|
—漫淡微电子技术与芯片
一个神奇的精灵，正在信息技术领域之中行走，它正在改变人类的生活方式。这个精灵的名字叫做芯片。
芯片，其实就是一块集成电路。集成电路的诞生，使人们能够把电路的众多电子元件，都制作于同一芯片之上，以一种集成形式出现。因此，人们将这种芯片称之为集成电路。你可不要小看芯片，正是它的问世，拉开了微电子时代的序幕，掀起了全球信息技术的波澜壮阔之大潮。
如果说，微电子技术是信息技术的基石，那么芯片堪称微电子技术之基础元件。事实上，1949年美国电报电话公司贝尔实验室三位科学家制成第一台晶体管之时，就已经开启了信息时代之大幕。
二十世纪六十年代中期，电路集成度水平已经相当高，一块集成电路板上可以有上千个以晶体管为中心的电路单元，但是这只能称之为中规模集成电路。二十世纪七十年代是微电子技术飞速发展的时期，出现了集成20多万个晶体管的芯片。二十世纪八十年代，被人们称之为超大规模集成电器的时代，一块芯片上集成的晶体管元件突破一百万个。二十世纪九十年代，被人们称之为信息技术时代和互联网时代，PC和网络以不可阻挡之势进入全球的每一个家庭。
微电子技术从全球第一台晶体管出现发展到今天，只不过五十多年，但是其速度却是惊人地神速。二十世纪四时年代年美国制造的世界上第一台计算机，占地150平方米，重30多吨，每小时耗电几百千瓦时，其所完成的运算，在今天，用一台普通的PC机即可完成。面对快速发展的信息技术，“摩尔定律”问世。微电子技术对于电子产品的消费市场产生了深远影响。质优价廉可靠的微电子产品，不仅应用于家电、汽车、数码产品之中，而且渗透到通信技术、计算机技术、自动化等领域。从这个意义上讲，微电子技术代表了一个国家的科技水平，微电子技术也代表了一个国家信息化发展的水平，微电子技术已经成为与人们生活息息相关的一项高新技术，微电子技术改变人们的生存方式。
微电子技术是微型电子元器件和电路研制及生产以及用它们实现电子系统功能的技术领域。微电子技术不仅使电子设备和系统微型化成为可能，更重要的是，它引起了电子设备和系统的设计、工艺、封装等技术的巨大革新。由于把所有的电子元件如晶体管、电阻、电容、连线等，都集成于一个硅片内以整体和形式互相连接。因此电路设计和出发点不再是某个电子元器件的性能功能，而是整个系统和设备的作用。这是微电子技术一项重大的创新与发展。
由于生产芯片的原料是硅、铝、水和普通气体，所以生产成本极低。但是芯片技术含量极高，它的生产必须借助大量的生产工艺技术。芯片制造，是通过首先对于硅的原材料进行一系列处理而进行的。硅的制备是从石英石（二氧化硅）开始的，将二氧化硅还原，脱氧，剩下的就是只有很少杂质的硅晶体。接下来，用专用电炉对硅进行提纯，制成大块的梨晶（单晶棒），它的直径通常在50MM至150M，可以达到2米长。把上述单晶棒切接成晶片，在晶片上可以同时制作几百个集成电路。每一个晶体由几个“结”组成，这些“结”是纯硅材料的基地中掺入少量其他物质（称为杂质）而形成的。为了在5MM见方的集成电路芯片内制作几十万个，乃至几百万个晶体管，减少元件体积是基本的要求。因此，电路之中最小的元件只有2微米，也就是相当于一根人发的1%，而且必须保证摄影底片一尘不染。由于电路本身大批生产，在一个薄薄的硅晶片内包含了几百个集成电路，经过切割之后，这此硅晶片就成为一个个独立的电路芯片。一个完整的芯片制造工艺通常包括100个以上的加工步骤，工艺过程长达一个月。在生产过程完成之后，要在测试仪上对器件进行性能测试，并按其性能对将它们分成不同等级的芯片。
芯片被装入管壳，管壳起着支持和保护芯片的作用，随后，利用细小的铁丝和芯片上接点同管壳上对应的管脚连接起来。借助连线，电源以及输入信号均可馈入电路，输出信号也可由电路中引出。然后，对其进行封装工艺，于是，一个个芯片制造完毕。
芯片的基本制造过程，包括在硅晶片上进行一系列重复性加工。这些加工主要是沉淀（在整个硅表面上覆盖一层所需材料）、图形转移（确定哪些部位的材料应保留以构成电路）、腐蚀（去掉不应保留的材料）。上述加工完成之后，对每个芯片进行测试、包装、以备应用。在六十年代之初，芯片只是把几个晶体管简单地连接。今天已经发展成为，一个小小芯片，就是一台小型微处理机。微电子技术综合众多学科之大成，这些学科包括光学、化学、固体物理学、材料学、电子学等等。正是因为微电子学具有跨学科的综合性质，于是，更进一步推动先进的产品研究。
在过去的几十年之中，芯片的包装密度几乎每年提高一倍，这比较符合 “摩尔定律”。时值今日，每个芯片上已经拥有几百万个门电路，其计算能力和存储能力，也相应提高了几百倍，而整个芯片的成本，却变化不太大，从而导致价格下降。因此，“摩尔定律”依旧是金科玉律。
一个神奇的精灵，正在信息技术领域之中行走，它正在改变人类的生活方式。芯片，这个神奇的精灵，正在全球信息化进程之中，起着越来越重要的作用。芯片这个精灵，正在向人类社会提出更大的挑战，它将继续前进，走向更加光辉灿烂之明天。
【全文完】
|
