世界因你而精彩——集成电路
——我认为的世上最伟大发明
过去的一个世纪人类有很多值得回忆的东西，其中许多伟大的科技发明和创新使我们的生活发生了翻天覆地的变化，思想者的预言常常成为现实。美国科学家富兰克林曾经讲过：将来人类的知识将会大大增长，今天我们想不到的新发明将会屡屡出现，我有时候几乎后悔我自己出生过早，以致不能知道将要出现的新事物。他的话说得不错。近100年来，人类的科技只能用突飞猛进这样的词汇来形容，如果让一个1900年的发明家来看今天的世界，他会认得汽车、电话、飞机，他也能想象出宇宙飞船、深海潜艇，但他绝对会对计算机、互联网、基因工程、核能一无所知。现在，知识爆炸给人类前所未有的自信和乐观，有位作家这样写：“我真诚地相信，我们生活在人类历史上最伟大的知识时代，没有任何事物我们不了解”，“只要是人能想到的事，总有人能做到。”20世纪科技的发展使这句话越来越像真理。科技进步彻底改变了人类的生存方式，也使人类思考的方向有所变化。
那什么最能体现我们生活的改变？从蒸汽时代到电气时代，再由电器时代到信息化时代，各种发现发明层出不穷，到底什么才是世上最伟大的发明，谁也没有答案。有人说是蒸汽机，是电，是发动机等等，人人都有自己的答案，而我却认为世上最伟大的发明是集成电路。
集成电路的发明，作为一项技术发明，改变着人类生活方式和生产方式，对社会的进步起到如此重大的作用，充分体现了“科学技术是第一生产力”这一科学论断的正确性。正如美国工程技术界评出20世纪最伟大的20项工程技术成就中第五项电子技术谈到：“从真空管到半导体、集成电路已成为当代各行各业智能工作的基石。”集成电路之所以成为信息社会的基础产品，是由其本质所决定的：社会信息化的程度取决于对信息的掌握、处理能力和应用程度，而集成电路正是集信息处理、存储、传输于一个小小的芯片中。从1958年发明集成电路以来的53年间，集成电路产业产值的年增长率≥15%，在技术上，集成度以年增长率46%的速度持续发展，世界上还没有一个产业能以这样的速度持续地发展。2000年以集成电路为基础的电子信息产业成为世界第一大产业。集成电路的原料是地球上除氧以外含量最丰富的元素——硅，原始材料为硅石(silica)，这样一块黑褐色小片，肉眼看上去，没有任何令人注意的地方，但经过人们的创新设计和一系列创新的工艺技术加工制造，成为集成电路芯片，将人类的智慧与创造固化在硅芯片上，因而是知识创新的载体，价值千金。这是典型的“点石成金”。它如水银泼地，无处不在，改变着社会的生产方式和人们的生活方式，不仅成为现代产业和科学技术的基础，而且正在创造着代表信息时代的硅文化(silicon culture)。因此有科学家认为人类继石器、青铜器、铁器时代之后现正进入硅石时代。集成电路产业对国民经济的战略作用首先表现在当代市场链关系上。现代经济发展的数据表明，国民生产总值每增长100到300元，需要10元左右电子工业产值和1—2元集成电路产值的支持。而且随着经济发展，这个数字在变化。据美国半导体协会(SIA)预测,到2012年,集成电路全行业销售额将达到1万亿美元(接近于2000年我国国民生产总值)，它将支持6万亿到8万亿美元的电子装备和30万亿美元的电子信息服务业，后者相当于1997年全世界国民生产总值的
总和。【根据我们对美国、日本、韩国和我国国民生产总值、电子工业和集成电路(IC)增长率的数据统计，发达国家在发展过程中都有一条规律，即集成电路产值的增长率(RIC)高于电子工业产值的增长率(REI)，而电子工业产值的增长率又高于GNP的增长率(RGNP)，一般有一个近似的关系，RIC≈2REI，REI≈3RGNP】21世纪经济是信息经济，目前发达国家信息产业产值已占国民经济总产值的40%—60%，国民经济总产值增长部分的65%与集成电路有关。集成电路产业已成为促进国民经济持续发展和保证国家安全的战略性的基础产业，是经济发展的基石。
【集成电路的发明过程】
J.S.Kilby在42年前发明集成电路不是偶然的.1923年11月8日，他出生于美国Jefferson城。早在中学时代，通过与他父亲一起从事电话和无线电通信方面工作而对电子学发生了浓厚的兴趣。1947年和1950年分别在伊利诺伊(Illinois)大学和威斯康星(Wisconsin)大学获得学士和硕士学位。从1947年开始，他参加了Milwaukee的Globe-Union公司的Centralab部门工作，这是一个从事无线电、电视机部件和助听器方面的制造厂。他作为设计和制造工程师，主要负责助听放大器和RC网络的工作。
早在第二次世界大战期间和此后的朝鲜战争时期，军事上对电子装备的小型化及其可靠性提出了迫切的需求。当时一架B-29轰炸机要求上千个真空管和几万个无源元件。它的成本、体积和可靠性成为一个电子系统发展的制约因素。这就使众多部门，例如美国国家标准局(NBS)以及美国空军和海军都支持电子装备小型化的研究与开发工作。J.S.Kilby在Centralab承担小型化的任务。随着1948年晶体管的发明，微型模块(micro-module)发展起来。关于集成电路的概念的最早描述，应该说是由英国皇家信号和雷达机构(Royal Signal&Radar Establishment)的G.W.A. Dummer于1952年5月在电子元器件会议上提出的，但是在英国未能予以实现。
1952年,J.Kilby的工作单位Centralab从Bell实验室获得了制造晶体管的许可证,并被派往Bell实验室总部Murray Hill参加了两周的晶体管讨论班，回来后开始锗合金结晶体管的研制工作。利用晶体管开始音频电子装备的袖珍化工作，并负责建立了用于助听放大器和其他应用的小型生产线。1954年，Bell实验室的科学家发明了用硅作晶体管材料，更有利于集成和小型化，而且军方的迫切要求提供了发展硅晶体管的重要机遇。由于Cen-tralab并不具备从事硅的工作，而Kilby希望从事前沿性创新的工作，于是在1958年5月，他转到了德克萨斯仪器公司(TI)工作。TI公司当时也从Bell实验室取得了晶体管制造的许可证。在那里，他仍然负责电子装备的小型化工作。在他对小型化IF放大器的仔细分析，特别是进行了成本分析后，他认为用传统的微型化模型的工作方式是解决不了问题的。解决问题的出路在于全半导体化——一个新的方法.因此他试图将电阻、电容等无源元件和有源元件都做在同一块半导体材料上。进一步的分析认为，有可能将这些元件同时“在位”制备在一起，并用互连形成电路。这时，Kilby实际上已完成了集成电路的创新思维过程。他很快就画出了关于触发器(flip-flop)的构思，用硅的体电阻做电阻器，用P-N结形成电容器，接下来是实验过程。1958年8月28日，他用分离硅元件和生长晶体管等搭成了一个全半导体化的实验装置，证实是可行的.接着他着手制作一个单片集成电路。 并分别于1958年9月12日和9月19日完成。9月12日第一个集成电路振荡器在实验
室进行了演示，标志着集成电路的诞生。由于J.W.Lathrop在光刻技术方面的帮助，1958年10月他开始研制新的锗触发器，并于1959年初完成。1959年2月，TI公司为此申请了小型化的电子电路(miniaturized electronic circuit)专利(专利号为No.3138743)。1959年3月6日,TI公司在纽约举行的IRE展览会的记者招待会上公布了“固体电路(solid state-circuit)”(集成电路——inte-grated circuit)的发明。1962年，由于军事上的大量订单和部分商业应用,集成电路进入工业化生产阶段。
【集成电路的相关应用】
一． 集成电路的教学应用
中规模数字集成电路，时序逻辑电路的设计也可以直接采用集成的计数器、寄存器等。例如可以采用74LS161（同步4位二进制加法计数器）构成16以内的任意进制计数器； 采用两片74LS160 同步十进制加法计数器）（可以构成 100 以内的任意进制计数器；采用 74LS194（4位双向移位寄存器）可以构成一个顺序脉冲发生器等。当然它们还可以构建成许多其他的实用电路。中规模集成电路应用的例子还可以举出很多。在使用中规模集成电路设计和构建一个组合逻辑电路时，译码器的使用范围最宽，它可以实现一个多输出变量的组合逻辑函数，而数据选择器只能实现一个单一输出变量的组合逻辑函数。用中规模集成电路（MSI）或大规模集成电路（LSI）构建组合逻辑电路（允许外加一定数量的小规模集成门电路），电路的体积减小，可靠性提高，电路连线减少，成本也能得到降低。而且这种应用将有利于学生在今后工作中的发展。教师在介绍基本的设计方法以后，提出设计任务，通过学生自己去查手册、找资料，进而决定选用什么样的中规模集成芯片，来完成不同组合逻辑电路的实现。
二． 集成电路的军事应用
军用集成电路技术涉猎的领域包括计算机辅助设计与计算机辅助测试技术、掩模制造技术、材料加工技术、可靠性技术、芯片制备技术、封装技术和辐射加固 技术等。军用集成电路是现代军事技术的核心和基础，广泛应用于雷达、计算机、通信设备、导航设备、火控系统、制导设备和电子对抗设备等各类军用设备上。当今世界，无论是发达国家，还是发展中国家，都不惜斥巨资发展微电子技术，并把它放在高技术发展的首要位置。集成电路的运用，使武器系统的体积、重量 和功耗大大减小，可靠性大大提高。特别是从信息能力方面使武器装备性能发生 了革命性的变化。美国 F-15 战斗机的 AN/APG-63 雷达在信号处理器采用了超规模集成电路以后，信号处理速度提高了几倍。“战斧”巡航导弹、“爱国者”防空导弹、“铺路石”激光制导炸弹的制导系统小型化，也都是在使用超大规模集 成电路后才得以实现。集成电路被称为现代武器装备的“神经系统”。美国 F-111飞机采用超高速集成电路后，平均故障间隔时间从原来的40 h 提高到5000 h 左右，元件数从224个下降到60个，爱国者导弹在采用超高速集成电路后电 子模块从 200个下降至13个。另外，美国“战略防御倡议（S D I 即星球大战 计划）”中的空间监视系统与动能拦截弹中的探测器和计算机也都采用了超高速集成电路和微波毫米波单片集成电路。超大规模集成电路已经成为发展现代武器装备特别是高技术武器装备的基础。
目前，美国、日本在军用集成电路技术方面处于领先地位，已研制成功含有
1.4 亿多个晶体管的静态随机存取存储器， 线宽达到了0.13 至0.35mm。21世纪，军用集成电路将在进一步缩小线宽、增大集成度的基础上，寻求在改进集成
技术、采用新型材料、研制新概念器件上的突破。 基于集成电路的重要地位，发达国家和许多发展中国家（地区）都十分重视集 成电路产业的发展，纷纷制定面向21世纪的超大规模集成电路中长期发展规划，抢占制高点，以掌握未来信息技术核心的主动权。美国为了保持其在 IC 设计领域已形成的优势，夺取21世纪技术竞争中的领先地位，1997年SIA再次组织修订美国半导体技术发展蓝图。同年美国政府和工业界又合作组建了一个新的联合公司——微电子学高级研究公司（M A R C O ），以美国大学为基础，重点加强8～10年可能出现的技术的研究开发工作。美国国防部为满足军用和空间应用对 特殊产品的要求，支持工业界联合开发，并将微电子技术列为国防关键技术项目 进行研究。日本为改变半导体竞争力下降的局面，近几年加强了 ASIC 和 MPU 的 开发和生产。尤其是 SOC 的迅速发展引起日本企业的极大关注，并开始在此领 域投资。1996 年初开始实施的“超尖端电子技术”开发计划是一项面向21世纪产官学共同研究开发计划，主要开发 2005～2010 年半导体器件、磁存储和显示器件等三个领域的基础技术。为实施此计划，通产省组织了联合研究组织（A S E T ）。1997年3月，欧盟提出了一项名为欧洲先进 C M O S（A C E ）研究工作，是由比利时大学校际微电子研究中心（IMEC）协调的深亚微米技术研究开发计划，目标是开发 0.13～0.10mm 技术。韩国为确保面向 21 世纪的16G DRAM 级 半导体制造技术的实现和韩国半导体在国际市场的地位，韩国政府决定从1998年开始到2006年将实施新的半导体推进计划，主要研究纳米技术和系统芯片，开发制造 0.1mm 以下、千兆级以上的半导体核心基础技术和尖端设备。
三． 集成电路的网络通讯应用
一个完整的集成电路产业包括芯片设计、制造、封装、测试在内的产业链及半导体设备业和材料业。从集成电路应用领域来看，从最初的计算机业到通信业再到网络业、信息家电（IA，Information Appliance），范围不断扩大。目前，CPU和DRAM仍是其最重要和最大宗的应用领域，但在通讯、网络、信息家电领域的应用渐成主流，成长迅速。
（1）CPU（Center Process Unit，中央处理器，或称微处理器）
Intel公司的成长堪称世界半导体工业史上的奇迹。自1978年首次推出16位微处理器8086以来，Intel公司以其强大的创新能力和旺盛的进取精神，引领半导体工业按照神奇的摩尔定律飞速发展。摩尔定律断定：处理器的功能和复杂性每年（后改为18个月）增加一倍，而成本却减半。该定律由Intel公司创始人之一的摩尔（Gorden Moore）提出。目前，微处理器市场三强并存：Intel、AMD（Advanced Micro Device）和Cyrix。伴随IT产业的成熟，处理器行业也开始走向市场细分，PC机、服务器、笔记本专用处理器市场的形成就是明显的例子。 随着硅芯片制造技术臻于极限，摩尔定律行将消亡，随之而来的将是生物芯片和量子芯片的时代。
（2）DRAM（Dynamic Random Access Memory，动态随机存取存储器）
DRAM属于记忆体芯片。根据IDC的分析，2000年DRAM的应用领域，56%应用于PC、19%用于模组的升级、5%应用于PC绘图卡、5%应用于工作站，其他15%。1996年以来，DRAM供需失衡导致全球连续三年的半导体不景气，半导体厂商在财务上面临沉重的压力，加上建厂成本的日益增加，不仅投资更为谨慎，DRAM产业市场格局发生了大规模的重整：日本厂商缩减DRAM生产，着力于Flash与SoC领域，美国厂商TI、Motorola退出DRAM市场而专注于核心技术，其中 TI着力于DSP（Digital Signal Processing数字信号处理），Motorola专注于移
动通讯产品。IBM公司则为了增强本身的竞争力，逐渐将成本过高的IC制造与附加价值偏低的后段封装、测试业务委外代工。与此同时，韩国、台湾半导体厂商成长迅速。
（3）其它领域
随着后PC时代和3C（Computer Communication Consume）时代的到来，数字通讯和信息家电正日益成为集成电路应用的最重要领域。随着Internet的大规模普及，价格低廉、技术相对简单的上网工具不断涌现（如电视机顶盒、可上网的电视、可上网的可视电话、可上网的视频游戏机、可上网的个人数字助理等）。这些传统电子消费类产品正日益向数字化、无线化、网络化的方向发展，被称之为信息家电（或称蓝色家电）。信息家电消费类产品的性质决定了其潜在市场的充分广阔性，这为集成电路产业的进一步发展奠定了坚实的基础与此同时，下一代互联网络技术和第三代移动通讯技术的成熟与运用，为集成电路产业的持续增长开辟了道路。
【集成电路的影响及经济价值】
1959年，英特尔(Intel)的始创人，Jean Hoerni和Robert Noyce，Fairchild Semiconductor 在开发出一种崭新的平面科技，令人们能在硅威化表面铺上不同的物料来制作晶体管，与及在连接处铺上一层氧化物作保护。这项技术上的突破取代了以往的人手焊接。而以硅取代锗使集成电路的成本大为下降，令集成电路商品化变得可行。由集成电路制成的电子仪器从此大行其道,到二十世纪60年代末期,接近九成的电子仪器是以集成电路制成。时至今日，每一枚计算机芯片中都含有过百万颗晶体管。自1961年起,世界电子业市场总市值由$29亿增长至今时今日的$957亿。更有报告指出电子业将会是廿一世纪最大的单项工业。电子业的增长有赖更新，更好的科技发展与突破，比如无线通讯,互联网和 DNA 解码。在往后的日子，随着半导体科技的发展,更多崭新的电子产品将会陆续面世。
目前，以集成电路为核心的电子信息产业超过了以汽车，石油,钢铁为代表的传统工业成为第一大产业，成为改造和拉动传统产业迈向数字时代的强大引擎和雄厚基石。1999年全球集成电路的销售额为1250亿美元，而以集成电路为核心的电子信息产业的世界贸易总额约占世界 GNP 的3%，现代经济发展的数据表明，每l~2元的集成电路产值，带动了10元左右电子工业产值的形成,进而带动了100元GDP的增长。目前,发达国家国民经济总产值增长部分的65%与集成电路相关；美国国防预算中的电子含量已占据了半壁江山(2001年为43.6%)。预计未来10年内，世界集成电路销售额将以年平均15%的速度增长，2012年将达到6000~8000亿美元。
对中国而言，2009年上半年中国集成电路产量为192.44亿块，同比下降了19.1%。全行业共实现销售收入467.92亿元。同比下降了26.9%。其中二季度产业实现销售收入265.18亿元，增幅由一季度的-34.1%收窄至-20.3%，环比则比一季度大幅增长30.8%，表明国内集成电路产业正在逐步走出低谷。2009年上半年我国进口集成电路金额为495.3亿美元，同比下降了20.8%;出口集成电路金额为95.9亿美元，同比下降了17.4%。上半年全球半导体市场959.27亿美元，同比下降24.8%。全球半导体市场的大幅萎缩对国内集成电路制造业造成较大的不利影响。上半年芯片制造业销售收入131.18亿元，同比下降了31.5%;封装测试业销售收入219.8亿元，同比下降了38.6%。与制造业和封测业的大幅下滑不同，上半年IC设计业实现销售收入116.94亿元，与去年同期相比增长9.7%，
这主要得益于内需市场对IC设计企业的拉动效应。2009年将是中国集成电路行业的转折年，目前中国半导体元件产品的供应量仅能满足中国市场不到14%的需求，预计到2013年这种供需间的差距将达到217亿美元。这种供需间的巨大差距给中国半导体元件产品设计业带来挑战与机遇。尽管全球半导体产业正在经历2000年网络泡沫之后的又一轮回调，但第三代移动通信（3G）的启动为通信产业带来技术创新与产业升级难得的商机。三网融合、数字城市和移动电视等新技术的出现，将有力地推动通信专用集成电路技术和产品的更广泛应用。2009~2011年三年间中国集成电路产业销售收入的年均复合增长率为15.3％，2009年销售收入将达到1322亿元，2011年销售收入将突破1900亿元。集成电路业仍然是产业增长最快的领域，在未来三年中年平均复合增长率为19％，到2011年设计业将达到400亿元规模。随着中国新建芯片生产线的投产和原有生产线的扩建增产，在未来三年中年均复合增长率为17％，到2011年芯片制造业的销售收入将增加到620亿元。封装测试业继续保持稳定增长势头，在未来三年中年均复合增长率为12％左右，到2011年销售收入将达到880亿元。
世上伟大的发明如此之多，什么才是最伟大的发明？利于人类发展的就应该是最伟大的发明，而集成电路随着时代的发展在我们日常生活及工作中变得越来越重要，作用日益突出。如今，从你每天开始都必须和集成电路打交道，一个电话一个电子邮件哪里都有集成电路的身影，集成电路也成为了我们生活的一部分，它以自身特有的特性创造着价值，影响着我们的方方面面，很难想象没有集成电路的生活会是怎么样。在我看来，世上最伟大的发明——集成电路，非你莫属。
世界因你而精彩——集成电路
——我认为的世上最伟大发明
过去的一个世纪人类有很多值得回忆的东西，其中许多伟大的科技发明和创新使我们的生活发生了翻天覆地的变化，思想者的预言常常成为现实。美国科学家富兰克林曾经讲过：将来人类的知识将会大大增长，今天我们想不到的新发明将会屡屡出现，我有时候几乎后悔我自己出生过早，以致不能知道将要出现的新事物。他的话说得不错。近100年来，人类的科技只能用突飞猛进这样的词汇来形容，如果让一个1900年的发明家来看今天的世界，他会认得汽车、电话、飞机，他也能想象出宇宙飞船、深海潜艇，但他绝对会对计算机、互联网、基因工程、核能一无所知。现在，知识爆炸给人类前所未有的自信和乐观，有位作家这样写：“我真诚地相信，我们生活在人类历史上最伟大的知识时代，没有任何事物我们不了解”，“只要是人能想到的事，总有人能做到。”20世纪科技的发展使这句话越来越像真理。科技进步彻底改变了人类的生存方式，也使人类思考的方向有所变化。
那什么最能体现我们生活的改变？从蒸汽时代到电气时代，再由电器时代到信息化时代，各种发现发明层出不穷，到底什么才是世上最伟大的发明，谁也没有答案。有人说是蒸汽机，是电，是发动机等等，人人都有自己的答案，而我却认为世上最伟大的发明是集成电路。
集成电路的发明，作为一项技术发明，改变着人类生活方式和生产方式，对社会的进步起到如此重大的作用，充分体现了“科学技术是第一生产力”这一科学论断的正确性。正如美国工程技术界评出20世纪最伟大的20项工程技术成就中第五项电子技术谈到：“从真空管到半导体、集成电路已成为当代各行各业智能工作的基石。”集成电路之所以成为信息社会的基础产品，是由其本质所决定的：社会信息化的程度取决于对信息的掌握、处理能力和应用程度，而集成电路正是集信息处理、存储、传输于一个小小的芯片中。从1958年发明集成电路以来的53年间，集成电路产业产值的年增长率≥15%，在技术上，集成度以年增长率46%的速度持续发展，世界上还没有一个产业能以这样的速度持续地发展。2000年以集成电路为基础的电子信息产业成为世界第一大产业。集成电路的原料是地球上除氧以外含量最丰富的元素——硅，原始材料为硅石(silica)，这样一块黑褐色小片，肉眼看上去，没有任何令人注意的地方，但经过人们的创新设计和一系列创新的工艺技术加工制造，成为集成电路芯片，将人类的智慧与创造固化在硅芯片上，因而是知识创新的载体，价值千金。这是典型的“点石成金”。它如水银泼地，无处不在，改变着社会的生产方式和人们的生活方式，不仅成为现代产业和科学技术的基础，而且正在创造着代表信息时代的硅文化(silicon culture)。因此有科学家认为人类继石器、青铜器、铁器时代之后现正进入硅石时代。集成电路产业对国民经济的战略作用首先表现在当代市场链关系上。现代经济发展的数据表明，国民生产总值每增长100到300元，需要10元左右电子工业产值和1—2元集成电路产值的支持。而且随着经济发展，这个数字在变化。据美国半导体协会(SIA)预测,到2012年,集成电路全行业销售额将达到1万亿美元(接近于2000年我国国民生产总值)，它将支持6万亿到8万亿美元的电子装备和30万亿美元的电子信息服务业，后者相当于1997年全世界国民生产总值的
总和。【根据我们对美国、日本、韩国和我国国民生产总值、电子工业和集成电路(IC)增长率的数据统计，发达国家在发展过程中都有一条规律，即集成电路产值的增长率(RIC)高于电子工业产值的增长率(REI)，而电子工业产值的增长率又高于GNP的增长率(RGNP)，一般有一个近似的关系，RIC≈2REI，REI≈3RGNP】21世纪经济是信息经济，目前发达国家信息产业产值已占国民经济总产值的40%—60%，国民经济总产值增长部分的65%与集成电路有关。集成电路产业已成为促进国民经济持续发展和保证国家安全的战略性的基础产业，是经济发展的基石。
【集成电路的发明过程】
J.S.Kilby在42年前发明集成电路不是偶然的.1923年11月8日，他出生于美国Jefferson城。早在中学时代，通过与他父亲一起从事电话和无线电通信方面工作而对电子学发生了浓厚的兴趣。1947年和1950年分别在伊利诺伊(Illinois)大学和威斯康星(Wisconsin)大学获得学士和硕士学位。从1947年开始，他参加了Milwaukee的Globe-Union公司的Centralab部门工作，这是一个从事无线电、电视机部件和助听器方面的制造厂。他作为设计和制造工程师，主要负责助听放大器和RC网络的工作。
早在第二次世界大战期间和此后的朝鲜战争时期，军事上对电子装备的小型化及其可靠性提出了迫切的需求。当时一架B-29轰炸机要求上千个真空管和几万个无源元件。它的成本、体积和可靠性成为一个电子系统发展的制约因素。这就使众多部门，例如美国国家标准局(NBS)以及美国空军和海军都支持电子装备小型化的研究与开发工作。J.S.Kilby在Centralab承担小型化的任务。随着1948年晶体管的发明，微型模块(micro-module)发展起来。关于集成电路的概念的最早描述，应该说是由英国皇家信号和雷达机构(Royal Signal&Radar Establishment)的G.W.A. Dummer于1952年5月在电子元器件会议上提出的，但是在英国未能予以实现。
1952年,J.Kilby的工作单位Centralab从Bell实验室获得了制造晶体管的许可证,并被派往Bell实验室总部Murray Hill参加了两周的晶体管讨论班，回来后开始锗合金结晶体管的研制工作。利用晶体管开始音频电子装备的袖珍化工作，并负责建立了用于助听放大器和其他应用的小型生产线。1954年，Bell实验室的科学家发明了用硅作晶体管材料，更有利于集成和小型化，而且军方的迫切要求提供了发展硅晶体管的重要机遇。由于Cen-tralab并不具备从事硅的工作，而Kilby希望从事前沿性创新的工作，于是在1958年5月，他转到了德克萨斯仪器公司(TI)工作。TI公司当时也从Bell实验室取得了晶体管制造的许可证。在那里，他仍然负责电子装备的小型化工作。在他对小型化IF放大器的仔细分析，特别是进行了成本分析后，他认为用传统的微型化模型的工作方式是解决不了问题的。解决问题的出路在于全半导体化——一个新的方法.因此他试图将电阻、电容等无源元件和有源元件都做在同一块半导体材料上。进一步的分析认为，有可能将这些元件同时“在位”制备在一起，并用互连形成电路。这时，Kilby实际上已完成了集成电路的创新思维过程。他很快就画出了关于触发器(flip-flop)的构思，用硅的体电阻做电阻器，用P-N结形成电容器，接下来是实验过程。1958年8月28日，他用分离硅元件和生长晶体管等搭成了一个全半导体化的实验装置，证实是可行的.接着他着手制作一个单片集成电路。 并分别于1958年9月12日和9月19日完成。9月12日第一个集成电路振荡器在实验
室进行了演示，标志着集成电路的诞生。由于J.W.Lathrop在光刻技术方面的帮助，1958年10月他开始研制新的锗触发器，并于1959年初完成。1959年2月，TI公司为此申请了小型化的电子电路(miniaturized electronic circuit)专利(专利号为No.3138743)。1959年3月6日,TI公司在纽约举行的IRE展览会的记者招待会上公布了“固体电路(solid state-circuit)”(集成电路——inte-grated circuit)的发明。1962年，由于军事上的大量订单和部分商业应用,集成电路进入工业化生产阶段。
【集成电路的相关应用】
一． 集成电路的教学应用
中规模数字集成电路，时序逻辑电路的设计也可以直接采用集成的计数器、寄存器等。例如可以采用74LS161（同步4位二进制加法计数器）构成16以内的任意进制计数器； 采用两片74LS160 同步十进制加法计数器）（可以构成 100 以内的任意进制计数器；采用 74LS194（4位双向移位寄存器）可以构成一个顺序脉冲发生器等。当然它们还可以构建成许多其他的实用电路。中规模集成电路应用的例子还可以举出很多。在使用中规模集成电路设计和构建一个组合逻辑电路时，译码器的使用范围最宽，它可以实现一个多输出变量的组合逻辑函数，而数据选择器只能实现一个单一输出变量的组合逻辑函数。用中规模集成电路（MSI）或大规模集成电路（LSI）构建组合逻辑电路（允许外加一定数量的小规模集成门电路），电路的体积减小，可靠性提高，电路连线减少，成本也能得到降低。而且这种应用将有利于学生在今后工作中的发展。教师在介绍基本的设计方法以后，提出设计任务，通过学生自己去查手册、找资料，进而决定选用什么样的中规模集成芯片，来完成不同组合逻辑电路的实现。
二． 集成电路的军事应用
军用集成电路技术涉猎的领域包括计算机辅助设计与计算机辅助测试技术、掩模制造技术、材料加工技术、可靠性技术、芯片制备技术、封装技术和辐射加固 技术等。军用集成电路是现代军事技术的核心和基础，广泛应用于雷达、计算机、通信设备、导航设备、火控系统、制导设备和电子对抗设备等各类军用设备上。当今世界，无论是发达国家，还是发展中国家，都不惜斥巨资发展微电子技术，并把它放在高技术发展的首要位置。集成电路的运用，使武器系统的体积、重量 和功耗大大减小，可靠性大大提高。特别是从信息能力方面使武器装备性能发生 了革命性的变化。美国 F-15 战斗机的 AN/APG-63 雷达在信号处理器采用了超规模集成电路以后，信号处理速度提高了几倍。“战斧”巡航导弹、“爱国者”防空导弹、“铺路石”激光制导炸弹的制导系统小型化，也都是在使用超大规模集 成电路后才得以实现。集成电路被称为现代武器装备的“神经系统”。美国 F-111飞机采用超高速集成电路后，平均故障间隔时间从原来的40 h 提高到5000 h 左右，元件数从224个下降到60个，爱国者导弹在采用超高速集成电路后电 子模块从 200个下降至13个。另外，美国“战略防御倡议（S D I 即星球大战 计划）”中的空间监视系统与动能拦截弹中的探测器和计算机也都采用了超高速集成电路和微波毫米波单片集成电路。超大规模集成电路已经成为发展现代武器装备特别是高技术武器装备的基础。
目前，美国、日本在军用集成电路技术方面处于领先地位，已研制成功含有
1.4 亿多个晶体管的静态随机存取存储器， 线宽达到了0.13 至0.35mm。21世纪，军用集成电路将在进一步缩小线宽、增大集成度的基础上，寻求在改进集成
技术、采用新型材料、研制新概念器件上的突破。 基于集成电路的重要地位，发达国家和许多发展中国家（地区）都十分重视集 成电路产业的发展，纷纷制定面向21世纪的超大规模集成电路中长期发展规划，抢占制高点，以掌握未来信息技术核心的主动权。美国为了保持其在 IC 设计领域已形成的优势，夺取21世纪技术竞争中的领先地位，1997年SIA再次组织修订美国半导体技术发展蓝图。同年美国政府和工业界又合作组建了一个新的联合公司——微电子学高级研究公司（M A R C O ），以美国大学为基础，重点加强8～10年可能出现的技术的研究开发工作。美国国防部为满足军用和空间应用对 特殊产品的要求，支持工业界联合开发，并将微电子技术列为国防关键技术项目 进行研究。日本为改变半导体竞争力下降的局面，近几年加强了 ASIC 和 MPU 的 开发和生产。尤其是 SOC 的迅速发展引起日本企业的极大关注，并开始在此领 域投资。1996 年初开始实施的“超尖端电子技术”开发计划是一项面向21世纪产官学共同研究开发计划，主要开发 2005～2010 年半导体器件、磁存储和显示器件等三个领域的基础技术。为实施此计划，通产省组织了联合研究组织（A S E T ）。1997年3月，欧盟提出了一项名为欧洲先进 C M O S（A C E ）研究工作，是由比利时大学校际微电子研究中心（IMEC）协调的深亚微米技术研究开发计划，目标是开发 0.13～0.10mm 技术。韩国为确保面向 21 世纪的16G DRAM 级 半导体制造技术的实现和韩国半导体在国际市场的地位，韩国政府决定从1998年开始到2006年将实施新的半导体推进计划，主要研究纳米技术和系统芯片，开发制造 0.1mm 以下、千兆级以上的半导体核心基础技术和尖端设备。
三． 集成电路的网络通讯应用
一个完整的集成电路产业包括芯片设计、制造、封装、测试在内的产业链及半导体设备业和材料业。从集成电路应用领域来看，从最初的计算机业到通信业再到网络业、信息家电（IA，Information Appliance），范围不断扩大。目前，CPU和DRAM仍是其最重要和最大宗的应用领域，但在通讯、网络、信息家电领域的应用渐成主流，成长迅速。
（1）CPU（Center Process Unit，中央处理器，或称微处理器）
Intel公司的成长堪称世界半导体工业史上的奇迹。自1978年首次推出16位微处理器8086以来，Intel公司以其强大的创新能力和旺盛的进取精神，引领半导体工业按照神奇的摩尔定律飞速发展。摩尔定律断定：处理器的功能和复杂性每年（后改为18个月）增加一倍，而成本却减半。该定律由Intel公司创始人之一的摩尔（Gorden Moore）提出。目前，微处理器市场三强并存：Intel、AMD（Advanced Micro Device）和Cyrix。伴随IT产业的成熟，处理器行业也开始走向市场细分，PC机、服务器、笔记本专用处理器市场的形成就是明显的例子。 随着硅芯片制造技术臻于极限，摩尔定律行将消亡，随之而来的将是生物芯片和量子芯片的时代。
（2）DRAM（Dynamic Random Access Memory，动态随机存取存储器）
DRAM属于记忆体芯片。根据IDC的分析，2000年DRAM的应用领域，56%应用于PC、19%用于模组的升级、5%应用于PC绘图卡、5%应用于工作站，其他15%。1996年以来，DRAM供需失衡导致全球连续三年的半导体不景气，半导体厂商在财务上面临沉重的压力，加上建厂成本的日益增加，不仅投资更为谨慎，DRAM产业市场格局发生了大规模的重整：日本厂商缩减DRAM生产，着力于Flash与SoC领域，美国厂商TI、Motorola退出DRAM市场而专注于核心技术，其中 TI着力于DSP（Digital Signal Processing数字信号处理），Motorola专注于移
动通讯产品。IBM公司则为了增强本身的竞争力，逐渐将成本过高的IC制造与附加价值偏低的后段封装、测试业务委外代工。与此同时，韩国、台湾半导体厂商成长迅速。
（3）其它领域
随着后PC时代和3C（Computer Communication Consume）时代的到来，数字通讯和信息家电正日益成为集成电路应用的最重要领域。随着Internet的大规模普及，价格低廉、技术相对简单的上网工具不断涌现（如电视机顶盒、可上网的电视、可上网的可视电话、可上网的视频游戏机、可上网的个人数字助理等）。这些传统电子消费类产品正日益向数字化、无线化、网络化的方向发展，被称之为信息家电（或称蓝色家电）。信息家电消费类产品的性质决定了其潜在市场的充分广阔性，这为集成电路产业的进一步发展奠定了坚实的基础与此同时，下一代互联网络技术和第三代移动通讯技术的成熟与运用，为集成电路产业的持续增长开辟了道路。
【集成电路的影响及经济价值】
1959年，英特尔(Intel)的始创人，Jean Hoerni和Robert Noyce，Fairchild Semiconductor 在开发出一种崭新的平面科技，令人们能在硅威化表面铺上不同的物料来制作晶体管，与及在连接处铺上一层氧化物作保护。这项技术上的突破取代了以往的人手焊接。而以硅取代锗使集成电路的成本大为下降，令集成电路商品化变得可行。由集成电路制成的电子仪器从此大行其道,到二十世纪60年代末期,接近九成的电子仪器是以集成电路制成。时至今日，每一枚计算机芯片中都含有过百万颗晶体管。自1961年起,世界电子业市场总市值由$29亿增长至今时今日的$957亿。更有报告指出电子业将会是廿一世纪最大的单项工业。电子业的增长有赖更新，更好的科技发展与突破，比如无线通讯,互联网和 DNA 解码。在往后的日子，随着半导体科技的发展,更多崭新的电子产品将会陆续面世。
目前，以集成电路为核心的电子信息产业超过了以汽车，石油,钢铁为代表的传统工业成为第一大产业，成为改造和拉动传统产业迈向数字时代的强大引擎和雄厚基石。1999年全球集成电路的销售额为1250亿美元，而以集成电路为核心的电子信息产业的世界贸易总额约占世界 GNP 的3%，现代经济发展的数据表明，每l~2元的集成电路产值，带动了10元左右电子工业产值的形成,进而带动了100元GDP的增长。目前,发达国家国民经济总产值增长部分的65%与集成电路相关；美国国防预算中的电子含量已占据了半壁江山(2001年为43.6%)。预计未来10年内，世界集成电路销售额将以年平均15%的速度增长，2012年将达到6000~8000亿美元。
对中国而言，2009年上半年中国集成电路产量为192.44亿块，同比下降了19.1%。全行业共实现销售收入467.92亿元。同比下降了26.9%。其中二季度产业实现销售收入265.18亿元，增幅由一季度的-34.1%收窄至-20.3%，环比则比一季度大幅增长30.8%，表明国内集成电路产业正在逐步走出低谷。2009年上半年我国进口集成电路金额为495.3亿美元，同比下降了20.8%;出口集成电路金额为95.9亿美元，同比下降了17.4%。上半年全球半导体市场959.27亿美元，同比下降24.8%。全球半导体市场的大幅萎缩对国内集成电路制造业造成较大的不利影响。上半年芯片制造业销售收入131.18亿元，同比下降了31.5%;封装测试业销售收入219.8亿元，同比下降了38.6%。与制造业和封测业的大幅下滑不同，上半年IC设计业实现销售收入116.94亿元，与去年同期相比增长9.7%，
这主要得益于内需市场对IC设计企业的拉动效应。2009年将是中国集成电路行业的转折年，目前中国半导体元件产品的供应量仅能满足中国市场不到14%的需求，预计到2013年这种供需间的差距将达到217亿美元。这种供需间的巨大差距给中国半导体元件产品设计业带来挑战与机遇。尽管全球半导体产业正在经历2000年网络泡沫之后的又一轮回调，但第三代移动通信（3G）的启动为通信产业带来技术创新与产业升级难得的商机。三网融合、数字城市和移动电视等新技术的出现，将有力地推动通信专用集成电路技术和产品的更广泛应用。2009~2011年三年间中国集成电路产业销售收入的年均复合增长率为15.3％，2009年销售收入将达到1322亿元，2011年销售收入将突破1900亿元。集成电路业仍然是产业增长最快的领域，在未来三年中年平均复合增长率为19％，到2011年设计业将达到400亿元规模。随着中国新建芯片生产线的投产和原有生产线的扩建增产，在未来三年中年均复合增长率为17％，到2011年芯片制造业的销售收入将增加到620亿元。封装测试业继续保持稳定增长势头，在未来三年中年均复合增长率为12％左右，到2011年销售收入将达到880亿元。
世上伟大的发明如此之多，什么才是最伟大的发明？利于人类发展的就应该是最伟大的发明，而集成电路随着时代的发展在我们日常生活及工作中变得越来越重要，作用日益突出。如今，从你每天开始都必须和集成电路打交道，一个电话一个电子邮件哪里都有集成电路的身影，集成电路也成为了我们生活的一部分，它以自身特有的特性创造着价值，影响着我们的方方面面，很难想象没有集成电路的生活会是怎么样。在我看来，世上最伟大的发明——集成电路，非你莫属。