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00集成电路科学与工程导论第1章集成电路科学与工程发展史

1.1第三次科技革命——走进信息时代第一次工业革命第二次工业革命第三次工业革命

1.1.1信息及其流动信息论香农在《通信的数学理论》及《噪声下的通信》中将信息描述为“信息是能够用来消除不确定性的东西”。

1.1.2信息处理工具发展简史通信技术发展历程结绳记事烽火狼烟飞鸽传书电话电子管、晶体管的发明

1.1.2信息处理工具发展简史公元前2500年1870年代1940年代1980年代21世纪通信技术发展历程

1.1.2信息处理工具发展简史通信技术发展历程1946年在宾夕法尼亚大学基于真空管制造的ENIAC是世界上第一台通用电子计算机

1.1.3集成电路背后的物理学基础量子力学的发展黑体辐射光电效应原子结构物质波矩阵力学波动力学黑体辐射现象普朗克提出的能量量子假设能很好地对应实验结果

1.1.3集成电路背后的物理学基础量子力学的发展黑体辐射光电效应原子结构物质波矩阵力学波动力学AV光集电极发射极--密立根实验证明爱因斯坦提出的光量子理论?

1.1.3集成电路背后的物理学基础量子力学的发展黑体辐射光电效应原子结构物质波矩阵力学波动力学?氢能级示意图与相应光谱

1.1.3集成电路背后的物理学基础量子力学的发展黑体辐射光电效应原子结构物质波矩阵力学波动力学?干涉图样的单电子积累实验过程图每秒约有1000个电子抵达探测屏，两个电子同时存在于电子发射器与探测屏之间的概率非常小图中每一亮点表示一个电子抵达探测屏

1.1.3集成电路背后的物理学基础固体能带价带导带能隙绝缘体价带导带能隙半导体价带导带导体电阻非常大电阻可调/可控电阻为固定值晶体硅的能带结构示意图

1.2从元器件到集成电路价带导带能隙半导体电阻可调/可控1947年12月，美国贝尔实验室的巴丁和布拉顿研制出一种点接触型的锗晶体管，其上司肖克利（晶体管之父）于1947年1月，理论上提出了结型晶体管，三人同获1956年诺贝尔奖

1.2从元器件到集成电路晶体管的放大作用共射放大电路CMOS反相器晶体管的开关作用AQ1001

1.2从元器件到集成电路1956年创立肖克利半导体实验室1957年“八叛逆”（TheTraitorousEight）创建仙童半导体公司，1958年1月，IBM公司给了他们第一张订单，订购100个硅晶体管，用于该公司电脑的存储器1968年，Intel成立

1.2从元器件到集成电路1958年,基尔比发明历史上第一个集成电路，于2000年获得诺贝尔奖Intel创始人之一诺伊斯提出了蒸发沉积金属的方法解决元件互联问题，使得集成电路适于工业生产，于1990年去世

1.3数字集成电路摩尔定律“在价格不变的情况下，集成电路上可容纳的元器件的数目约每隔18-24个月便会增加一倍，同时性能也将提升一倍。”——戈登·摩尔于1965年提出，指导了数字集成电路半个世纪的演进之路

1.3.1数字集成电路演进的摩尔定律集成规模时间阶段单芯片晶体管数1960年代初期小规模集成101960年代末期中规模集成1001970年代大规模集代中期超大规模集成超过了20000……甚大规模数千万至数亿千兆规模千兆级…………现在片上系统/系统集成

1.3.1数字集成电路演进的摩尔定律结构演进高K金属栅极代替多晶硅栅极(45nm)随集成规模增大，单个晶体管尺寸减小，栅电压调控效率降低、漏电流增加FinFET，鳍状栅极，加强对沟道的控制（22nm）由胡正明（ChenmingHu）发明

1.3.1数字集成电路演进的摩尔定律集成电路相关技术演进

1.3.1数字集成电路演进的摩尔定律未来发展——三星在2019年提出的路线新型芯片材料和新型晶体管机理面向人工智能、深度学习等的新型计算架构

1.3.2中央处理器的发展中央处理器（CPU）用于执行逻辑运算，是现代电子产品的核心1971年，Intel推出第一款商用微处理器4004，将运算器和控制器集成在同一芯片上，被摩尔称作“人类历史上最具有革新性的产品之一”1978年，英特尔推出了第一个16位微处理器8086，它是广为人知的x86架构的开端

1.3.2中央处理器的发展中央处理器（CPU）用于执行逻辑运算，是现代电子产品的核心1993年英特尔推出了奔腾（Pentium）处理器2006年英特尔开启了酷睿（Core）系列微处理器的时代英特尔——目前世界上最大的计算机CPU制造商，紧随其后是AMD

1.3.2中央处理器的发展手机中的CPUARM有三方面含义：AdvancedRISCMachines，1990年成立于英国，主营芯片设计技术的授权（知识产权商）（正在被英伟达收购中）ARM开发