第一节微电子与计算机技术(2)

专业知识

1．晶体管与集成电路

微电子技术诞生的标志是1947年发明的晶体管，但微电子产业的快速发展是在1958年出现第一块集成电路之后。集成电路的历史虽然只有短短的40多年，但它给整个世界带来的影响却是极其深远的。可以说，没有微电子就没有今天的信息社会，就不可能有计算机、现代通信、网络等产业的发展。微电子技术正是信息社会的基石。

(1)晶体管的诞生。第二次世界大战期间，雷达的出现使高频探测成为一个重要问题，电子管不仅无法满足这一要求，而且在移动式军用器械和设备上的使用也极其不便和不可靠，因此，晶体管探测器的研究便得到广泛关注。前期的半导体理论和技术方面一系列重大突破，为晶体管的发明提供了理论及实践上的准备。

正是在实际需求牵引和技术驱动的共同作用下，1946年1月，贝尔(Bell)实验室成立了固体物理研究小组及冶金研究小组，并设计出了第一个晶体管，即在一个楔形的绝缘体上蒸金，然后用刀片把楔尖上的金划开一条小缝，并将该楔形体与锗片接触，在锗片表面形成间距很小的两个接触点。这两个接触点分别作为发射极和集电极，衬底作为基极。经过无数次实验，终于在1947年12月23日首次观察到了该晶体管的放大特性。从此，世界上第一个晶体管诞生了，拉开了人类社会步入信息时代的序幕。

(2)集成电路的发展。晶体管发明之后不到五年，即1952年 5月，英国皇家研究所的达默就在美国工程师协会举办的座谈会上第一次提出了集成电路(Integrated Circuit，IC)的设想。之后，经过几年的实践和努力，1958年，德克萨斯仪器公司(Texas Instrument)的工程师们发明了集成电路。尽管当时一块芯片上只能集成5个晶体管，但是这种将多个晶体管和电阻、电容元件集成在一块芯片内的新型器件，标志着半导体器件的制造工艺水平产生了飞跃。 集成电路的发明和发展，除了得益于一系列物理原理的重大发现之外，还得益于许多新工艺的发明。重大的工艺发明主要包括：离子注入工艺、扩散工艺、外延生长工艺、光刻工艺。从此，电子工业进入了集成电路时代。经过40余年的发展，集成电路已经从最初的小规模集成电路发展到目前的巨大规模集成电路和系统芯片，集成的元件数也从当时的十几个发展到目前的几亿个甚至几十亿个。

集成电路的出现打破了电子技术中器件与线路分离的传统，开辟了电子元器件与线路甚至整个系统向一体化发展的方向，为电子设备的性能提高、价格降低、体积缩小、能耗降低提供了新途径，为电子设备迅速普及、走向大众奠定了基础。

几十年来，世界集成电路业的产值以大于13％的年增长率持续发展，世界上还没有哪一个产业能够以这样高的速度持续增长。从1968年开始，电子信息领域的论文总数已经超过钢铁业，预计在2007年左右，全世界集成电路业的总产值将超过钢铁工业。

(3)集成电路的应用。目前，微电子芯片已经成为现代工业、农业、国防装备和家庭耐用消费品的细胞。例如，在日本，每个家庭拥有的集成电路芯片平均在100个以上。

由于集成电路的原材料主要是硅，因此有人认为，人类自1968年已经进入了继石器时代、青铜器时代、铁器时代之后的硅器时代。

随着微电子技术的发展和微型计算机的产生，信息技术的应用得到极其广泛的普及，较重要的信息技术应用成果多达5000余种，人们将其概括为“3C”革命和“3A”革命。

“3C”革命是指通信(Communication)、计算机化(Computerization)和自动控制(Control)技术革命。“3C”革命将人类社会推向了划时代的信息新社会。

“3A”革命，又称为“三化”革命，是指工厂自动化(FA)、办公自动化(OA)和家庭自动化(HA)。“3A革命”的深入发展，将整个人类社会全面推向自动化。

2. 集成电路卡

集成电路卡，即IC卡。它是将集成电路芯片封装成模块并嵌入到塑料卡基中制成的卡片。IC卡是随着计算机技术和微电子技术的发展、结合而产生的一种信息存储媒体。法国的布尔