集成电路芯片的全面概述介绍

     集成电路是将许多晶体管、电阻器、电容器和连接线封装在一个封装中的电子设备。集成电路芯片，也称为IC或芯片，发明于1959年，已成为几乎所有电子设备的关键组件，包括计算机，收音机，电视和盒式录像机。微处理器是有史以来最复杂的集成电路，也是有史以来最复杂的单一器件。

集成电路是在一块半导体晶体上生产的。顾名思义，半导体是一种比绝缘体导电性更好的材料，但不如导体。通过在制造过程中将其他元素引入晶体中可以调节电导率。通过对晶体施加电场也会改变电导率。

用作半导体的元件

硅是最常用的半导体。它是地壳中第二常见的元素，仅次于氧气。要用于集成电路，硅必须加工成极高的纯度。硅被加热直到熔化，并被允许非常缓慢地冷却。如果冷却太快，硅有开裂的趋势，这将使其无法用于集成电路。冷却后，硅锭被切成薄片。每张纸上同时形成许多相同的集成电路。

在元素周期表中，硅是第IV族元素之一。这意味着每个原子在其外壳中都有四个电子，可以与其他原子组合。这也意味着每个原子都希望从相邻原子中再有四个电子来填充外壳。这些特性导致纯硅形成晶体结构。锗，第二受欢迎的半导体材料，也在第IV族中，在元素周期表中直接低于硅。

为了使半导体有用，必须小心地将微量的其他元素添加到晶体中。这个过程称为掺杂。磷和硼是常见的掺杂元素。磷是一种V族元素，其外壳中有五个电子。来自磷原子的额外电子，每个电子都带有负电荷，可用于导电。掺杂磷的硅称为N型（负）硅。

以类似的方式，硼（一种III族元素）用于生产P型硅。也可以使用III组和V组的其他元素。N型和P型硅一起可以形成晶体管，这是集成电路中最重要的元件。

集成电路中的晶体管

晶体管于1947年由Walter Brattain（1902 -1987），John Bardeen（1908-1991）和William Shockley（1910-1989）在贝尔实验室发明。 他们有兴趣开发一种固态放大器来取代真空管。真空管很大，消耗大量功率来加热灯丝，并且容易被灯丝烧毁。

晶体管比真空管更小，成本更低，效率更高。晶体管是一种三端固态电子设备。端子称为集电极、发射器和基极。根据基极的电流，在集电极和发射极之间或多或少地传导电流。这允许小基极电流控制集电极中更大的电流。

随着晶体管的广泛使用，使用大量晶体管的电路设计受到一个问题的限制：将它们连接在一起。这个问题的解决方案独立地出现在德州仪器的杰克·基尔比（Jack Kilby，1923-）和1959年费尔柴尔德半导体的罗伯特·诺伊斯（Robert Noyce，1927-1990）身上。许多晶体管可以同时在一个半导体基上生产。Noyce还确定了如何在硅芯片上生产电阻器，二极管，电容器和连接线。集成电路诞生了。

集成电路的种类

晶体管既可以作为放大器工作，也可以作为开关工作。当用作放大器时，晶体管集电极电流复制基极电流，但规模要大得多。这种放大使得小信号（例如麦克风产生的信号）能够以足够的功率再现，以驱动大型设备（例如扬声器）。。据说用作放大器的晶体管在其线性范围内工作，既不是一直打开也不是一直关闭。线性集成电路用于信号处理模拟信号，例如无线电和通信系统以及模拟计算机。

在数字集成电路中，晶体管用作开关。晶体管不在其线性范围内工作;不会尝试使输出复制输入。相反，它要么完全打开，要么完全关闭，表示逻辑为1或0。数字集成电路是数字计算机的心脏和大脑。

第一个数字集成电路使用触发器实现逻辑门和简单存储器。门是没有存储器的逻辑器件;任何时候的输出都是由当时的输入决定的。最简单的门是称为"非"门的一个输入设备。输出与输入完全相反。在双输入"and"门中，如果两个输入都是一，则输出为1（真），否则为零。在双输入"或"门中，如果输入为一，则输出为1（真），否则为零。其他门包括"nand"（"和"门后跟"非"门）和"nor"门。触发器是一个一位内存。它可以通过互连两个"nand"门的输入和输出来制造。触发器可以翻转为一个状态，也可以翻转为零状态。它一直处于某种状态，直到切换到另一种状态。门和触发器是最基本的计算机构建块。

更小、更强大
随着时间的推移，集成电路的复杂性不断增加，而功能的大小却在不断缩小。集成电路的特征尺寸由"导线"的宽度表示，以微米为单位（一微米是一米的百万分之一）。

1971年，英特尔生产了第一台微处理器，名为4004。它包含2,300个晶体管，使用10微米技术，并为电子计算器供电。最初的IBM-PC基于Intel 8088处理器，该处理器于1979年首次生产，包含29,000个晶体管（3微米技术）。1989年，英特尔推出了80486处理器，包含120万个晶体管（0.8微米技术）。1999年，该公司开始生产Pentium III至强处理器，在硅芯片上安装2800万个晶体管（0.18微米技术）。一年后，它推出了Pentium IV处理器，该处理器在硅芯片上具有4200万个晶体管（0.13微米技术）。在存储芯片和其他制造商（如德州仪器，摩托罗拉，Advanced Micro Devices和国际商业机器）的微处理器中，向更小，更强大的设备发展的趋势也很明显。

                                                                                                                                                        侵权必删

                                                                                                                           Please let us know if there is any infringement