集成电路
集成电路
简介
集成电路（integrated circuit）是一种微型电子器件或部件。采用一定的工艺，把一个电路中所需的晶体管、电阻、电容和电感等元件及布线互连一起，制作在一小块或几小块半导体晶片或介质基片上，然后封装在一个管壳内，成为具有所需电路功能的微型结构；其中所有元件在结构上已组成一个整体，使电子元件向着微小型化、低功耗、智能化和高可靠性方面迈进了一大步。它在电路中用字母“IC”表示。集成电路发明者为杰克·基尔比（基于锗（Ge）的集成电路）和罗伯特·诺伊思（基于硅（Si）的集成电路）。当今半导体工业大多数应用的是基于硅的集成电路。
是20世纪50年代后期一60年代发展起来的一种新型半导体器件。它是经过氧化、光刻、扩散、外延、蒸铝等半导体制造工艺，把构成具有一定功能的电路所需的半导体、电阻、电容等元件及它们之间的连接导线全部集成在一小块硅片上，然后焊接封装在一个管壳内的电子器件。其封装外壳有圆壳式、扁平式或双列直插式等多种形式。集成电路技术包括芯片制造技术与设计技术，主要体现在加工设备，加工工艺，封装测试，批量生产及设计创新的能力上。
历史
我们知道任何发明创造背后都是有驱动力的，而驱动力往往来源于问题。
那么集成电路产生之前的问题是什么呢？我们看一下1942年在美国诞生的世界上第一台电子计算机，它是一个占地150平方米、重达30吨的庞然大物，里面的电路使用了17468只电子管、7200只电阻、10000只电容、50万条线，耗电量150千瓦 。显然，占用面积大、无法移动是它最直观和突出的问题；如果能把这些电子元件和连线集成在一小块载体上该有多好！我们相信，有很多人思考过这个问题，也提出过各种想法。典型的如英国雷达研究所的科学家达默，他在1952年的一次会议上提出：可以把电子线路中的分立元器件，集中制作在一块半导体晶片上，一小块晶片就是一个完整电路，这样一来，电子线路的体积就可大大缩小，可靠性大幅提高。这就是初期集成电路的构想，晶体管的发明使这种想法成为了可能，1947年在美国贝尔实验室制造出来了第一个晶体管，而在此之前要实现电流放大功能只能依靠体积大、耗电量大、结构脆弱的电子管。晶体管具有电子管的主要功能，并且克服了电子管的上述缺点，因此在晶体管发明后，很快就出现了基于半导体的集成电路的构想，也就很快发明出来了集成电路。杰克·基尔比（Jack Kilby）和罗伯特·诺伊斯（Robert Noyce）在1958~1959期间分别发明了锗集成电路和硅集成电路。
讲完了历史，我们再来看现状。集成电路已经在各行各业中发挥着非常重要的作用，是现代信息社会的基石。集成电路的含义，已经远远超过了其刚诞生时的定义范围，但其最核心的部分，仍然没有改变，那就是“集成”，其所衍生出来的各种学科，大都是围绕着“集成什么”、“如何集成”、“如何处理集成带来的利弊”这三个问题来开展的。硅集成电路是主流，就是把实现某种功能的电路所需的各种元件都放在一块硅片上，所形成的整体被称作集成电路。对于“集成”，想象一下我们住过的房子可能比较容易理解：很多人小时候都住过农村的房子，那时房屋的主体也许就是三两间平房，发挥着卧室的功能，门口的小院子摆上一副桌椅，就充当客厅，旁边还有个炊烟袅袅的小矮屋，那是厨房，而具有独特功能的厕所，需要有一定的隔离，有可能在房屋的背后，要走上十几米……后来，到了城市里，或者乡村城镇化，大家都住进了楼房或者套房，一套房里面，有客厅、卧室、厨房、卫生间、阳台，也许只有几十平方米，却具有了原来占地几百平方米的农村房屋的各种功能，这就是集成。
当然现如今的集成电路，其集成度远非一套房能比拟的，或许用一幢摩登大楼可以更好地类比：地面上有商铺、办公、食堂、酒店式公寓，地下有几层是停车场，停车场下面还有地基——这是集成电路的布局，模拟电路和数字电路分开，处理小信号的敏感电路与翻转频繁的控制逻辑分开，电源单独放在一角。每层楼的房间布局不一样，走廊也不一样，有回字形的、工字形的、几字形的——这是集成电路器件设计，低噪声电路中可以用折叠形状或“叉指”结构的晶体管来减小结面积和栅电阻。各楼层直接有高速电梯可达，为了效率和功能隔离，还可能有多部电梯，每部电梯能到的楼层不同——这是集成电路的布线，电源线、地线单独走线，负载大的线也宽；时钟与信号分开；每层之间布线垂直避免干扰；CPU与存储之间的高速总线，相当于电梯，各层之间的通孔相当于电梯间……
分类
功能结构
模拟集成电路又称线性电路,用来产生、放大和处理各种模拟信号（指幅度随时间变化的信号。例如半导体收音机的音频信号、录放机的磁带信号等），其输入信号和输出信号成比例关系。
数字集成电路用来产生、放大和处理各种数字信号（指在时间上和幅度上离散取值的信号。例如3G手机、数码相机、电脑CPU、数字电视的逻辑控制和重放的音频信号和视频信号）。
制作工艺
集成电路按制作工艺可分为半导体集成电路和膜集成电路。
膜集成电路又分类厚膜集成电路和薄膜集成电路。
集成度高低
集成电路按集成度高低的不同可分为：
SSIC 小规模集成电路(Small Scale Integrated circuits)
MSIC 中规模集成电路(Medium Scale Integrated circuits)
LSIC 大规模集成电路(Large Scale Integrated circuits)
VLSIC 超大规模集成电路(Very Large Scale Integrated circuits)
ULSIC特大规模集成电路(Ultra Large Scale Integrated circuits)
GSIC 巨大规模集成电路也被称作极大规模集成电路或超特大规模集成电路(Giga Scale Integration)。
导电类型不同
集成电路按导电类型可分为双极型集成电路和单极型集成电路，他们都是数字集成电路。
双极型集成电路的制作工艺复杂，功耗较大，代表集成电路有TTL、ECL、HTL、LST-TL、STTL等类型。
单极型集成电路的制作工艺简单，功耗也较低，易于制成大规模集成电路，代表集成电路有CMOS、NMOS、PMOS等类型。
按用途
集成电路按用途可分为电视机用集成电路、音响用集成电路、影碟机用集成电路、录像机用集成电路、电脑（微机）用集成电路、电子琴用集成电路、通信用集成电路、照相机用集成电路、遥控集成电路、语言集成电路、报警器用集成电路及各种专用集成电路。
1.电视机用集成电路包括行、场扫描集成电路、中放集成电路、伴音集成电路、彩色解码集成电路、AV/TV转换集成电路、开关电源集成电路、遥控集成电路、丽音解码集成电路、画中画处理集成电路、微处理器（CPU）集成电路、存储器集成电路等。
2.音响用集成电路包括AM/FM高中频电路、立体声解码电路、音频前置放大电路、音频运算放大集成电路、音频功率放大集成电路、环绕声处理集成电路、电平驱动集成电路，电子音量控制集成电路、延时混响集成电路、电子开关集成电路等。
3.影碟机用集成电路有系统控制集成电路、视频编码集成电路、MPEG解码集成电路、音频信号处理集成电路、音响效果集成电路、RF信号处理集成电路、数字信号处理集成电路、伺服集成电路、电动机驱动集成电路等。
4.录像机用集成电路有系统控制集成电路、伺服集成电路、驱动集成电路、音频处理集成电路、视频处理集成电路。
5.计算机集成电路，包括中央控制单元（CPU）、内存储器、外存储器、I/O控制电路等。
6.通信集成电路
7.专业控制集成电路
按应用领域分
集成电路按应用领域可分为标准通用集成电路和专用集成电路。
按外形分
集成电路按外形可分为圆形（金属外壳晶体管封装型，一般适合用于大功率）、扁平型（稳定性好，体积小）和双列直插型。
简史
世界集成电路发展历史
1950年： R Ohl和肖克莱发明了离子注入工艺
1951年：场效应晶体管发明
1956年：C S Fuller发明了扩散工艺
1958年：仙童公司Robert Noyce与德仪公司基尔比间隔数月分别发明了集成电路，开创了世界微电子学的历史；
1960年：H H Loor和E Castellani发明了光刻工艺
1962年：美国RCA公司研制出MOS场效应晶体管
1963年：F.M.Wanlass和C.T.Sah首次提出CMOS技术，今天，95%以上的集成电路芯片都是基于CMOS工艺
1964年：Intel摩尔提出摩尔定律，预测晶体管集成度将会每18个月增加1倍
1966年：美国RCA公司研制出CMOS集成电路，并研制出第一块门阵列（50门），为现如今的大规模集成电路发展奠定了坚实基础，具有里程碑意义
1967年：应用材料公司（Applied Materials）成立，现已成为全球最大的半导体设备制造公司
1971年：Intel推出1kb动态随机存储器（DRAM），标志着大规模集成电路出现
1971年：全球第一个微处理器4004由Intel公司推出，采用的是MOS工艺，这是一个里程碑式的发明
1974年：RCA公司推出第一个CMOS微处理器1802
1976年：16kb DRAM和4kb SRAM问世
1978年：64kb动态随机存储器诞生，不足0.5平方厘米的硅片上集成了14万个晶体管，标志着超大规模集成电路（VLSI）时代的来临
1979年：Intel推出5MHz 8088微处理器，之后，IBM基于8088推出全球第一台PC
1981年：256kb DRAM和64kb CMOS SRAM问世
1984年：日本宣布推出1Mb DRAM和256kb SRAM
1985年：80386微处理器问世，20MHz
1988年：16M DRAM问世，1平方厘米大小的硅片上集成有3500万个晶体管，标志着进入超大规模集成电路（VLSI）阶段
1989年：1Mb DRAM进入市场
1989年：486微处理器推出，25MHz，1μm工艺，后来50MHz芯片采用 0.8μm工艺
1992年：64M位随机存储器问世
1993年：66MHz奔腾处理器推出，采用0.6μm工艺
1995年：Pentium Pro, 133MHz，采用0.6-0.35μm工艺；
1997年：300MHz奔腾Ⅱ问世，采用0.25μm工艺
1997年：300MHz奔腾Ⅱ问世，采用0.25μm工艺
1999年：奔腾Ⅲ问世，450MHz，采用0.25μm工艺，后采用0.18μm工艺
2000年：1Gb RAM投放市场
2000年：奔腾4问世，1.5GHz，采用0.18μm工艺
2001年：Intel宣布2001年下半年采用0.13μm工艺。
2003年：奔腾4 E系列推出，采用90nm工艺。
2005年：intel 酷睿2系列上市，采用65nm工艺。
2007年：基于全新45纳米High-K工艺的intel酷睿2 E7/E8/E9上市。
2009年：intel酷睿i系列全新推出，创纪录采用了领先的32纳米工艺，并且下一代22纳米工艺正在研发。
