立體集成電路

⑴ 什麼是集成電路

集成電路的發明，是多項技術不斷發展的綜合結果。

最早提出製造半導體集成電路思想的，是從事雷達研究的英國科學家達默。他在1952年5月發表的一篇論文中提出：「由於現在晶體管的出現和半導體方面的研究成果，有可能製造單塊形狀的電子器件而省去連接線。這種器件由多層絕緣材料、通導材料、整流材料和放大材料構成，在各層中去掉某一部分就能使器件具有某種電功能。」

達默的上述設想很有意義，可惜他本人未能使之付諸實施。進入50年代以後，軍事工業和宇航工業的迅速發展，迫切需要各種功能更強、能實現更加復雜功能的半導體器件，而且還希望這種器件越小巧越好。

在社會需要的刺激下，那些早期來到矽谷開創電子工業的一批年輕的微電子工程師們，很自然地把研究方向瞄準到上述目標上。他們設想把一些晶體管及一些元件在新的形式下組合成一種更復雜的線路，而不是簡單地拼湊在一起，這種線路稱為集成電路。從外形來看，它們就是小小的矽片，因此人們也把它們稱為晶元。至今，在各種計算機、計算器及各種電器設備中處處都可以看到這種晶元。早在第二次世界大戰期間，有人就已設法把油墨狀的電阻材料和鍍銀金屬片印在陶瓷基片上，做成電阻和連接線的組合體；而印刷電路工藝的發展和晶體管的發明，都為集成電路的發明做了必要的技術准備。

現在人們認為，世界上最早的集成電路，是1958年由美國物理學家基爾比和諾伊斯兩人各自獨立地研究發明的，為了認定這項發明的專利權，他們兩人所屬的公司之間曾為此引發了一場為時不短的爭執，因此，回顧一下他們各自的發明過程，是很有意思的。

基爾比於1923年生於美國密蘇里州傑斐遜市，1947年畢業於伊利諾大學，1950年在威斯康星大學獲碩士學位。

1958年5月，基爾比進入得克薩斯儀器公司還只有3個月，他被安排去進行電子設備微型化的研究。當時電子設備應用了電子管，後來逐步使用晶體管，但體積龐大。

按照國防部的要求，基爾比的任務是研究如何通過採用較小的元件、更細密的接線，使電子設備體積縮小，更加緊湊靈巧。

在這一年夏天，當基爾比的同事都去度假時，他卻在寧靜的環境中，坐在辦公桌前苦苦思索解決微型化問題的辦法。他在想出新辦法前，屢次碰壁，後來才想到，所需用的全部電路元件包括晶體管、電阻、電容在內，可以用同一種半導體材料製成；這些電路元件必須絕緣，因此能單獨起作用，彼此沒有干擾；而全部電路元件都焊接在半導體圓片的基片或附近，從而可以利用先進的半導體技術手段使電路相互連接，不必擔心元件在連接的地方會出現短路。當時基爾比把這種電路稱為固體電路(現在有人稱為微型電路)。1958年9月，基爾比的第一個安置在半導體鍺片上的電路——「相移振盪器」取得了成功。

諾伊斯於1927年出生於美國衣阿華州的一個小鎮。他對現實世界充滿了好奇心，在十二三歲時就同二哥先後製造過一架碩大的滑翔機，裝配出一輛汽車。他在大學同時學習物理、數學兩個專業，對晶體管及其應用也很感興趣，在晶體管方面奠定了堅實的理論基礎。在1949年考取博士研究生後，仍選修一些有助於晶體管基礎研究的課程，而在學術活動中，又有機會見到晶體管領域著名的專家肖克萊等人。

諾伊斯在1953年取得博士學位後，寧願到待遇低的小公司任職。他認為：「越是小地方，就越能得到多方面的鍛煉，有利於發揮作用。這樣既便於選擇合適的課題進行研究，又能成為企業家。」

當1955年肖克萊在矽谷創建「肖克萊半導體公司」時，諾伊斯就是其中被聘請來的優秀科技人才之一。在肖克萊半導體實驗室成立的第一年內，諾伊斯和他的同事們竭力鼓動肖克萊把研究重點轉向硅晶體管，但肖克萊執意要搞四層二極體的研究。由於認識上的分歧，1957年，諾伊斯和公司的另外7名年輕人一起離開了肖克萊公司，自己成立了「仙童半導體公司」，成為矽谷的第一家專門研製硅晶體管的公司。從這個意義上來說，諾伊斯早年想當企業家的願望果真實現了。

當時，仙童公司在生產晶體管中首先使用一種「平面工藝」。主持技術工作的是赫爾尼，他是當時矽谷最有才乾的科學家之一。他提出的平面工藝法，是通過各種措施把硅表面的氧化層盡量擠壓，直到壓成一張扁平的薄片為止，使器件的各電極在同一個平面上。因此，只要預先設計出晶體管的電極結構圖，通過照相製版的方法，把它精縮成掩模板，就可使立體形狀的晶體管製作成平面形狀的晶體管。於是，結構無論怎樣復雜和精密的晶體管，都可以用這種平面工藝壓縮在一片小小的半導體矽片上。

平面工藝法的提出，使仙童公司科學家的思路豁然開朗，他們一下子看到了令人振奮的應用前景，他們意識到，不只是幾個晶體管可以放置在一塊矽片上，幾十個、幾百個甚至幾百萬個晶體管都可以放到一塊矽片上。

平面工藝後來很快就應用到集成電路的製造上。仙童公司的科學家發現，運用照相平板印刷技術，可以在硅的表面上，把同樣的晶體管按照一定的規律重復地排列，同時又使這些晶體管彼此相連。仙童公司的副經理諾伊斯與他人共同提出了製造集成電路的平面工藝法，並主持製造出世界上第一塊用半導體硅製成的集成電路。

得克薩斯儀器公司的基爾比當然也認識到平面工藝法的重大價值。在諾伊斯之前半年就在製造「相移振盪器」時成功地實現了把電子線路安放在鍺片上的設想。但諾伊斯製成的硅集成電路比基爾比的鍺集成電路更實用，更容易生產。

當後來回憶自己在32歲發明集成電路的情況時，諾伊斯風趣地說：「我發明集成電路，那是因為我是一個『懶漢』。當時曾考慮，用導線連接電子元件太費事，我希望越簡單越好。」

而基爾比在得克薩斯儀器公司發明了後來稱為集成電路的「固體電路」後，立即得到該公司負責人的重視，他們意識到這種新電子器件的重要性，並預計它將會得到廣泛的應用，因此必須大力推廣。

1959年2月，基爾比為他本人的「固體電路」申請了專利。不久之後，得克薩斯儀器公司宣布，他們已生產出一種比火柴頭還小的半導體固體電路。而仙童公司的諾伊斯，雖然在此之前已使用平面工藝製造出半導體矽片集成電路，但並沒有及時申請專利，直到1959年7月，諾伊斯才想到要去辦專利申請手續，但時間已比基爾比晚了半年。

此後上述兩家公司為集成電路的發明權長期爭執不休，就是因為基爾比比諾伊斯申請專利的時間要早一些。基爾比先取得專利，但他的設計思想未能實現；而諾伊斯的平面工藝技術後來成為微電子革命的基礎，但他卻是在基爾比之後才申請專利的，更何況這一項技術在仙童公司並不是由他一人獨自發現並加以完善的。

最後經法庭裁決，集成電路的發明專利權屬於基爾比，而關鍵的有關集成電路的內部連接技術專利權屬於諾伊斯。從1961年起，兩人的專利使各自所在的公司都得到很大的經濟效益，而他們兩人也都因此成為國內外知名的發明家及微電子學的創始人，兩人還一起獲得美國科技人員最渴望得到的「巴倫坦獎章」。

⑵ 集成電路特點

(一)按功能結構分類
集成電路按其功能、結構的不同，可以分為模擬集成電路、數字集成電路和數/模混合集成電路三大
類。
模擬集成電路又稱線性電路,用來產生、放大和處理各種模擬信號(指幅度隨時間變化的信號。例如半導體收音機的音頻信號、錄放機的磁帶信號等)，其輸入信號和輸出信號成比例關系。而數字集成電路用來產生、放大和處理各種數字信號(指在時間上和幅度上離散取值的信號。例如3G手機、數碼相機、電腦CPU、數字電視的邏輯控制和重放的音頻信號和視頻信號)。
(二)按製作工藝分類
集成電路按製作工藝可分為半導體集成電路和膜集成電路。
膜集成電路又分類厚膜集成電路和薄膜集成電路。
(三)按集成度高低分類
集成電路按集成度高低的不同可分為
SSI 小規模集成電路(Small Scale Integrated circuits)
MSI 中規模集成電路(Medium Scale Integrated circuits)
LSI 大規模集成電路(Large Scale Integrated circuits)
VLSI 超大規模集成電路(Very Large Scale Integrated circuits)
ULSI 特大規模集成電路(Ultra Large Scale Integrated circuits)
GSI 巨大規模集成電路也被稱作極大規模集成電路或超特大規模集成電路(Giga Scale Integration)。
(四)按導電類型不同分類
集成電路按導電類型可分為雙極型集成電路和單極型集成電路,他們都是數字集成電路.
雙極型集成電路的製作工藝復雜，功耗較大，代表集成電路有TTL、ECL、HTL、LST-TL、STTL等類型。單極型集成電路的製作工藝簡單，功耗也較低，易於製成大規模集成電路，代表集成電路有CMOS、NMOS、PMOS等類型。
(五)按用途分類
集成電路按用途可分為電視機用集成電路、音響用集成電路、影碟機用集成電路、錄像機用集成電
路、電腦(微機)用集成電路、電子琴用集成電路、通信用集成電路、照相機用集成電路、遙控集成電路、語言集成電路、報警器用集成電路及各種專用集成電路。
1.電視機用集成電路包括行、場掃描集成電路、中放集成電路、伴音集成電路、彩色解碼集成電路、AV/TV轉換集成電路、開關電源集成電路、遙控集成電路、麗音解碼集成電路、畫中畫處理集成電路、微處理器(CPU)集成電路、存儲器集成電路等。
2.音響用集成電路包括AM/FM高中頻電路、立體聲解碼電路、音頻前置放大電路、音頻運算放大集成電路、音頻功率放大集成電路、環繞聲處理集成電路、電平驅動集成電路，電子音量控制集成電路、延時混響集成電路、電子開關集成電路等。
3.影碟機用集成電路有系統控制集成電路、視頻編碼集成電路、MPEG解碼集成電路、音頻信號處理集成電路、音響效果集成電路、RF信號處理集成電路、數字信號處理集成電路、伺服集成電路、電動機驅動集成電路等。
4.錄像機用集成電路有系統控制集成電路、伺服集成電路、驅動集成電路、音頻處理集成電路、視頻處理集成電路。
(六)按應用領域分
集成電路按應用領域可分為標准通用集成電路和專用集成電路。
(七)按外形分
集成電路按外形可分為圓形(金屬外殼晶體管封裝型，一般適合用於大功率)、扁平型(穩定性好,體積小)和雙列直插型 。

⑶ 立體集成電路的特點是什麼

立體集成電路即三維集成電路。立體集成電路具有高密度、高速度、多功能和低功耗等特點，可作成大容量存儲器和高速信號處理器。SOI（硅/絕緣層結構）技術。隨著分子束外延、化學氣相淀積和原子搬移等超微加工技術的發展，在半導體晶元內部實現器件布局的立體化也將逐步實現，以製作出密度更高的立體集成電路。

⑷ 什麼是集成電路

• 集成電路（integrated circuit）是一種微型電子器件或部件。採用一定的工藝，把一個電路中所需的晶體管、電阻、電容和電感等元件及布線互連一起，製作在一小塊或幾小塊半導體晶片或介質基片上，然後封裝在一個管殼內，成為具有所需電路功能的微型結構；其中所有元件在結構上已組成一個整體，使電子元件向著微小型化、低功耗、智能化和高可靠性方面邁進了一大步。它在電路中用字母「IC」表示。集成電路發明者為傑克·基爾比（基於鍺（Ge）的集成電路）和羅伯特·諾伊思（基於硅（Si）的集成電路）。當今半導體工業大多數應用的是基於硅的集成電路。

• 是20世紀50年代後期一60年代發展起來的一種新型半導體器件。它是經過氧化、光刻、擴散、外延、蒸鋁等半導體製造工藝，把構成具有一定功能的電路所需的半導體、電阻、電容等元件及它們之間的連接導線全部集成在一小塊矽片上，然後焊接封裝在一個管殼內的電子器件。其封裝外殼有圓殼式、扁平式或雙列直插式等多種形式。集成電路技術包括晶元製造技術與設計技術，主要體現在加工設備，加工工藝，封裝測試，批量生產及設計創新的能力上。

⑸ 三維集成電路的介紹

具有多層器件結構的集成電路。又稱立體集成電路。現有的各種商品集成電路都是平面結構，即集成電路的各種單元器件一個挨一個地分布在一個平面上，稱二維集成電路。

⑹ 三維集成電路的三維集成面臨技術的挑戰

三維集成面臨技術的挑戰：
①散熱問題：由於電路系統擁有了更高的集成度，熱回功耗也隨之提升、表面積答體積比隨之下降，與此同時，傳統的平面散熱技術不再能滿足立體集成電路的散熱要求。
②測試問題：傳統測試技術只針對單層系統，而未提供針對多層晶元集成之後的整體系統測試技術。

⑺ 三維集成電路的三維集成的優點

三維集成的優點復是：
①提高封裝密制度。多層器件重疊結構可成倍提高晶元集成度。
②提高電路工作速度。重疊結構使單元連線縮短，並使並行信號處理成為可能，從而實現電路的高速操作。
③可實現新型多功能器件及電路系統。如把光電器件等功能器件和硅集成電路集成在一起，形成新功能系統。日、美、歐共體各國都在致力於研究三維集成電路，並已制出一些實用的多層結構集成電路。立體電路是正在發展的技術。

⑻ 集成電路是什麼意思

集成電路是指的一種微型電子器件或部件。採用一定的工藝，把一個電路中所需的晶體管、電阻、電容和電感等元件及布線互連一起，製作在一小塊或幾小塊半導體晶片或介質基片上，然後封裝在一個管殼內，成為具有所需電路功能的微型結構；其中所有元件在結構上已組成一個整體，使電子元件向著微小型化、低功耗、智能化和高可靠性方面邁進了一大步。

集成電路在電路中用字母「IC」表示。集成電路發明者為傑克·基爾比（基於鍺（Ge）的集成電路）和羅伯特·諾伊思（基於硅（Si）的集成電路）。當今半導體工業大多數應用的是基於硅的集成電路。

(8)立體集成電路擴展閱讀：

集成電路按用途可分為電視機用集成電路、音響用集成電路、影碟機用集成電路、錄像機用集成電路、電腦（微機）用集成電路、電子琴用集成電路、通信用集成電路、照相機用集成電路、遙控集成電路、語言集成電路、報警器用集成電路及各種專用集成電路。

1、電視機用集成電路包括行、場掃描集成電路、中放集成電路、伴音集成電路、彩色解碼集成電路、AV/TV轉換集成電路、開關電源集成電路、遙控集成電路、麗音解碼集成電路、畫中畫處理集成電路、微處理器（CPU）集成電路、存儲器集成電路等。

2、音響用集成電路包括AM/FM高中頻電路、立體聲解碼電路、音頻前置放大電路、音頻運算放大集成電路、音頻功率放大集成電路、環繞聲處理集成電路、電平驅動集成電路，電子音量控制集成電路、延時混響集成電路、電子開關集成電路等。

3、影碟機用集成電路有系統控制集成電路、視頻編碼集成電路、MPEG解碼集成電路、音頻信號處理集成電路、音響效果集成電路、RF信號處理集成電路、數字信號處理集成電路、伺服集成電路、電動機驅動集成電路等。

4、錄像機用集成電路有系統控制集成電路、伺服集成電路、驅動集成電路、音頻處理集成電路、視頻處理集成電路。

5、計算機集成電路，包括中央控制單元（CPU）、內存儲器、外存儲器、I/O控制電路等。

6、通信集成電路

7、專業控制集成電路