0.01
256G 1400 750 3000
9 0.5-0.6
450 18吋
1.1 集成电路（IC）的发展
特征尺寸（微米）
集成电路工艺特征尺寸
0.3 0.25
0.2 0.15
0.1 0.05
0 1997 1999 2001 2003 2006 2009
工艺尺寸
1.1 集成电路（IC）的发展
晶体管数（M）
1G~4G 4G
40
76
385
430
1400 7
1600 7
1.2-1.5 1.2-1.5
300 12吋
300 12吋
2006
0.10
16G 200 520 2000 7～8 0.9-1.2 300 12吋
2009
0.07
64G 520 620 2500 8～9 0.6-0.9 450 18吋
2012
• 1952年5月，英国科学家G. W. A. Dummer第一次 提出了集成电路的设想。
• 1958年以德克萨斯仪器公司（TI）的科学家基尔比 (Clair Kilby)为首的研究小组研制出了世界上第一 块集成电路，并于1959年公布了该结果。 锗衬底上形成台面双极晶体管和电阻，总共12个器 件，用超声焊接引线将器件连起来。
• 特征尺寸越来越小（最小的MOS管栅长或者连线宽度） • 芯片尺寸越来越大（die size） • 单片上的晶体管数越来越多 • 时钟速度越来越快 • 电源电压越来越低 • 布线层数越来越多 • I/O引线越来越多
1.1 集成电路（IC）的发展
集成电路发展规划（1997）
年份
最小线宽 (mm）
1997
元件
连线
I/O
工艺加工
单片半导体材料
1.1 集成电路（IC）的发展
应用电路系统
晶体管的发明
• 1946年1月，Bell实验室正式成立半导体研究小组： W. Schokley，J. Bardeen、W. H. Brattain
• Bardeen提出了表面态理论， Schokley给出了实现 放大器的基本设想，Brattain设计了实验；
• 1947年12月23日，第一次观测到了具有放大作用的 晶体管；
• 1947年12月23日第一个点接触式NPN Ge晶体管 发明者： W. Schokley J. Bardeen W. Brattain
获得1956年Nobel物理奖
1.1 集成电路（IC）的发展
获得1956年Nobel物理奖
集成电路的发明
0.25
DRAM容量 256M
பைடு நூலகம்
晶体管数量(M) 11 芯片尺寸(mm2) 300
时钟频率(MHz) 750
金属层数
6
最低供电电压 (V)
1.8-2.5
最大硅片直径 200
(mm)
8吋
1999
0.18
1G 21 340 1200 6～7 1.5-1.8 300 12吋
2001 2003
0.15
0.13
1.1 集成电路（IC）的发展
第一块单片集成电路
集成电路发展史上的几个里程碑
• 1962年Wanlass、C. T. Sah——CMOS技术 现在集成电路产业中占95%以上
• 1967年Kahng、S. Sze ——非挥发存储器 • 1968年Dennard——单晶体管DRAM • 1971年Intel公司生产出第一个微处理器芯片4004—
• 集成度 （元件/芯片）
• 生产IC所用的硅片的直径 （6、8、12英寸）
• 芯片的速度 (时钟频率)
1.1 集成电路（IC）的发展
集成电路的发展
• 小规模集成（SSI）→中规模集成（MSI）→大规 模集成（LSI）→超大规模集成电路(VLSI)→特大 规模集成电路(ULSI)→GSI →SoC 。
集成电路设计基础
第一章 集成电路设计概述
华南理工大学 电子与信息学院 广州集成电路设计中心 殷瑞祥 教授
第一章 集成电路设计概述
1.1 集成电路（IC）的发展
集成电路（IC）的发展
• IC——Integrated Circuit； • 集成电路是电路的单芯片实现； • 集成电路是微电子技术的核心；
ULSI 106 ~ 107 105 ~ 106
1990
DSP
GSI >107 >106 2000
P3 CPU
SoC >5×107 >5×106
2003
P4 CPU
1.1 集成电路（IC）的发展
集成电路的发展
1990年代以后, 工艺从亚微米(0.5到1微米)→深亚微米(小于 0.5m)→超深亚微米(小于0.25 m ，目前已经到了0.06 m) 发展。其主要特点：
单个芯片上的晶体管数
600 500 400 300 200 100
0 1997 1999 2001 2003 2006 2009
晶体管数
1.1 集成电路（IC）的发展
芯片面积（平方毫米）
集成电路芯片面积
700 600 500 400 300 200 100
0 1997 1999 2001 2003 2006 2009
获得2000年Nobel物理奖
1.1 集成电路（IC）的发展
获得2000年Nobel物理奖
集成电路的发明
• 平面工艺的发明 1959年7月， 美国Fairchild 公司的Noyce发明第一 块单片集成电路： 利用二氧化硅膜制成平面晶体管， 用淀积在二氧化硅膜上和二氧化硅膜密接在一起的 导电膜作为元器件间的电连接(布线)。 这是单片集成电路的雏形，是与现在的硅集成电路 直接有关的发明。将平面技术、照相腐蚀和布线技 术组合起来，获得大量生产集成电路的可能性。
—计算机的心脏 • 目前全世界微机总量约6亿台，在美国每年由计算
机完成的工作量超过4000亿人年工作量。美国欧特 泰克公司认为：微处理器、宽带连接和智能软件将 是21世纪改变人类社会和经济的三大技术创新。
1.1 集成电路（IC）的发展
集成电路的发展水平的标志
• IC加工工艺的特征尺寸 (MOS晶体管的最小栅长、最小金属线宽)
1.1 集成电路（IC）的发展
芯片面积
Vdd(V)
集成电路的电源电压
工艺 元件数
门数 年代
典型 产品
SSI
<102
<10
1961 集成 门、 触发
器
MSI 102 ~ 10
3
10 ~ 102 1966
计数器 加法器
LSI 103 ~ 104 102 ~ 103
1971
8bMCU ROM RAM
VLSI 104 ~ 106 103 ~ 105
1980
16-32bit MCU