2.3 微電子技術

一、知識點綜述

1.微電子技術與集成電路（***）

（1）微電子技術與集成電路

微電子技術是信息技術領域的關鍵技術，是發展電子信息產業和各項高技術的基礎，是實現電子電路和電子系統超小型化及微型化的技術，它以集成電路為核心。

集成電路以半導體單晶片作為材料，采用平面工藝，將晶體管、電阻、電容等元器件及其連線所構成的電路制作在基片上所構成的一個微型化的電路或系統。

現代集成電路所使用的半導體材料主要是硅，也可以是化合物半導體如砷化鎵。

（2）集成電路的分類

集成電路一般根據規模來分類，規模是根據集成度劃分的，集成度是指單個集成電路所含電子元器件的數目。

小規模集成電路（SSI）：元器件數目<100。

中規模集成電路（MSI）：元器件數目為100～3000。

大規模集成電路（LSI）：元器件數目為3000～10萬。

超大規模集成電路（VLSI）：元器件數目為10萬～100萬。

極大規模集成電路（ULSI）：元器件數目>100萬。

現代計算機的CPU均是超大規模、極大規模集成電路。小規模集成電路一般以簡單的門電路或單級放大器為集成對象，大規模集成電路以功能部件、子系統為集成對象。

按用途集成電路可分為通用集成電路和專用集成電路。微處理器和存儲器芯片等都屬于通用集成電路。

按集成電路的功能分為數字集成電路和模擬集成電路。

按晶體管結構、電路和工藝的不同分為雙極型電路、金屬氧化物半導體（MOS）電路等。

2.集成電路的發展趨勢（****）

（1）集成電路的特點及工作速度

集成電路體積小、重量輕、功耗小、成本低、速度快、可靠性高。

集成電路的工作速度主要取決于晶體管的尺寸。晶體管的尺寸越小，其極限工作頻率越高，門電路的開關速度就越快，相同面積的晶片可容納的晶體管數目就越多。

提高集成度，關鍵在縮小門電路面積。

（2）Moore定律

Moore（摩爾）定律指出，單個集成電路的集成度平均每18～24個月翻一番。30多年來大體是按照這個規律發展的。

當前世界上集成電路大生產的主流技術已經達到12～16英寸晶圓、45或32nm（納米）的工藝水平，2010年的最新產品已達到32nm的水平。在未來的十年時間里，集成電路的技術還將繼續遵循Moore定律得到進一步的發展。預計2014年達到18英寸晶圓、14nm的工藝水平。

3.IC卡（***）

（1）IC卡及其特點

IC卡又稱集成電路卡，它把集成電路芯片密封在塑料卡基片內，使其成為能存儲信息、處理和傳遞數據的載體。

IC卡存儲信息量大、保密性強、可以防止偽造和竊用、抗干擾能力強、可靠性高。

（2）IC卡的分類

① 按卡中所鑲嵌的集成電路芯片分類。

存儲器卡：卡片封裝的集成電路為存儲器，如電話卡、水電費卡、公交卡、醫療卡等。

CPU卡：也叫智能卡，卡上集成了CPU、存儲器，還配有操作系統。處理能力強，保密性好，常用于作為證件和信用卡使用的重要場合，如手機中使用的用戶識別卡（SIM）。

② IC卡按使用方式分類。

接觸式IC卡：如電話IC卡，多用于存儲信息量大、讀寫操作比較復雜的場合。易磨損、怕油污，壽命不長。

非接觸式IC卡：又叫射頻卡、感應卡，采用電磁感應方式無線傳輸數據，操作方便，快捷。記錄的信息簡單，讀寫要求不高，常用于身份驗證等場合，使用壽命很長。

二、真題解析

1.下列有關數字技術與微電子技術的敘述中，錯誤的是________。（2011年秋基礎第2題）

A.數字技術是采用有限個狀態（主要是兩個狀態）來表示、處理、存儲和傳輸信息的技術

B.比特是信息的基本單位，1個比特可以表示8位二進制數

C.集成電路芯片是微電子技術的結晶，是現代信息產業的基礎

D.Moore定律是指“單塊集成電路的集成度平均每18～24個月翻一番”

【解析】比特是信息的最小單位，字節是信息的基本單位，1字節=8比特。

【答案】B

2.微電子技術是信息技術領域中的關鍵技術，它以集成電路為核心。下列有關集成電路的敘述中，錯誤的是________。（2010年秋基礎第1題）

A.現代集成電路使用的半導體材料只能是硅（Si），不能使用其他任何半導體材料

B.集成度是指集成電路包含的電子元器件數目，可分為SSI、MSI、VLSI等

C.Moore定律指出，單塊集成電路的集成度平均18～24個月翻一番

D.我國第2代身份證中嵌入了集成電路芯片，可以實現電子防偽和數字管理功能

【解析】現代集成電路使用的半導體材料主要是硅，也可以是化合物半導體，如砷化鎵。選項B中的SSI、MSI、VLSI分別為小、中、超大規模集成電路。

【答案】A

3.在下列有關集成電路及其應用的敘述中，錯誤的是________。（2010年春基礎第2題）

A.集成電路的制造工序繁多，工藝復雜且技術難度高

B.經過拋光后的硅片稱為晶圓，每個晶圓最多可以制成一個合格的集成電路芯片

C.IC卡分為接觸式IC卡和非接觸式IC卡，后者通常又稱射頻卡或感應卡

D.集成電路應用十分廣泛，目前我國第2代居民身份證中就有集成電路芯片

【解析】集成電路的制造有400多道工序，工藝復雜且技術難度非常高，有一系列的關鍵技術，生產、控制及測試設備也異常昂貴。視硅片大小和集成電路的復雜程度，每一硅拋光片上可制作出成百上千個獨立的集成電路，這種整齊排滿了集成電路的硅片稱為“晶圓”。

【答案】B

4.在下列有關集成電路的敘述中，正確的是________。（2009年秋基礎第2題）

A.現代集成電路所使用的半導體材料都是硅

B.所有的集成電路都是數字集成電路

C.Moore定律認為單塊集成電路的集成度平均每年翻一番

D.Intel公司微處理器產品Core 2 Duo，其集成度已高達數千萬個電子元器件

【解析】現代集成電路使用的半導體材料主要是硅，也可以是化合物半導體如砷化鎵。集成電路按功能可分為模擬集成電路和數字集成電路。Moore定律認為單塊集成電路的集成度平均每18～24個月翻一番。現代計算機的CPU均是超大規模集成電路，集成度高達數百萬至數千萬個電子元器件。

【答案】D

5.在下列有關微電子技術與集成電路的敘述中，錯誤的是________。（2008年春基礎第1題）

A.微電子技術是以集成電路為核心的技術

B.集成度是指單個集成電路所含電子元器件的數目

C.Moore定律指出，單個集成電路的集成度平均每18～24個月翻一番

D.IC卡僅有存儲器和處理器，卡中不可能存儲有軟件

【解析】IC卡按卡中所鑲嵌的集成電路芯片分存儲器卡和CPU卡。存儲器卡封裝的集成電路為存儲器，CPU卡上集成了CPU，還配備有操作系統等軟件。

【答案】D

6.在下列有關集成電路的敘述中，錯誤的是________。（2007年秋基礎第2題）

A.現代集成電路使用的半導體材料主要是硅

B.大規模集成電路一般以功能部件、子系統為集成對象

C.我國第2代居民身份證中包含有IC芯片

D.目前超大規模集成電路中晶體管的基本線條已小到1nm左右

【解析】大規模集成電路以功能部件、子系統為集成對象。我國第2代居民身份證中的IC芯片為非接觸式IC卡。集成電路技術發展很快，2010年的最新產品達到32nm的水平，預計2014年達到14nm的工藝水平。

【答案】D