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集成電路技術的發(fā)展趨勢研究

所屬分類:電子論文 閱讀次 時間:2019-03-07 10:03

本文摘要:摘要:以集成電路為基礎的電子產業(yè)大肆發(fā)展,集成電路技術的發(fā)展不僅關系到國家經濟發(fā)展,同時還關系到社會的進步和國家安全。本文簡要分析了集成電路技術及其工藝水平指標,并展望了集成電路技術的未來發(fā)展趨勢,旨在為相關研究與實踐提供參考。 關鍵詞:集

  摘要:以集成電路為基礎的電子產業(yè)大肆發(fā)展,集成電路技術的發(fā)展不僅關系到國家經濟發(fā)展,同時還關系到社會的進步和國家安全。本文簡要分析了集成電路技術及其工藝水平指標,并展望了集成電路技術的未來發(fā)展趨勢,旨在為相關研究與實踐提供參考。

  關鍵詞:集成電路;發(fā)展趨勢;工藝技術

電路工程類期刊

  近年來,信息技術、軟件技術等高新技術發(fā)展快速,這與集成電路技術的發(fā)展和應用有著密不可分的關系。集成電路技術不僅是信息技術的發(fā)展基石,同時也是計算機網絡技術的主要發(fā)展方向,被認為是二十世紀最偉大的工程技術之一。我國正處于經濟轉型的關鍵時期,集成電路技術的發(fā)展關系到傳統(tǒng)產業(yè)轉型升級和國家經濟、社會的發(fā)展,是現(xiàn)代產業(yè)和科技發(fā)展的重中之重。基于此,本文簡要研究了集成電路技術的基本各項指標和發(fā)展趨勢。

  1 集成電路工藝水平的指標

  所謂集成電路,顧名思義,是采用半導體工藝技術,將二極管、晶體管、電阻、電容、電感元件等電路所需元器件,在一塊或幾塊很小的半導體晶片或介質基片上集成制作,并形成完整的電路,最后在管殼中將制作成的電路封裝起來,由此形成的具有電路功能的微型結構就是集成電路[1]。集成電路是國家經濟發(fā)展的重要基礎產業(yè),其工藝技術水平在一定程度上決定著集成電路的產業(yè)水平,下面就簡要介紹衡量集成電路工藝水平的幾個主要指標。

  1.1 集成度

  集成電路的集成度是指一個IC芯片上所包含的晶體管的數(shù)量,在芯片面積相同的情況下,集成度越高,意味著集成的元件數(shù)量越多,電路功能也就越強大,芯片速度、可靠性、功耗等性能都有著明顯的提升,同時芯片的成本大大下降,占用重量和體積也有所減小。由此可見,集成度是衡量IC技術先進性的重要指標。

  1.2 特征尺寸

  對于電子元器件來說,其特征尺寸是指半導體器件中的最小尺寸。通過減小特征尺寸,能夠有效提升IC芯片的集成度,優(yōu)化其性能。光刻技術的發(fā)展是集成電路特征尺寸減小的前提所在,近年來光刻技術日漸進步,集成電路特征尺寸也越來越小,就目前來看,0.18μm、0.15μm、0.13μm級別的集成電路都已經實現(xiàn)了規(guī);a,而在市場中,65nm和90nm級別的集成芯片也已經有了成熟的產品[2]。

  1.3 晶片直徑

  為了提升集成電路的集成度,往往需要適當增大芯片面積,但需要注意的是,芯片面積的增大,會導致每個圓片內包含的芯片數(shù)量有所減少,從而降低生產效率,導致成本增加。而增加晶片直徑則能夠有效解決這一問題,就目前來看,集成電路主流晶元尺寸為8英寸和12英寸,而14英寸及以上晶元尺寸的研發(fā)和應用也是大勢所趨。

  1.4 封裝

  IC封裝最早采用插孔封裝方式,為了適應電子設備高密度組裝的需要,表面安裝封裝技術已經逐步取代傳統(tǒng)插孔封裝方式。在一些電子設備中,采用表面封裝方式能夠有效節(jié)約空間,優(yōu)化性能,降低封裝成本。相較于傳統(tǒng)插孔封裝方式來說,表面封裝下的電路板費用降幅達到了60%之多[3]。此外,近年來系統(tǒng)級封裝技術的發(fā)展也比較迅速,系統(tǒng)級封裝技術有利于優(yōu)化系統(tǒng)性能,縮短開發(fā)周期,對于提升封裝效率和降低成本也有著積極的作用。尤其在藍牙模塊、記憶卡、功放器等低成本、小面積、短周期、便攜式的電子產品上,系統(tǒng)封裝技術的應用優(yōu)勢十分明顯。

  2 集成電路技術的發(fā)展趨勢

  2.1 特征尺寸逐步縮小

  從縱向上來看,隨著各種新技術的發(fā)展,集成電路芯片集成度逐年提高,基本上每三年就能夠提高4倍,而加工特征尺寸不斷縮小,這就是著名的摩爾定律,由Intel公司創(chuàng)始人之一的摩爾博士提出。近年來,集成電路芯片市場競爭日益激烈,積極提升產品性能和性價比是長遠發(fā)展的關鍵,同時也是IC技術發(fā)展的推動力。而縮小特征尺寸則有利于提升集成度,從而提升產品性能和性價比。就目前來看,特征尺寸在22nm以下的電路已經被生產出來,集成電路正在逐漸接近物理極限。需要注意的是,受到工藝技術和經濟承受力的限制,需要對尺度極限進行界定,雖然現(xiàn)在還沒有明確的定論,但微型化發(fā)展仍然是主要趨勢,集成電路的特征尺寸仍然在按照摩爾定律發(fā)展。尤其隨著IC設計與工藝技術的提高,IC規(guī)模主機擴大,復雜度也越來越高,在一個芯片中,集成的晶體管數(shù)量越來越多,集成電路技術逐漸從3G時代發(fā)展到3T時代,存儲量進一步增大。而集成電路的速度也越來越快,數(shù)據(jù)傳輸速度從Gbps發(fā)展到Tbps。在近50年內,IC技術發(fā)展快速,IC技術設計規(guī)則越來越小,而晶體管價格也逐步降低,這也是集成電路的發(fā)展趨勢。

  2.2 系統(tǒng)集成芯片

  系統(tǒng)集成芯片也稱為SOC,其能夠將微處理器、模擬IP核、數(shù)字IP核及片外存儲器控制結構等各種功能結合在一起,以此來提升電路系統(tǒng)設計的穩(wěn)定性,還有利于降低功耗,從而有效解決傳統(tǒng)集成電路能耗高、穩(wěn)定性差的問題,在未來發(fā)展的過程中,必將引起以芯片為核心的電子信息產業(yè)的技術革命。

  2.3 新材料、新技術的涌現(xiàn)

  在集成電路所有材料中,鍺是最先投入使用的,之后是硅。對于光電器件等特種集成電路來說,一般會使用一些化合物半導體材料,如硫化鎘、砷化鎵等。相較于其他材料來說,硅材料在電學、物理等性能及成本方面有著較大的優(yōu)越性,這也使得其成為當前集成電路的主流材料。硅單晶材料也處于不斷發(fā)展中,硅圓片直徑逐漸增大,目前已經達到了16和18英寸的水平。

  2.4 新領域的應用

  當今時代是信息時代,而集成電路也在信息時代下迎來了新的發(fā)展高峰,尤其隨著集成電路各種關鍵技術的成熟,其在各個領域中的應用也越來越廣泛,在智能手機、智能汽車、聯(lián)動安防等各個新領域中的應用和發(fā)展也值得期待。隨著智能手機的不斷發(fā)展,新的手機芯片設計技術也越來越受到關注,其中的關鍵在于適應計算,采用適應計算技術能有效刷新芯片實線電路,相較于當前固定不變的芯片來說,單個芯片即可實現(xiàn)幾個芯片的功能,同時有利于提升芯片速度,降低成本和功耗。此外,在視覺修復、火車站安防系統(tǒng)、人臉識別、汽車智能等領域,集成電路技術的應用也越來越廣泛,已經逐步深入到人們生活的各個方面。

  推薦閱讀:《中國集成電路》(月刊)創(chuàng)刊于1992年,是由中國信息產業(yè)部主管,中國半導體行業(yè)協(xié)會/集成電路設計分會主辦的全國性專業(yè)電子刊物。

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