1.什么是信息技术

微电子技术 微电子技术是建立在以集成电路为核心的各种半导体器件基础上的高新电子技术 特点是 体积小 重量轻 可靠性高 工作速度快 微电子技术对信息时代具有巨大的影响 基本概述 微电子芯片微电子技术是建立在以集成电路为核 心的各种半导体器件基础上的高新电子技术 特点是体积小 重量轻 可靠性高 工作速 度快 微电子技术对信息时代具有划时代的大影响 高校专业 折叠专业概述 本专业主要培养具有扎实的半导体材料 器件 工艺 集成电路原理 设计等专业理 论知识和电子技术基础知识 主要从事半导体集成电路芯片制造 测试 封装 版图设计 及质量管理 生产管理 设备维护等半导体制造行业急需的一线工程技术人员和高级技术 工人 本专业以培养学生半导体制造方面的动手能力为第一 根据半导体制造业设备自动 化的特点加强学生电子技术 计算机 设备维护等专业基础知识 使学生有较强的工作适 应能力和较大的专业发展能力 折叠主干课程 主干理论课 固体物理基础 半导体物理基础 半导体器件与测量 半导体材料 半 导体制造技术 微电子封装技术 半导体可靠性技术 数字逻辑设计 模拟电路 集成电 路原理 集成电路设计 电工基础 模拟电子线路 数字电路 工程化学 电路 CAD 基 础 可编程逻辑器件 专业英语 电子测量 单片机原理 品质管理 主干实践课 集成电路制造实训 半导体器件测量实训 半导体器件课程设计 半导 体工艺课程设计 集成电路设计课程设计 微电子综合课程设计 电工实训 电子整机装 配实训 计算机组装与维护实训 电路 CAD 课程设计 折叠专业证书 全国计算机等级考试一级证书 劳动部颁发的 半导体集成电路装调工中级证书 或 半导体芯片制造中级工 等 折叠就业方向 主要面向微电子产品的生产企业和经营单位 从事半导体芯片 电子元器件的制造 封装与测试 检验 质量控制 设备维护 工艺改进以及中小规模半导体集成电路版图设 计等技术工作 生产管理和微电子产品的采购 销售及服务工作 主要设计 微电子系统和电路的设计概念 与分立元件电路的设计概念有原则上的不同 例如 设计一个分立元件电路 常常要考虑节省有源元件 使系统的功耗 体积 成本下降 但对 超大规模集成电路 增加晶体管数目往往并不会增加很多麻烦 可通过版图来实现 其他 工序并不增加 但是 由于空间的限制 布线问题却十分突出 必须尽量减少连线 微电 子系统和电路的设计必须紧密联系器件 版图 工艺制造等整个过程来统一考虑 实际上 系统 电路 器件 测试图案和版图是结合工艺条件一起设计的 设计不仅要求功能正确 性能好 可靠性有保证 而且要尽量使芯片面积减小 微电子集成芯片一经制出就无法调 试 调试工作包括校核 优化等 必须在设计过程中由软件来执行 集成系统或电路芯片 一般是大批量生产的 所以 设计的好坏影响极大 为此 微电子系统或电路要依靠计算 机辅助进行设计 除了研究逻辑 电路 时序 工艺 器件和版图等各项计算机辅助设计 程序以外 把这些程序结合在一起 加入各步的校核和优化程序 用一个统一的数据库和 管理系统来指挥执行 也就是组成一个大规模或超大规模集成的设计系统 使设计全部自 动化 现代超大规模集成和大规模集成按设计方法可分为大批量生产的常用电路和按用户 需要设计的定制集成电路两大类 前一类产品如存储器 微处理机等需要量大 产值很高 需要十分精细的设计 力求面积最小 性能最好 而成品率又最高 在这类产品的设计中 迄今仍有许多人工介入 各类计算机程序主要是辅助 后一类产品用量较小 制造成本 芯片面积往往不是主要的 而设计和制造周期及其成本则是主要的 逻辑电路有三种设计 方法 母片法 由工厂设计含有一定数量 几百以至几千 的门电路或触发器等单元电 路 排成阵列 芯片中所有单元尺寸全部一致 芯片大小对一定的型号也是固定的 阵列 周围往往还设计有一定数量的输入输出电路或其他接口电路 阵列间设定了一定的布线通 道 用户 或委托厂家 可以按需要选定特定型号的芯片 然后利用布线程序选定单元并 进行布线 以取得具有所需功能的集成电路芯片 只需按用户实际需要进行布线设计和制 作特定的版 所以 这种电路也叫作半用户电路 由于用户设计是以已有的基本阵列芯片 为基础的 这种设计方法叫作母片法 通常的门阵列芯片就是按这种方法设计的 多元 胞法 其单元可以是有一定数量的门 触发器和其他功能块 版图存储在数据库中 芯片 中单元结构及其排布有一定的规则 如单元宽度必须相同 长度可以任意 必须按行排列 引线头分别在单元的一侧或两侧等 这些规定都是为了简化布线 人们可以根据用户的需 要 调用库中的各种单元和功能块 然后利用程序进行布局和布线 实现最后的芯片设计 多元胞法的设计灵活性显然比母片法高 芯片上没有空余单元 所以 芯片利用率也比一般 门阵列要高 任意元胞法 积木块法 此法对单元没有形状大小的限制 因而灵活性 和芯片利用率更高 但布局 布线的算法更复杂 实际上还处于研究阶段 专业概述 随着科技的迅猛发展 信息技术 电子技术 自动化技术及计算机技术日渐融合 成 为当今社会科技领域的重要支柱技术 任何领域的研发工作都与这些技术紧密联系 而他 们的相互交叉 相互渗透 也越来越密切 作为信息科技的前沿应包括下面一些内容 微电子学与纳米电子学 RISC 精简指令 系统与并行计算技术 Multimedia 多媒体 与 Virtual Reality 虚拟现实 又称灵境 技术 软件工程 CASE 软件工程开发环境以及根据人的一般思维方法和认知过程去开发 的面向对象的软件技术 自动控制 除了第一 第二代控制理论及系统外 还有模糊控制 人工智能 神经网络的理论与系统等 最后是与近代通信相关的科技 我们从微电子 学与纳米电子学 电子计算机科技与现代通信这几个方面做简要介绍 微电子学与纳米电子学 微电子技术是现代电子信息技术的直接基础 它的发展有力推动了通信技术 计算机 技术和网络技术的迅速发展 成为衡量一个国家科技进步的重要标志 美国贝尔研究所的 三位科学家因研制成功第一个结晶体三极管 获得 1956 年诺贝尔物理学奖 晶体管成为 集成电路技术发展的基础 现代微电子技术就是建立在以集成电路为核心的各种半导体器 件基础上的高新电子技术 集成电路的生产始于 1959 年 其特点是体积小 重量轻 可 靠性高 工作速度快 衡量微电子技术进步的标志要在三个方面 一是缩小芯片中器件结 构的尺寸 即缩小加工线条的宽度 二是增加芯片中所包含的元器件的数量 即扩大集成 规模 三是开拓有针对性的设计应用 大规模集成电路指每一单晶硅片上可以集成制作一千个以上的元器件 集成度在一万 至十万以上元器件的为超大规模集成电路 国际上 80 年代大规模和超大规模集成电路光 刻标准线条宽度为 0 7 一 0 8 微米 集成度为 108 90 年代的标准线条宽度为 0 3 一 0 5 微米 集成度为 109 集成电路有专用电路 如钟表 照相机 洗衣机等电路 和通 用电路 通用电路中最典型的是存贮器和处理器 应用极为广泛 计算机的换代就取决于 这两项集成电路的集成规模 存贮器是具有信息存贮能力的器件 随着集成电路的发展 半导体存贮器已大范围地 取代过去使用的磁性存贮器 成为计算机进行数字运算和信息处理过程中的信息存贮器件 存贮器的大小 或称容量 常以字节为单位 字节则以大写字母 B 表示 存贮器芯片的集成 度已以百万位 MB 为单位 目前 实验室已做出 8MB 的动态存贮器芯片 一个汉字占用 2 个字节 也就是说 400 万汉字可以放入指甲大小的一块硅片上 动态存贮器的集成度 以每 3 年翻两番的速度发展 中央处理器 CPU 是集成电路技术的另一重要方面 其主要功能是执行 指令 进行运 算或数据处理 现代计算机的 CPU 通常由数十万到数百万晶体管组成 70 年代 随着微 电子技术的发展 促使一个完整的 CPU 可以制作在一块指甲大小的硅片上 度量 CPU 性 能最重要的指标是 速度 即看它每秒钟能执行多少条指令 60 年代初 最快的 CPU 每 秒能执行 100 万条指令 常缩写成 MIPS 1991 年 高档微处理器的速度已达 5000 万一 8000 万次 现在继续提高 CPU 速度的精简指令系统技术 即将复杂指令精减 减少 以及 并行运算技术 同时并行地执行若干指令 正在发展中 在这个领域 美国硅谷的英特尔公 司一直处于领先地位 此外 光学与电子学的结合 成为光电子技术 被称为尖端中的尖端 为微电子技术 的进一步发展找到了新的出路 美国 时代 杂志预测 21 世纪将成为光电子时代 其 主要领有激光技术 红外技术 光纤通信技术等 应用领域 微电子技术与大规模集成电路 超大规模集成电路 折叠小型化集成系统 集成电路微电子学给人类带来了半个世纪的繁荣 目前国际上集成电路生产线已普遍采用 8 圆片 0 35um 工艺 我国 集成电路集成电路的 大生产水平发展也很快 1995 年已经达到了 6 1 2um 的水平 IC 产量到 2000 年可望达到 年产 10 亿块 1995 年 4 月 中科院微电子中心已开发出 0 8um 的 CMOS 工艺 在 5 0 5 7mm 面积上集成了 26000 只晶体管 输出管脚数为 72 制成了通用的模糊控制集 成块 高密度电子组装技术 集成电路 IC 实际上完成了芯片级的电子组装 有着极高的互联密度 那么 能不能 将高集成鹊胨 SI VLSI ULSI 大规模 超大规模 特大规模集成电路 和 ASIC FPGA EPLD 专用 IC 现场可编程门阵列 电可擦除可编程的逻辑器件 等组装在一 起实现集成电路的功能集成呢 这就是 SMT 表面安装技术 HWSI 混合大圆片规模 集成技术 和 3D 三维组装技术 这些技术 推动着电子设备和产品继续向薄轻短小发 展 在片状元件的小型化和自动安装设备所能处理的元件尺寸已濒临极限的今天 起着关 键的作用 进入 90 年代 代表性技术则轮到了 MCM 人称多芯片组装时代 到 2000 年 即下世纪初 将是 WSI HWSI 3D 时代 WSI 是将复杂的电子电路集成在一个大圆片上 将 IC 芯片 MCM 和 WSI 进行三维迭装的 3D 组装突破了二维的限制 使组装密度更上一 层楼 折叠纳米电子学 近几十年来 电子计算机已历经了几代的更迭 而代代更迭都是以存储或处理信息的 基本电子学单元的尺度变化为标志的 从 80 年代开始 科学家开始探索特征尺寸为纳米 量级的电子学 纳米电子学主要研究以扫描隧道显微镜为工具的单原子或单分子操纵技术 这些技术都有可能在纳米量级进行加工 目前已形成纳米量级的 信息存储器 存储状态 已维持一个月