芯片技術(shù)概述

電路制造在半導(dǎo)體芯片表面上的集成電路又稱薄膜(thin-film)集成電路。另有一種厚膜(thick-film)集成電路(hybrid integrated circuit)是由獨(dú)立半導(dǎo)體設(shè)備和被動組件，集成到襯底或線路板所構(gòu)成的小型化電路。從1949年到1957年，維爾納·雅各比(Werner Jacobi)、杰弗里·杜默(Jeffrey Dummer)、西德尼·達(dá)林頓(Sidney Darlington)、樽井康夫(Yasuo Tarui)都開發(fā)了原型，但現(xiàn)代集成電路是由杰克·基爾比在1958年發(fā)明的。其因此榮獲2000年諾貝爾物理獎，但同時間也發(fā)展出近代實(shí)用的集成電路的羅伯特·諾伊斯，卻早于1990年就過世。

晶體管發(fā)明并大量生產(chǎn)之后，各式固態(tài)半導(dǎo)體組件如二極管、晶體管等大量使用，取代了真空管在電路中的功能與角色。到了20世紀(jì)中后期半導(dǎo)體制造技術(shù)進(jìn)步，使得集成電路成為可能。相對于手工組裝電路使用個別的分立電子組件，集成電路可以把很大數(shù)量的微晶體管集成到一個小芯片，是一個巨大的進(jìn)步。集成電路的規(guī)模生產(chǎn)能力，可靠性，電路設(shè)計的模塊化方法確保了快速采用標(biāo)準(zhǔn)化集成電路代替了設(shè)計使用離散晶體管。集成電路對于離散晶體管有兩個主要優(yōu)勢：成本和性能。成本低是由于芯片把所有的組件通過照相平版技術(shù)，作為一個單位印刷，而不是在一個時間只制作一個晶體管。性能高是由于組件快速開關(guān)，消耗更低能量，因?yàn)榻M件很小且彼此靠近。2006年，芯片面積從幾平方毫米到350 mm2，每mm2可以達(dá)到一百萬個晶體管。第一個集成電路雛形是由杰克·基爾比于1958年完成的，其中包括一個雙極性晶體管，三個電阻和一個電容器。根據(jù)一個芯片上集成的微電子器件的數(shù)量，集成電路可以分為以下幾類：

小型集成電路(SSI英文全名為Small Scale Integration)邏輯門10個以下或晶體管100個以下。

中型集成電路(MSI英文全名為Medium Scale Integration)邏輯門11~100個或 晶體管101~1k個。

大規(guī)模集成電路(LSI英文全名為Large Scale Integration)邏輯門101~1k個或 晶體管1,001~10k個。

超大規(guī)模集成電路(VLSI英文全名為Very large scale integration)邏輯門1,001~10k個或 晶體管10,001~100k個。

極大規(guī)模集成電路(ULSI英文全名為Ultra Large Scale Integration)邏輯門10,001~1M個或 晶體管100,001~10M個。

GLSI(英文全名為Giga Scale Integration)邏輯門1,000,001個以上或晶體管10,000,001個以上。

最先進(jìn)的集成電路是微處理器或多核處理器的核心，可以控制計算機(jī)到手機(jī)到數(shù)字微波爐的一切。雖然設(shè)計開發(fā)一個復(fù)雜集成電路的成本非常高，但是當(dāng)分散到通常以百萬計的產(chǎn)品上，每個集成電路的成本最小化。集成電路的性能很高，因?yàn)樾〕叽鐜矶搪窂?，使得低功率邏輯電路可以在快速開關(guān)速度應(yīng)用。這些年來，集成電路持續(xù)向更小的外型尺寸發(fā)展，使得每個芯片可以封裝更多的電路。這樣增加了每單位面積容量，可以降低成本和增加功能，見摩爾定律，集成電路中的晶體管數(shù)量，每1.5年增加一倍?？傊S著外形尺寸縮小，幾乎所有的指標(biāo)改善了，單位成本和開關(guān)功率消耗下降，速度提高。但是，集成納米級別設(shè)備的IC也存在問題，主要是泄漏電流。因此，對于最終用戶的速度和功率消耗增加非常明顯，制造商面臨使用更好幾何學(xué)的尖銳挑戰(zhàn)。這個過程和在未來幾年所期望的進(jìn)步，在半導(dǎo)體國際技術(shù)路線圖中有很好的描述。僅僅在其開發(fā)后半個世紀(jì)，集成電路變得無處不在，計算機(jī)、手機(jī)和其他數(shù)字電器成為社會結(jié)構(gòu)不可缺少的一部分。這是因?yàn)?，現(xiàn)代計算、交流、制造和交通系統(tǒng)，包括互聯(lián)網(wǎng)，全都依賴于集成電路的存在。甚至很多學(xué)者認(rèn)為有集成電路帶來的數(shù)字革命是人類歷史中最重要的事件。IC的成熟將會帶來科技的大躍進(jìn)，不論是在設(shè)計的技術(shù)上，或是半導(dǎo)體的工藝突破，兩者都是息息相關(guān)。