集成电路的发展及应用

【摘 要】集成电路是现代电子电路中的核心器件，广泛应用于各种电子设备中。本文阐述了集成电路的发展历程、趋势和有关应用。

【关键词】集成电路；发展；应用

0 引言

集成电路是相对于分立电路而言，它把晶体管、场效应管、二极管、电阻、电容等元件以及相互之间的连接制作在一块半导体芯片上，组成一个不可分割的整体，使之具有特定的功能。目前集成电路已成为现代电子电路中的核心器件，广泛应用于各种电子设备中。

1 集成电路的发展

科学研究和生产的需要推动着电子技术的发展，而电子器件和电路的改进又带来了科学技术和工业生产水平的进一步提高。1906年，第一个电子管诞生，从而引发了无线电技术的发展。但是由于电子管存在一些明显的缺点，如体积大、功耗大、寿命短、电源利用效率低等，很快就不适应发展的需要。1947年晶体管被发明，成为微电子技术发展中的第一个里程碑。晶体管弥补了电子管的不足，但很快又遇到了新的麻烦。在实际应用中，工程师们需要手工连接各种分立元件，非常麻烦，于是人们开始寻找新的方法。1960年世界上第一块硅集成电路被成功制造。1966年第一块公认的大规模集成电路制造成功。随着电子技术的不断发展，超大规模集成电路应运而生。1977年超大规模集成电路面世，一个硅晶片中集成有15万个以上的晶体管，1988年，16M DRAM问世，1平方厘米大小的硅片上集成有3500万个晶体管，从而进入超大规模集成电路阶段。1997年300MHz奔腾Ⅱ问世，从而让计算机的发展如虎添翼，超大规模集成电路的发展又达到一个新的高度。2009年，intel酷睿i系列全新推出，采用了领先的32纳米工艺。目前22纳米工艺也逐渐被各国研发成功。采用22纳米集成电路技术可以在一根头发丝的横截面上集成大约1000万个晶体管，从而使集成电路产品的功能更多样化，速度更快，成本更低。由此集成电路的发展大致经历了如下过程：电子管——晶体管——集成电路——超大规模集成电路。

中国集成电路产业起步于20世纪60年代中期，1976年，中国科学院计算机研究所研制成功1000万次大型电子计算机；1986年，电子部提出集成电路技术“531”发展战略，即推进5微米技术，开发3微米技术，进行1微米技术科技攻关；1995年，电子部提出“九五”集成电路发展战略；在2003年，中国半导体占世界半导体销售额的9%，电子市场达到860亿美元，中国成为世界第二大半导体市场。2013年，中国集成电路产业销售额达到2508.51亿元，同比增长16.2%。我国集成电路产业近年来发展非常迅速，以集成电路技术为核心的ICT产业，已经替代了汽车、钢铁等一些传统的产业成为国内经济新的快速增长点，在国民经济发展的地位也越来越重要。

随着集成电路技术的不断发展，集成电路中晶体管的数目不断增加，器件特征尺寸不断缩小；不同类型的集成电路相互镶嵌，实现从集成电路（IC）到系统集成（IS）的过渡；微细加工技术的不断成熟和应用领域的不断扩大，将带动一系列交叉学科及其有关技术的发展。总之，集成电路的发展趋势将呈现小型化、系统化和关联性的态势。

2 集成电路的应用

集成电路按功能不同可分为模拟集成电路和数字集成电路两大类。模拟集成电路用来产生、放大和处理各种模拟电信号；数字集成电路则用来产生、放大和处理各种数字电信号。如收音机、音响设备及电视机中接收、放大的音频信号是模拟信号；电报电码信号，数字电信号。

2.1 常用集成电路举例

1）滞回电压比较器

电压比较器是一种常见的模拟信号处理电路，它将一个模拟输入电压与一个参考电压进行比较，并将比较结果输出。[1]滞回电压比较器的抗干扰能力非常强，当输入信号受干扰而发生变化时，适当调节两个门限电压，就可以避免输出电压的反复跳变。在自动控制和自动测量系统中，可用于越限报警及各种非正弦波的产生和变换。

2）74LS290集成异步计数器

在数字系统中，凡需要直接观察计数结果的地方，差不多都是用十进制计数的。74LS290是一种中规模集成计数器。它有清零、置数和计数的功能。该计数器由一个独立的一位二进制计数器和一个五进制计数器组成。只输入计数脉冲A，由QA输出，为二进制计数器；只输入计数脉冲B，由QDQCQB输出，为五进制计数器；将QA与B端连接，输入计数脉冲A，为十进制计数器。

3）555定时器

555定时器是一种数字、模拟混合型的中规模集成电路，它的模拟部分的核心是两个电压比较器，电压比较器的参考电压由三个5千欧电阻分压器提供，反相比较器是以2/3Ucc作为参考电压，同相比较器是以1/3Ucc作为参考电压。两者的输出分别控制基本RS触发器的R端和S端，以触发器的输出作为定时器的输出，并以它的反端去控制放电三极管的导通与截止。[2]555集成芯片使用灵活、方便，只需在其外部配上几个简单的阻容元件，就可以方便地构成单稳态触发器、施密特触发器、多谐自激振荡器等应用型电路。由于它的多功能性，555集成芯片广泛应用于工业自动控制、定时仿声、电子乐器、数字设备、防盗报警等方面。[3]

2.2 集成电路应用领域

目前集成电路广泛应用于各个领域。在计算机方面，中央处理器、内存、光盘、主板等都与集成电路有关；在通信方面，通信卫星、雷达、半导体激光器、电话等也与集成电路有关；在医学方面，外科手术设备、数字体温计、血压计、核磁共振造影仪等新型医疗设备也离不开集成电路；在生活方面，与集成电路有关的产品随处可见，如电视、音响、全自动洗衣机、电磁炉、微波炉等。除计算机、通信、医学、生活等方面的应用外，集成电路正在不断开拓新的应用领域，如微机电系统，生物芯片、超导等，并且正在形成新的产业增长点。

【参考文献】

[1]苏士美.模拟电子技术[M].北京：人民邮电出版社，2007：148.

[2]乜国荃.集成运放和电压比较器[J].青海师范大学学报，2006（2）：49.

[3]黄冬梅.电子技术[M].北京：中国轻工业出版社，2011：287.

[责任编辑：薛俊歌]

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