张兴教授为《素质教育与前沿技术》做专题讲座——“微电子 信息社会的基石”

        2020年10月17日周六上午,北京大学软件与微电子学院张兴教授为同学们带来了《微电子——信息社会的基石》的讲座。张兴教授首先以手机IPHONE XS MAX为例,深入浅出地解释了微电子在我们信息社会的重要地位。微电子是信息产业的核心技术,是各种计算机、通讯机及实现社会信息化的网络的基础,是信息技术的基石。接着讲座内容主要从什么是微电子、微电子的作用、微电子技术发展的历史、微电子技术的发展趋势和我国微电子的发展状况五个方面介绍微电子学。

         

一、 什么是微电子

微电子是以集成电路为核心,将许多电子元件如晶体管、二极管、电阻、电容等集中在半导体晶片上构成的电路, 是现代发展最迅速的高科技应用学科之一。集成电路是将晶体管、二极管等有源器件和电阻、电容等无源元件,按照一定的电路互连,“集成”在一块半导体单晶片(如硅或砷化镓)上。

1946年2月美国莫尔学院研制成功第一台电子数值积分器和计算器,那是一个由18000个电子管组成,占地150平方米,重30吨的庞然大物。而现代计算机型小量轻、便于携带,其飞速发展离不开集成电路的小屏化。现代微电子技术具备与传统电子不同的特征,具体表现为以下几个方面:

微电子技术对信息处理或加工是通过微观电子的高速运动进行的

微电子技术能够把特定的子系统以及电子功能部件集成于较小的芯片当中,在晶格级微区进行工作

二、 微电子的作用

微电子信息技术正对传统产业有越来越多的渗透与带动作用:几乎所有的传统产业与信息技术结合,用电子信息技术进行智能改造,都可以使传统产业重新焕发青春。例如,在节能改造方面:对全国各行业的风机、水泵的总耗电量约占了全国发电量的30%,仅仅对风机、水泵采用变频调速等电子技术进行改造,每年即可节电500亿度以上,相当于三个葛洲坝电站的发电量(157亿度/年)。同时,在当今信息化社会,电子信息技术和产品在当前国际电子战、信息战中已经成为武器的一个组成元,微电子产业的发展规模和科学技术水平已成为衡量一个国家综合实力的重要标志。

三、 微电子技术发展的历史

微电子发展历史上的里程碑主要有:

1947年12月23日第一支晶体管 NPN Ge 晶体管诞生,是微电子发展史上最重要的里程碑电子;1958年美国德州公司杰克·基尔制造出世界上第一块集成电路,包含12个器件,并于2000年获得诺贝尔奖;1962年CMOS技术在集成电路产业中的应用高达90%以上;1967年非挥发存储器的出现;1968年单晶体管的出现;1971年英特尔的大规模集成电路研制成功,标志着电子技术正式进入微电子时代。

四、 微电子技术的发展趋势

Gordon E. Moore博士1965年总结的摩尔定律:性价比是微电子技术发展动力。集成电路的集成度每三年提高4倍,特征尺寸缩小约0.7倍。事实上,通过微电子技术发展历史及规律可以看出,其正在以每10年,特征尺寸缩小1/3,DRAM集成度扩大16倍,CPU晶体管数扩大100倍,时钟频率增加10倍,晶体管单价下降100倍。总的发展趋势特征主要表现为:更小(特征尺寸继续按比例缩小;功耗、微细加工、互连、新结构器件和材料更少)、更多样化(集成电路将发展成为系统芯片;与其它技术结合,例如MEMS、DNA芯片等)、更新(发明新的、可大规模集成的基础器件:纳电子、分子电子)、更大(有机半导体等)

五、 我国微电子的发展状况

微电子行业在我国的发展的里程碑主要有从1956年北京大学、复旦大学、南京大学、厦门大学、吉林大学五校在北大联合创建物理系半导体专业,1976年我国第一块大规模集成电路诞生在北京大学以来,此后,我国的微电子技术飞速发展;。2013年以来,集成电路成为我国重要的出口产品,超过原油、铁矿砂等;从2010年到2020年我国的半导体销售额增长了近1340亿美元,但是自给率始终处在50%以下。我国目前正在逐步成为微电子制造大国,但是核心技术掌握的太少,仍需发展创新驱动模式。

正如张兴教授在讲座结尾提到的:“未来十年将是我国微电子产业的黄金时期”,青年一代生逢其时,希望我们软微学子能担起时代重任,为微电子行业发展做出应有贡献。

讲座结束后,同学们撰写了听后感,本次讲座的优秀听后感名单如下:

学号

姓名

题目

2000022722

王文博

加强微电子技术创新,推动我国基础科学自立自强

2000022726

韩祎然

微电子——改变世界格局的下一扇门

2001210205

陈显龙

开启下一个未来的锁匙——微电子与我们

2001210387

潘煜

见微知著

2001210505

杨小涵

信息时代,举足轻重的微电子如何改变社会

2001210515

于宙

Moore,More than Moore——新时代微电子的机遇与挑战

2001210611

贾仲勋

见“微“知著——微电子产业发展的挑战与机遇

2001210649

邵童

发展微电子行业 提高综合国力

2001210664

王开妍

微电子产业与社会进步

2001210742

李成程

从微电子发展看软微之青年