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图4真空二极管

图3电子管 1.1.2 晶体管

由于对半导体材料的发现,使电子管器件向半导体晶体管器件发生了转变。

半导体制成的晶体管具有体积小、重量轻、寿命长、耗电省的优点,这使晶体管取代了真空电子管而得到了广泛的应用。

晶体管是美国贝尔实验室的肖克莱,巴丁,布拉特在1948年发明的,如图5所示。这种晶体管的结构是使两根金属丝与低掺杂锗半导体表面接触,称为接触型晶体管。

1949年,开发出了结型晶体管,在实用化方面前进了一大步,如图6所示。 1956年开发出了制造P型和N型半导体的扩散法。它是在高温下将杂质原子渗透到半导体表层的一种方法。

1960年开发出了外延生长法并制成了外延平面型晶体管。外延生长法是把硅晶体放在氢气和卤化物气体中来制造半导体的一种方法。

图5晶体管 图6双极结型场效应管

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由此可见,分立元件越来越小,越来越方便。

1.2 集成元件阶段

集成电路的第一个样品是在 1958 年见诸于世的。集成电路的出现和应用,标志着电子技术发展到了一个新的阶段。它实现了材料、元件、电路三者之间的统一;同传统的电子元件的设计与生产方式、电路的结构形式有着本质的不同。

1.2.1 集成电路规模的发展

集成电路已经跨越了小、中、大、超大、特大、巨大规模几个台阶,集成度平均每2年提高近3倍。随着集成度的提高,器件尺寸不断减小,如表1所示。

表1集成元件的发展 时期 50年代末 60年代 70年代 70年代末 80年代 规模 小规模集成电路 中规模集成电路 大规模集成电路 超大规模集成电路 特大规模集成电路 集成度 100 1000 >1000 10000 >100000

1.2.2 不同时期的集成芯片

1958年,IT公司的科尔比、费尔柴尔德公司的诺伊斯,将平面技术、照相腐蚀技术和布线技术组合起来制成了人类史上的第一片集成电路。

1961年,得克萨斯仪器公司开始批量生产集成电路。集成电路并不是用一个一个电路元器件连接成的电路,而是把具有某种功能的电路“埋”在半导体晶体里的一个器件。它易于小型化和减少引线端,所以具有可靠性高的优点。 1985年,1兆位ULSI的集成度达到200万个元件,器件条宽仅为1微米;

1992年,16兆位的芯片集成度达到了3200万个元件,条宽减到0.5微米,而后的64兆位芯片,其条宽仅为0.3微米。

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1.2.3 具有代表性的集成电路芯片

具有代表性的集成电路芯片主要包括以下几类:微控制芯片,如图7所示;可编程逻辑器件,如图8所示;数字信号处理器,如图9所示;大规模存储芯片,如图10所示。

图7微控制芯片 图8可编程逻辑器件

图9数字信号处理器 图10大规模存储芯片

2. 电子技术的现状

电子技术的现状就是多种电子技术共存,其中最为主要的,应用最为广泛

的应为以下的几种电子技术。

2.1 微电子技术

在21世纪,存在着许多电子技术。其中应用最多的是微电子技术。集成电路是微电子技术的核心。微电子技术是建立在以集成电路为核心的各种半导体器

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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,微电子技术是现代高科技的重要支柱。

2.2 EDA技术

其次还有EDA技术,也发挥了不可忽视的作用。EDA技术就是以计算机为工具,设计者在EDA软件平台上,用硬件描述语言VHDL完成设计文件,然后由计算机自动地完成逻辑编译、化简、分割、综合、优化、布局、布线和仿真,直至对于特定目标芯片的适配编译、逻辑映射和编程下载等工作。EDA技术的出现,极大地提高了电路设计的效率和可操作性,减轻了设计者的劳动强度。它在机械、电子、通信、航空航天、化工、矿产、生物、医学、军事等各个领域发挥了很大作用。

2.3 光电子技术

就目前而言,光电子技术也在高速发展。光电子技术和微电子技术的紧密结合已是常见的事;光电子技术同生物技术结合,已出现光生物学和生物光电子学。正兴起的纳米技术已同光电子技术发生密切关系。因此预期在人类社会的许多根本性问题,如能源、环境保护、灾害预警、粮食生产、医疗卫生等方面将借助光电子技术以及光电子技术同其他高技术相结合得到很大的改善。

3. 对纳米电子技术的展望

20世纪末、21世纪初的纳米风暴,其实还只是走向纳米时代的序曲。尽管纳米技术革命或许还要经历一个需要耗费相当时日的成长发展时期,才能推出以全面成熟的纳米技术为基础的纳米时代;但对纳米时代远景的展望仍然是那样的激动人心。

3.1 纳米电子技术的发展前提

集成电路芯片的发展基本上遵循了摩尔定律,即每隔3年集成度增加4倍,特征尺寸缩小2倍。微电子产业已沿着摩尔轨道运行30余年。2l世纪微电子技

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