1。概述
電子工業是現在高新技術的核心，它在人類的科技發展中發揮了巨大作用，電子工業已經成為成為當今世界發展最快的高新技術產業，在全世界各國國民經濟中起著舉足輕重的作用。當今的電子技術離不開積體電路，
積體電路是電子工業的基石，積體電路是20世紀最偉大的發明之一
。
積體電路是一種微型電子器件或部件。它是採用一定的工藝把一個電路中所需的元件及佈線互連一起，並製作在一小塊基片上，然後封裝在一個管殼內，其中所有元件在結構上已組成一個整體。
積體電路包括半導體積體電路和混合積體電路
。
半導體積體電路
是利用半導體技術將電路中的電阻、電容、電感、電晶體等元件及佈線，在同一塊半導體材料製造完成，形成一個完整的、有獨立功能的電路系統。
混合積體電路
是將
多個不同的半導體積體電路和分立電子元件
透過微細加工技術，將它們固化到同一個基板（陶瓷材料或半導體材料）上，用互連的方式將它們整合為一個完整的、有獨立功能的電路系統。
本文主要介紹
半導體積體電路
相關知識和技術。
半導體積體電路分類
積體電路按照功能可以分為：
數字積體電路、模擬積體電路和混合訊號積體電路
。
數字積體電路是指只處理數字訊號的一類電路，也稱為邏輯電路
。這類產品主要包括處微理器（MPU）、微控制器（MCU）、儲存器（RAM、ROM）、介面電路等。數字積體電路通常是由基本的邏輯閘電路單元構成。
模擬積體電路是指完成對模擬訊號進行放大、轉換、調製、運算等功能的一類電路
。由於早期這類電路主要用於訊號線性處理，所以又稱為線性電路。模擬積體電路包括放大器、模擬乘法器、模擬開關和電源電路等。
混合訊號積體電路是可以同時處理數字訊號和模擬訊號的電路
。混合訊號積體電路主要包括：A/D轉換器（模數轉換器）、D/A轉換器（數模轉換器）。
2。積體電路發展
為什麼會發明積體電路？它能給我們帶來什麼？
我們透過半導體積體電路的發展歷史，來解開半導體積體電路這個
發明創造背後的驅動力
。
驅動力
1946年，ENIAC（Electronic Numerical Integrator And Computer即電子數字積分計算機）在美國宣告誕生，ENIAC是繼ABC（阿塔納索夫-貝瑞計算機）之後的第二臺電子計算機，美國國防部用它來計算彈道，ENIAC每秒鐘可以運算5000次。
ENIAC是一個龐然大物！ENIAC總長約30米，高約4米，厚約0.9米，佔地約167平米、重達30噸
！ENIAC內部電路使用了約18000只電子管、7200只電阻、10000只電容、50萬條線，功率約150千瓦 。
電子計算機提供了無所倫比的計算能力
，但是這種計算機有幾個突出問題：
體積大、功耗大
。
如果能把計算機內部的電子元件和連線整合在一小塊載體上
，這就解決了體積和功耗問題！半導體積體電路誕生和發展的
內在驅動力就在於此
！
發展
1947年12月23日美國貝爾實驗室
的威廉·肖克利（William Shockley）和約翰·巴丁（John Bardeen）發明了點觸式三極體，這是
世界上第一隻晶體三極體
，它標誌著電子技術從電子管時代進入電晶體時代邁出了第一步！
而在此之前計算機電路只能使用體積大、功耗大、結構不穩定的電子管。晶
體管具有電子管的主要功能，同時解決了體積大、功耗大、結構不穩定等問題
。在電晶體發明後，1948年肖克利在貝爾實驗室內部刊物釋出了《半導體中的P-N結和P-N結型電晶體的理論》，1950年11月肖克利發表《半導體中的電子和空穴》，
奠定了PN接面和麵接型電晶體的基本理論
。
1954年
，德州儀器以25000美元從西部電子公司那裡購買了生產電子電晶體的專利，並在同年研製出了
第一個商用的矽電晶體905 型
，德州儀器成為當時唯一一個批次生產矽管的公司。
1958年
，德州儀器的基爾比突發奇想：很多器件組成的極小的微型電路是可以在一塊晶片上製作出來的。1958年9月12日，基爾比把這個想法變成了現實，
研製出世界上第一塊積體電路（這塊電路實際上是僅包含12個元件的積體電路）
，並憑藉這項發明，2000年基爾比獲得了諾貝爾物理學獎。
1959年
，當時在仙童公司工作的鮑勃·諾伊斯（後來快捷半導體公司，英特爾創始人），
創造了掩膜版曝光刻蝕方法用來生產積體電路
。
1964年
，IBM公司成年僅四十歲的吉恩·阿姆達爾擔任主設計師，歷時四年研發的IBM360計算機問世，IBM360是用積體電路構建了世界上第一臺積體電路的計算機，也稱為第三代計算機。這個計算機有大、中、小共6個型號，涵蓋了科學計算和事務處理兩方面的應用，能夠360度全方位使用，因此它起名為IBM360。這臺計算機與之前的計算機相比最大的特徵，就是從軍用為主轉向了民用為主，
它代表著計算機從工商界到科學界的全方位應用
。
1970年
，Intel公司的科學家泰德·霍夫（Ted Hoff）主持設計了
世界上第一款微處理器——英特爾4004
。Intel 4004片內集成了2250個電晶體，電晶體之間的距離是10微米，能夠處理4bit的資料，每秒運算6萬次，支援8位指令集及12位地址集。
1978年6月
，
Intel推出了8086微處理器，8086是x86架構微處理器的鼻祖
，後續推出的各種微處理器均保持與之相容。8086工作主頻為4。77MHz，採用16位暫存器、16位資料匯流排。8086微處理器使用+5V電源，40條引腳雙列直插式封裝，有16根資料線和20根地址線，對記憶體空間實行分段管理，實現對1MB空間的定址，採用並行流水線工作方式。8086是一款劃時代的微處理器。
1993 年
，
Intel公司釋出了Pentium系列微處理器80586
，Pentium系列微處理器與以前的Intel公司處理器完全相容。值得一提的是奔騰處理器中有兩條資料流水線，可以同時執行兩條指令，Intel公司把這種同時執行兩條指令的能力稱為超標量技術。第1代奔騰處理器主頻有60MHz和66MHz。
2018年8月31日
，
華為在德國柏林IFA展會上釋出麒麟980晶片
。麒麟980晶片是華為海思推出的基於ARM的64位系統晶片，
它是世界上第一枚採用臺積電7nm工藝製造的商用手機SoC晶片組
（4
A76+4
A55的八核心晶片），最高主頻高達2。8GHz。麒麟980集成了八個CPU核心、十個GPU核心，並有雙ISP、i8感測器處理器、安全引擎，還支援UFS 2。Hi-Fi音訊、4K影片。
縱觀半導體積體電路的發展可以總結出兩個發展趨勢：
1、體積越來越小。2、功能越來越複雜。
3。積體電路材料
3。1半導體材料
半導體材料是製造半導體積體電路的主要材料
，目前積體電路中採用的半導體材料有
元素半導體
和
化合物半導體材料
兩類。元素半導體主要包括鍺（Ge）和矽（Si）。化合物半導體材料包括碳化矽（SiC）、砷化鎵（GaAs）、銦鎵砷（InGaAs）等。
3。2半導體材料特性
半導體積體電路主要是採用半導體材料製造，之所以可以採用半導體材料製造出極其複雜的半導體積體電路，是因為半導體有一系列特點：
導電特性，摻雜特性，溫度特性、光電特性、壓力特性等
。
導電特性
物質的導電能力的強弱用其導電率表示，導電率的倒數稱為電阻率。根據電阻率的大小可以將自然界中的物質分為
導體、半導體和絕緣體三類
，其中半導體的電阻率介於導體和絕緣體之間，如下圖所示：
摻雜特性
在半導體材料中加入微量的其他元素，稱為摻進雜質（簡稱摻雜）
，可以在很大範圍內改變半導體的導電能力。以半導體材料矽為例，在室溫下純矽的電阻率為230000Ω*cm，但是隻要參入0。000001%（千萬分之一）的磷元素，此時含有雜質的矽材料的導電能力將提高200000000%（20萬倍）！
由此可見摻雜元素的含量雖然極小，但是對半導體的導電能力起了決定性作用
。
溫度特性
半導體有一個重要特性，隨溫度的上升半導體中載流子濃度增加、電阻降低
。利用半導體的這種效應可以製成半導體熱敏電阻。隨著半導體積體電路技術的不斷髮展，半導體整合式溫度感測器越來越受到人們的關注。
半導體整合式溫度感測器有著更小的尺寸，容易進行系統整合等優勢
。這種整合溫度感測器把包括溫度感知器件、adc電路、和數位電路整合在一起，它們可以輸出數字訊號，能夠方便的在微處理器中進行處理。半導體整合溫度感測器主要採用bjt作為溫度測量器件，下圖是半導體溫度感測器LM35的功能框圖：
光電特性
半導體材料在受到光照後導電能力可以提高几百倍
，利用半導體的這種效應可以製成半導體光電感測器：
光電二極體（Photo-Diode）
。光電二極體是由一個PN接面組成的半導體器件，具有單向導電特性。光電二極體是在反向電壓作用之下工作的，在一般照度的光線照射下，所產生的電流叫光電流。如果在外電路上接上負載，負載上就獲得了電訊號，而且這個電訊號隨著光的變化而相應變化。光電感測器如下圖：
壓力特性
半導體受到應力作用時，由於應力引起能帶的變化使其電阻率發生變化，這種物理現象稱為壓阻效應
。利用半導體的這種效應可以製成半導體壓力感測器，這種壓力感測器結構簡單可靠，沒有相對運動部件，感測器中的彈性元件和壓力敏感元件合為一體，提高了感測器的效能。下圖是半導體壓力感測器LPS22HH的功能框圖：
3。3本證半導體和雜質半導體
本徵半導體
沒有任何雜質和缺陷的純淨半導體材料稱為本徵半導體
，這種半導體的導電特徵取決於材料本身的固有特徵。
雜質半導體
積體電路中使用的半導體材料並不是本證半導體
，而是使用雜質半導體。
在本證半導體中摻入一定量的其他元素，這種摻入雜質的半導體稱為雜質半導體，摻入的這些雜質稱為雜質原子，摻入雜質原子的過程稱為摻雜
。在純淨的半導體材料中摻入雜質後，半導體的導電性將發生很大變化。
N型半導體
在半導體材料中摻入微量三價元素磷（P）、砷（Sb）、銻（As）等元素後，半導體材料中就會產生很多帶負電的電子，使半導體中自由電子的濃度大大高於空穴濃度。
這類雜質提供了帶負電（Negative）的電子載流子，故稱它們為N型雜質，這種半導體稱為N型半導體
。對於N型半導體材料而言，總的正電荷等於負電荷數目，材料整體為電中性。
P型半導體
在半導體材料中摻入微量三價元素硼（B）、鋁（Ga）、銦（In），使半導體中空穴的濃度大大高於自由電子濃度。
這類雜質提供了帶正電（Positive）的空穴載流子，故稱它們為P型雜質，這種半導體稱為P型半導體
。對於P型半導體材料而言，總的正電荷等於負電荷數目，材料整體為電中性。
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