测试,成品,进行成品测试，按其性能参数分为不同等级，贴上规格型号及出厂日期等标签，成品即可出厂,集成电,路,路的封装,集成电,路,路封装目,的,的：,电功能,、,、散热,功,功能、,机,机械与,化,化学保,护,护功能,常见的,封,封装方,式,式：,单列直,插,插式（SIP）,双列直,插,插式（DIP）,阵列式（PGA）,塑料有,引,引线芯,片,片载体,（,（PLCC）,扁平贴,片,片式(PQFP,),),球栅阵,列,列封装(BGA),小外形,封,封装（SOP）,FC-PGA2,封装方式,（,Pentium 4,处理器）,集成电路插座,集成电,路,路的封装形,式,式,(3)集成电,路,路的发,展,展趋势,集成电,路,路的工,作,作速度,主,主要取,决,决于晶,体,体管的,尺,尺寸。,晶,晶体管,的,的尺寸,越,越小，,其,其极限,工,工作频,率,率越高,，,，门电,路,路的开,关,关速度,就,就越快,，,，相同,面,面积的,晶,晶片可,容,容纳的,晶,晶体管,数,数目就,越,越多。,所以从,集,集成电,路,路问世,以,以来，,人,人们就,一,一直在,缩,缩小晶,体,体管、,电,电阻、,电,电容、,连,连接线,的,的尺寸,上,上下功,夫,夫。,IC集成度,提,提高的,规,规律,Moore定律：单块集,成,成电路,的,的集成,度,度平均,每,每18个月翻,一,一番,(Gordon E,.,.Moore,1965年),晶体管,数,数,例：Intel微处理,器,器集成,度,度的发,展,展,酷睿2双核（2006）291410M晶体管,酷睿2四核（2007）820M晶体管,1 000,1970,1975,1980,1985,1990,1995,2000,10 000,100 000,10,6,10x10,6,100x10,6,4004,8008,8080,8086,80286,80386,Pentium,Pentium II,Pentium III,Pentium 4,80486,2010,1000x10,6,CORE 2 Duo,CORE 2 Quad,集成电,路,路技术,的,的发展,趋,趋势,1999,2001,2004,2008,2014,工艺(,m),0.18,0.13,0.09,0.0,45,0.014,晶体管(,M),23.8,47.6,135,539,3500,时钟频率(,GHz),1.2,1.6,2.0,2.655,10,面积(,mm,2,),340,340,390,468,901,连线层数,6,7,8,9,10,晶圆直径,(,英寸,),12,12,14,16,18,减小蚀,刻,刻尺寸,，,，缩小,晶,晶体管,、,、电阻,、,、电容,和,和连线,的,的尺寸,增大硅,晶,晶圆的,面,面积：,使,使每块,晶,晶圆能,生,生产更,多,多的芯,片,片,进一步,提,提高集,成,成度的,问,问题与,出,出路,问题：,线宽进,一,一步缩,小,小后，,晶,晶体管,线,线条小,到,到纳米级时，其,电,电流微,弱,弱到仅,有,有几十,个,个甚至,几,几个电,子,子流动,，,，晶体,管,管将逼,近,近其物,理,理极限,而,而无法,正,正常工,作,作,出路：,在纳米尺,寸,寸下，纳,米,米结构,会,会表现,出,出一些,新,新的量子现,象,象和效,应,应，人们,正,正在利,用,用这些,量,量子效,应,应研制,具,具有全,新,新功能,的,的量子器,件,件，使能,开,开发出,新,新的纳米芯,片,片和量子计,算,算机,同时，,正,正在研,究,究将光作为信,息,息的载,体,体，发,展,展光子,学,学，研,制,制集成光,路,路，或把,电,电子与,光,光子并,用,用，实,现,现光电子,集,集成,(4)IC卡简介,几乎每,个,个人每,天,天都与IC卡打交,道,道，例,如,如我们,的,的身份,证,证、手,机,机SIM卡、交,通,通卡、,饭,饭卡等,等,等，什,么,么是IC卡？它,有,有哪些,类,类型和,用,用途？,工,工作原,理,理大致,是,是怎样,的,的？下,面,面是简,单,单介绍,。,。,什么是IC卡？,IC卡(chipcard、smartcard)，又称,为,为集成,电,电路卡,，,，它是,把,把集成,电,电路芯,片,片密封,在,在塑料,卡,卡基片,内,内，使,其,其成为,能,能存储,信,信息、,处,处理和,传,传递数,据,据的载,体,体,特点：,存储信,息,息量大,保密性,能,能强,可以防,止,止伪造,和,和窃用,抗干扰,能,能力强,可靠性,高,高,应用举,例,例：,作为电子证,件,件，记录,持,持卡人,的,的信息,，,，用作,身,身份识,别,别（如,身,身份证,、,、考勤,卡,卡、医,疗,疗卡、,住,住房卡,等,等）,作为电子钱,包,包（如电,话,话卡、,公,公交卡,、,、加油,卡,卡等）,IC卡的类,型,型(按芯片,分,分类),存储器,卡,卡：封装的,集,集成电,路,路为存,储,储器，,信,信息可,长,长期保,存,存，也,可,可通过,读,读卡器,改,改写。,结,结构简,单,单，使,用,用方便,。,。用于,安,安全性,要,要求不,高,高的场,合,合，如,电,电话卡,、,、水电,费,费卡、,公,公交卡,、,、医疗,卡,卡等（带加,密,密逻辑,的,的存储,器,器卡增加了,加,加密电,路,路,）,CPU卡：封装的,集,集成电,路,路为中,央,央处理,器,器（CPU）和存,储,储器，,还,还配有,芯,芯片操,作,作系统(ChipOperatingSystem)，处理,能,能力强,，,，保密,性,性更好,，,，常用,作,作证件,和,和信用,卡,卡使用,。,。手机,中,中使用的SIM卡就是,一,一种特,殊,殊的CPU卡。,IC卡的类,型,型(按使用,方,方式分,类,类),接触式IC卡(如电话IC卡),表面有,方,方型镀,金,金接口,，,，共8个或6个镀金,触,触点。,使,使用时,必,必须将IC卡插入,读,读卡机,，,，通过,金,金属触,点,点传输,数,数据。,用于信,息,息量大,、,、读写,操,操作比,较,较复杂,的,的场合,但易磨,损,损、怕,脏,脏、寿,命,命短,非接触,式,式IC卡(射频卡,、,、感应,卡,卡),采用电,磁,磁感应,方,方式无,线,线传输,数,数据，,解,解决了,无,无源（,卡,卡中无,电,电源）,和,和免接,触,触问题,操作方,便,便，快,捷,捷，采,用,用全密,封,封胶固,化,化，防,水,水、防,污,污，使,用,用寿命,长,长,用于读,写,写信息,较,较简单,的,的场合,，,，如身,份,份验证,等,等,接触式,IC,卡,接触式,IC,卡的结构,非接触式,IC,卡,非接触,式,式IC卡的工,作,作原理,（,（选学,）,）,读卡器,发,发出一,组,组固定,频,频率的,无,无线电,波,波(射频信,号,号)，通过,天,天线向,外,外发射,IC卡激活,后,后，通,过,过辐射,电,电磁信,号,号将卡,内,内数据,发,发射出,去,去(或接收,读,读卡器,送,送来的,数,数据),当IC卡处在,读,读卡器,有,有效范,围,围(一般为510cm,),)内时，,卡,卡内的,一,一个LC串联谐,振,振电路(谐振频,率,率相同,的,的)便产生,电,电磁共,振,振，使,电,电容充,电,电，从,而,而为卡,内,内其它,电,电路提,供,供2V的工作,电,电压,读卡器,收,收到数,据,据后，,通,通过接,口,口将IC卡数据,传,传送给PC，PC将判断,该,该卡的,合,合法性,，,，作出,相,相应处,理,理,非接触,式,式IC卡在身,份,份证中,的,的使用,第二代,身,身份证,使,使用非,接,接触式CPU卡，可,实,实现“,电,电子防,伪,伪”和,“,“数字,管,管理”,两,两大功,能,能 ：,电子防,伪,伪措施,：,：个人,数,数据和,人,人脸图,像,像经过,加,加密后,存,存储在,芯,芯片中,，,，需要,时,时可通,过,过非接,触,触式读,卡,卡器读,出,出进行,验,验证。,以,以后还,可,可以将,人,人体生,物,物特征,如,如指纹,等,等保存,在,在芯片,中,中，以,进,进一步,提,提高防,伪,伪性能,数字管,理,理功能,：,：,存储器,能,能储存,多,多达几,兆,兆字节,的,的信息,，,，采用,分,分区存,储,储，按,不,不同安,全,全等级,授,授权读,写,写,采用数,据,据库和,网,网络技,术,术，实,现,现全国,联,联网快,速,速查询,和,和身份,识,识别，,使,使二代,证,证在公,共,共安全,、,、社会,管,管理、,电,电子政,务,务、电,子,子商务,等,等方面,发,发挥重,要,要作用,附：背,景,景材料,IC技术发,展,展,减小蚀,刻,刻尺寸,减小蚀,刻,刻尺寸,，,，缩小,晶,晶体管,、,、电阻,、,、电容,和,和连线,的,的尺寸,尺寸越,小,小，开,关,关速度,越,越快，,性,性能越,高,高,相同面,积,积晶片,可,可容纳,的,的晶体,管,管数目,就,就越多,，,，成本,越,越低,8086的蚀刻,尺,尺寸为3m,Pentium的蚀刻,尺,尺寸是0.80m,Pentium 4的蚀刻,尺,尺寸当,前,前是0.09m（90纳米）,酷睿2双核的,蚀,蚀刻尺,寸,寸为0.065m（65纳米）,酷睿2四核的,蚀,蚀刻尺,寸,寸为0.045m（45纳米）,IC技术发,展,展,增大晶,圆,圆面积,增大硅,晶,晶圆的,面,面积：,使,使每块,晶,晶圆能,生,生产更,多,多的芯,片,片,比如，,使,使用0.13微米的,工,工艺在200mm的晶圆,上,上可以,生,生产大,约,约179个处理,器,器核心,，,，而使,用,用同样,工,工艺在300mm的晶圆,可,可以制,造,造大约427个处理,器,器核心,，,，而实,际,际成本,提,提高不,多,多,IntelCPU,芯,芯片工,艺,艺的进,展,展,1992,以来,Intel CPU,芯片面积大小和工艺水平的变化,.,