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简述集成电路的发明与变革

发表时间:2022-09-21
来源:网络整理
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从发明集成电路IC)到应用的过程,是指经过特种电路设计,利用半导体加工工艺,集成于一小块半导体(如硅、锗等)晶片上的一组微型电子电路。

 1947年底第一块晶体管问世,同为主动元件,相对于之前使用的真空管,晶体管具有体积小、能耗低,性能优越的特点,并且克服了真空管易碎的缺点,使其很快就成为了新兴产业。

 

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在实际运用中,由于晶体管需要逐一单个生产,由其构成的分立电路亦十分复杂且体积庞大,造成了大量使用上的不便,于是1952年英国人Dummer就提出集成电路的想法,取得突破的是德州仪器的Kilby1958年基于锗晶体研制出世界第一块IC,但Kilby使用极细的金属丝作为连接线,这种情况下难以大规模生产IC

于是1959年初,仙童公司Noyce用光刻技术在硅基质上制作金属铝连线,使得整个IC都可以用平面工艺制作,在此基础上工业大规模生产IC成为可能,两人也因此被认为是集成电路的共同发明者。

此时的晶体管还处于技术发展的早期,集成电路受技术规模的局限,单个芯片往往只能承载数个晶体管。

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不同时间段芯片集成度


随着越来越多的需求,集成电路一次次升级换代,其发展至今的历程可以总结为3次变革:

第一次变革——电脑元件的标准化。

1960年至1970年,系统厂商包办了所有的设计和制造,随着电脑的功能要求越来越多,整个设计过程耗时较长,使得部分系统厂商产品推出时便已落伍,因此,有许多厂商开始将使用的硬件标准化,1970年左右,微处理器、存储器和其他小型IC元件逐渐标准化,也由此开始区分系统公司与专业集成电路制造公司。

第二次变革——ASIC(特殊应用集成电路)技术的诞生。

虽然有部分集成电路标准化,但在整个电脑系统中仍有不少独立IC,过多的IC使得运行效率不如预期,ASIC技术应运而生,同时系统工程师可以直接利用逻辑门元件资料库设计IC,不必了解晶体管线路设计的细节部分,设计观念上的改变使得专职设计的Fabless公司出现,专业晶圆代工厂Foundry的出现填补了Fabless公司需要的产能。

第三次变革——IP(集成电路设计知识产权模块)的兴起。

由于半导体制程的持续收缩,使得单一晶片上的集成度提高,如此一来,只是用ASIC技术,很难适时推出产品,此时IP概念兴起,IP即将具有某种特定功能的电路固定化,当芯片设计需要用到这项功能时,可以直接使用这部分电路,随之而来的是专业的IP与设计服务公司的出现。

伴随着科技的进步,数十亿的晶体管得以被臵于一块芯片之上现如今应用范围更是渗透到了生活和科技的方方面面。