微电子技术课件.ppt

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1、第1章 信息技术概述,1.3 微电子技术简介,1.3 微电子技术简介,（1）微电子技术与集成电路（2）集成电路的制造（3）集成电路的发展趋势（4）IC卡,(1)微电子技术与集成电路,微电子技术是信息技术领域中的关键技术，是发展电子信息产业和各项高技术的基础 微电子技术的核心是集成电路技术,什么是电子电路？,电路板,电子电路由电阻，电容，电感和二极管、晶体管等元器件组成，它们通过导线连接起来，使电流在其中流动，完成信号的生成、放大、变换或传输等功能,过去，电路由单个元器件（分立元件）和电线连接而成，现在则大多制作成集成电路形式,电子电路中元器件的发展演变,微电子技术是以集成电路为核心的电子技术，

2、它是在电子元器件小型化、微型化的过程中发展起来的。,电子管(1904),什么是集成电路？,集成电路 (Integrated Circuit，简称IC)：以半导体单晶片作为基片,采用平面工艺，将晶体管、电阻、电容等元器件及其连线所构成的电路制作在基片上所构成的一个微型化的电路或系统集成电路的优点：体积小、重量轻功耗小、成本低速度快、可靠性高,超大规模集成电路,小规模集成电路,各种各样的集成电路,IC是所有电子产品的核心,集成电路的分类,按用途分：通用集成电路专用集成电路（ASIC）按电路的功能分：数字集成电路模拟集成电路按晶体管结构、电路和工艺分：双极型（Bipolar）电路金属氧化物半导体(M

3、OS)电路按集成度(芯片中包含的元器件数目)分：,(2)集成电路的制造(选学),集成电路的制造工序繁多，从原料熔炼开始到最终产品包装大约需要400多道工序，工艺复杂且技术难度非常高，有一系列的关键技术。许多工序必须在恒温、恒湿、超洁净的无尘厂房内完成。 兴建一个有两条生产线能加工8英寸晶圆的集成电路工厂需投资人民币10亿元以上。,制造业,集成电路的制造过程,集成电路的制造过程,集成电路生产线,集成电路产业发展迅速，创新能力不断增强。图为我国中芯国际集成电路有限公司12英寸超大规模集成电路生产线,Core i7/i5/i3 CPU的LGA封装）,主板上的CPU插座,集成电路的封装,集成电路封装目

4、的： 电功能、散热功能、机械与化学保护功能,(3)集成电路的发展趋势,集成电路的工作速度主要取决于晶体管的尺寸。晶体管的尺寸越小，其极限工作频率越高，门电路的开关速度就越快，相同面积的晶片可容纳的晶体管数目就越多。 所以从集成电路问世以来，人们就一直在缩小晶体管、电阻、电容、连接线的尺寸上下功夫。,2022/11/26,16,IC集成度提高的规律,Moore定律：单块集成电路的集成度平均每18个月翻一番 (Gordon E.Moore,1965年),集成电路技术的发展趋势,减小蚀刻尺寸，缩小晶体管、电阻、电容和连线的尺寸 增大硅晶圆的面积：使每块晶圆能生产更多的芯片,注：XX纳米（nm），指芯

5、片中电路连线的线宽尺寸，尺寸越小，集成度就越高,我国集成电路产业现状,对外依存度过高，特别是CPU、存储器等高端集成电路2017年集成电路进口量高达3700多亿块，进口额约为2601亿美元，接近原油进口额的两倍。目前我国集成电路是系统性、全方位落后于发达国家，整体提升和全面超越必须从基础研究和人才培养做起，还需要一定的时间。随着国产整机品牌的壮大，国内芯片企业比欧美同行有更大的市场需求和更多的发展机会。国家政策自上而下的重视、资本自下而上的助推，我国的芯片产业将已经迎来新的发展机遇。,(4) IC卡简介,几乎每个人每天都与IC卡打交道，例如我们的身份证、手机SIM卡、公交卡、校园卡等，什么是I

6、C卡？它有哪些类型和用途？工作原理大致是怎样的？下面是简单介绍。,什么是 IC卡？,IC卡(chip card、smart card)，又称为集成电路卡，它是把集成电路芯片密封在塑料卡基片内，使其成为能存储信息、处理和传递数据的载体特点：存储信息量大保密性能强可以防止伪造和窃用抗干扰能力强可靠性高应用举例：作为电子证件，记录持卡人的信息，用作身份识别（如身份证、考勤卡、医疗卡、住房卡等）作为电子钱包（如校园卡、公交卡、加油卡等）,IC卡的类型(按芯片分类),存储器卡：封装的集成电路为存储器，信息可长期保存，也可通过读卡器改写。结构简单，使用方便，有一定安全措施。用于电话卡、校园卡、公交卡等CP

7、U卡：封装的集成电路为中央处理器（CPU）和存储器，还配有芯片操作系统(Chip Operating System)，处理能力强，保密性更好，常用作银行卡和信用卡使用。手机中使用的SIM卡就是一种专用的CPU卡,CPU卡举例：手机的SIM卡,作用：保存个人识别码、加密密钥及用户的电话簿等信息在开机接入通信网络时进行身份认证,SIM卡由5部分组成：CPU(8位/16位/32位)程序存储器ROM工作存储器RAM数据存储器EEPROM串行通信单元,IC卡的类型(按使用方式分类),接触式IC卡(如电话IC卡)表面有方型镀金接口，共8个或6个镀金触点。使用时必须将IC卡插入读卡机，通过金属触点传输数据。

8、用于信息量大、读写操作比较复杂的场合,但易磨损、怕脏、寿命短非接触式IC卡(称为射频卡、感应卡)采用电磁感应方式无线传输数据，解决了无源（卡中无电源）和免接触问题操作方便，快捷，采用全密封胶固化，防水、防污，使用寿命长用于读写信息较简单的场合，如身份验证等双界面卡：既可通过接触方式的触点，也可相隔一定距离以射频方式使用的IC卡,接触式IC卡,非接触式IC卡,双界面卡,银行IC卡,双界面CPU卡：32位的CPU（ARM公司SC-100）256KB的只读存储器（ROM）用于存放芯片操作系统（COS）10KB的内存（RAM）在执行程序时用于存放数据144KB的EEPROM是存放应用程序和数据的辅助存

9、储器具有数据安全功能，集成了我国商用密码算法SSF33、SM1、SM3、SM7和美国数据加密标准DES/3DES、RSA（2048位）等硬件协处理器,非接触式IC卡的工作原理（选学）,读卡器发出一组固定频率的无线电波(射频信号)，通过天线向外发射,IC卡激活后，通过辐射电磁信号将卡内数据发射出去(或接收读卡器送来的数据),当IC卡处在读卡器有效范围(一般为510cm)内时，卡内的一个LC串联谐振电路(谐振频率相同的)便产生电磁共振，使电容充电，从而为卡内其它电路提供2V的工作电压,读卡器收到数据后，通过接口将IC卡数据传送给PC，PC将判断该卡的合法性，作出相应处理,选学： 非接触式IC卡在身

10、份证中的使用,第二代身份证使用非接触式CPU卡，可实现“电子防伪”和“数字管理”两大功能 ：电子防伪措施：个人数据和人脸图像经过加密后存储在芯片中，需要时可通过非接触式读卡器读出进行验证。还可以将人体生物特征如指纹等保存在芯片中，以进一步提高防伪性能数字管理功能：存储器能储存多达几兆字节的信息，采用分区存储，按不同安全等级授权读写采用数据库和网络技术，实现全国联网快速查询和身份识别，使二代证在公共安全、社会管理、电子政务、电子商务等方面发挥重要作用,选学： 什么是电子标签(RFID)？,电子标签RFID(Radio Frequency Identification) ，即射频标识技术，用于控制、检测和跟踪物体 标签进入阅读器磁场的有效范围后，发送出存储在芯片中的产品信息(无源标签)，或者主动发送某一频率的信号(有源标签)；阅读器读取信息并解码后，送至中央信息系统进行有关数据处理,选学： RFID应用举例（1）,当电子标签进入阅读器的磁场后，它接收阅读器发出的射频信号，凭借感应电流所获得的能量，发送出存储在芯片中的信息，由阅读器读取，然后送CPU进行处理,使用RFID的车辆电子收费系统,（2）,（3）,（4）,（5）,（4）,（1）,（2）,选学： RFID应用举例（2）,使用RFID的图书馆管理系统,2022/11/26,31,