集成電路的發展及應用

李 新

（河南工業貿易職業學院，河南 鄭州 450000）

0 引言

集成電路是相對于分立電路而言，它把晶體管、場效應管、二極管、電阻、電容等元件以及相互之間的連接制作在一塊半導體芯片上，組成一個不可分割的整體，使之具有特定的功能。目前集成電路已成為現代電子電路中的核心器件，廣泛應用于各種電子設備中。

1 集成電路的發展

科學研究和生產的需要推動著電子技術的發展，而電子器件和電路的改進又帶來了科學技術和工業生產水平的進一步提高。1906年，第一個電子管誕生，從而引發了無線電技術的發展。但是由于電子管存在一些明顯的缺點，如體積大、功耗大、壽命短、電源利用效率低等，很快就不適應發展的需要。1947年晶體管被發明，成為微電子技術發展中的第一個里程碑。晶體管彌補了電子管的不足，但很快又遇到了新的麻煩。在實際應用中，工程師們需要手工連接各種分立元件，非常麻煩，于是人們開始尋找新的方法。1960年世界上第一塊硅集成電路被成功制造。1966年第一塊公認的大規模集成電路制造成功。隨著電子技術的不斷發展，超大規模集成電路應運而生。1977年超大規模集成電路面世，一個硅晶片中集成有15 萬個以上的晶體管，1988年，16M DRAM 問世，1 平方厘米大小的硅片上集成有3500 萬個晶體管，從而進入超大規模集成電路階段。1997年300MHz 奔騰Ⅱ問世,從而讓計算機的發展如虎添翼，超大規模集成電路的發展又達到一個新的高度。2009年，intel 酷睿i 系列全新推出，采用了領先的32 納米工藝。目前22 納米工藝也逐漸被各國研發成功。采用22 納米集成電路技術可以在一根頭發絲的橫截面上集成大約1000 萬個晶體管，從而使集成電路產品的功能更多樣化，速度更快，成本更低。由此集成電路的發展大致經歷了如下過程：電子管——晶體管——集成電路——超大規模集成電路。

中國集成電路產業起步于20 世紀60年代中期，1976年，中國科學院計算機研究所研制成功1000 萬次大型電子計算機；1986年，電子部提出集成電路技術“531”發展戰略，即推進5 微米技術，開發3 微米技術，進行1 微米技術科技攻關；1995年，電子部提出“九五”集成電路發展戰略；在2003年，中國半導體占世界半導體銷售額的9%，電子市場達到860 億美元，中國成為世界第二大半導體市場。2013年,中國集成電路產業銷售額達到2508.51 億元,同比增長16.2%。我國集成電路產業近年來發展非常迅速,以集成電路技術為核心的ICT 產業,已經替代了汽車、鋼鐵等一些傳統的產業成為國內經濟新的快速增長點,在國民經濟發展的地位也越來越重要。

隨著集成電路技術的不斷發展，集成電路中晶體管的數目不斷增加，器件特征尺寸不斷縮小；不同類型的集成電路相互鑲嵌，實現從集成電路(IC)到系統集成(IS)的過渡；微細加工技術的不斷成熟和應用領域的不斷擴大，將帶動一系列交叉學科及其有關技術的發展。總之，集成電路的發展趨勢將呈現小型化、系統化和關聯性的態勢。

2 集成電路的應用

集成電路按功能不同可分為模擬集成電路和數字集成電路兩大類。模擬集成電路用來產生、放大和處理各種模擬電信號；數字集成電路則用來產生、放大和處理各種數字電信號。如收音機、音響設備及電視機中接收、放大的音頻信號是模擬信號；電報電碼信號，數字電信號。

2.1 常用集成電路舉例

1）滯回電壓比較器

電壓比較器是一種常見的模擬信號處理電路，它將一個模擬輸入電壓與一個參考電壓進行比較，并將比較結果輸出。[1]滯回電壓比較器的抗干擾能力非常強，當輸入信號受干擾而發生變化時，適當調節兩個門限電壓，就可以避免輸出電壓的反復跳變。在自動控制和自動測量系統中，可用于越限報警及各種非正弦波的產生和變換。

2）74LS290 集成異步計數器

在數字系統中，凡需要直接觀察計數結果的地方，差不多都是用十進制計數的。74LS290 是一種中規模集成計數器。它有清零、置數和計數的功能。該計數器由一個獨立的一位二進制計數器和一個五進制計數器組成。只輸入計數脈沖A，由QA 輸出，為二進制計數器；只輸入計數脈沖B，由QDQCQB 輸出，為五進制計數器；將QA 與B 端連接，輸入計數脈沖A，為十進制計數器。

3）555 定時器

555 定時器是一種數字、模擬混合型的中規模集成電路，它的模擬部分的核心是兩個電壓比較器，電壓比較器的參考電壓由三個5 千歐電阻分壓器提供，反相比較器是以2／3Ucc 作為參考電壓，同相比較器是以1／3Ucc 作為參考電壓。兩者的輸出分別控制基本RS 觸發器的R 端和S 端，以觸發器的輸出作為定時器的輸出，并以它的反端去控制放電三極管的導通與截止。[2]555 集成芯片使用靈活、方便，只需在其外部配上幾個簡單的阻容元件，就可以方便地構成單穩態觸發器、施密特觸發器、多諧自激振蕩器等應用型電路。由于它的多功能性，555 集成芯片廣泛應用于工業自動控制、定時仿聲、電子樂器、數字設備、防盜報警等方面。[3]

2.2 集成電路應用領域

目前集成電路廣泛應用于各個領域。在計算機方面，中央處理器、內存、光盤、主板等都與集成電路有關；在通信方面，通信衛星、雷達、半導體激光器、電話等也與集成電路有關；在醫學方面，外科手術設備、數字體溫計、血壓計、核磁共振造影儀等新型醫療設備也離不開集成電路；在生活方面，與集成電路有關的產品隨處可見，如電視、音響、全自動洗衣機、電磁爐、微波爐等。除計算機、通信、醫學、生活等方面的應用外，集成電路正在不斷開拓新的應用領域，如微機電系統，生物芯片、超導等，并且正在形成新的產業增長點。

［1］蘇士美.模擬電子技術[M].北京：人民郵電出版社，2007：148.

［2］乜國荃.集成運放和電壓比較器[J].青海師范大學學報，2006（2）：49.

［3］黃冬梅.電子技術[M].北京：中國輕工業出版社，2011：287.