事業(yè)單位公共基礎知識：芯片考點

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同學們，近年來芯片一直是熱點話題，因為芯片是21世紀的“黑金”，從手機到游戲機，從數(shù)據(jù)中心到太陽能電池板，從LED燈到監(jiān)控系統(tǒng)，從飛機到汽車，無處不在。最重要的是，它們正促進人工智能發(fā)展，支持5G網(wǎng)絡、電動汽車和武器系統(tǒng)的出現(xiàn)。下面關于芯片的這些相關考點你是否都知道呢?快來跟著圖圖學一下吧!

簡介

芯片也稱微電路，是半導體元件產(chǎn)品的統(tǒng)稱，是集成電路的載體，由晶圓分割而成。

集成電路是一種微型電子器件或部件。采用一定的工藝，把一個電路中所需的晶體管、電阻、電容和電感等元件及布線互連一起，制作在一小塊或幾小塊半導體晶片或介質基片上，然后封裝在一個管殼內(nèi)，成為具有所需電路功能的微型結構;其中所有元件在結構上已組成一個整體，使電子元件向著微小型化、低功耗、智能化和高可靠性方面邁進了一大步。它在電路中用宇母"C'表示。集成電路發(fā)明者為杰克•基爾比(基于鍺(Ge)的集成電路)和羅伯特•諾伊斯(基于硅(Si)的集成電路)。當今半導體工業(yè)大多數(shù)應用的是基于硅的集成電路。

芯片原理

芯片是一種集成電路，由大量的晶體管構成。不同的芯片有不同的集成規(guī)模，大到幾億;小到幾十、幾百個晶體管。晶體管有兩種狀態(tài)，開和關，用1、0來表示。多個晶體管產(chǎn)生的多個1與0的信號，這些信號被設定成特定的功能(即指令和數(shù)據(jù))，來表示或處理字母、數(shù)字、顏色和圖形等。芯片加電以后，首先產(chǎn)生一個啟動指令，來啟動芯片，以后就不斷接受新指令和數(shù)據(jù)，來完成功能。

集成電路的發(fā)展

為什么會產(chǎn)生集成電路?集成電路產(chǎn)生之前的問題是什么呢?1946年在美國誕生的世界上第一臺電子計算機，它是一個占地150平方米、重達30噸的龐然大物，此時就有很多人思考如何讓計算機更輕巧。1947年在美國貝爾實驗室制造出來了第一個晶體管。晶體管具有電子管的主要功能，并且克服了電子管的缺點。在晶體管發(fā)明后，很快就出現(xiàn)了基于半導體的集成電路構想。

現(xiàn)在，集成電路已經(jīng)在各行各業(yè)中發(fā)揮著非常重要的作用，是現(xiàn)代信息社會的基石。最先進的集成電路是微處理器或多核處理器的核心，可以控制計算機到手機到數(shù)字微波爐的一切。雖然設計開發(fā)一個復雜集成電路的成本非常高，但是當分散到以百萬計的產(chǎn)品上，每個集成電路的成本最小化。這些年來，集成電路持續(xù)向更小的外型尺寸發(fā)展，使得每個芯片可以封裝更多的電路。這樣增加了每單位面積容量，可以降低成本和增加功能(摩爾定律)。

制造

半導體集成電路工藝，包括以下步驟，并重復使用：

光刻→刻蝕→薄膜(化學氣相沉積或物理氣相沉積)→摻雜(熱擴散或離子注入)→化學機械平坦化CMP→使用單晶硅晶圓(或III-V族，如砷化鎵)用作基層，然后使用光刻、摻雜、CMP等技術制成MOSFET或BJT等組件，再利用薄膜和CMP技術制成導線，如此便完成芯片制作。

光刻機，又名掩模對準曝光機，光刻系統(tǒng)等，是制造芯片的核心裝備。世界上只有少數(shù)廠家掌握。因此曝光機價格昂貴。

【例題】芯片是現(xiàn)代信息社會的基石之一，是引領新一輪科技革命和產(chǎn)業(yè)變革的關鍵。下列關于芯片的說法不正確的是：

A.芯片是內(nèi)含眾多電子元件及連線的半導體基片

B.當今主流芯片的基層大都是用鍺材料制造而成

C.摩爾定律預測了芯片上集成的晶體管數(shù)量增長的速度

D.芯片制造涉及學術界和產(chǎn)業(yè)界多學科領域的研究積累

【答案】B

【解析】第一步，本題考查科技常識并選錯誤項。

第二步，硅基材料由于抗輻射、耐高溫性能好、可靠性高等特點，在上世紀60年代后期逐步取代鍺基材料成為主流半導體材料，目前95%以上的半導體芯片和器件由硅基材料制造。故B項表述錯誤。

因此，選擇B選項。

【拓展】A項：芯片是內(nèi)含集成電路的半導體基片(最常用的是硅片)，是集成電路的物理載體。集成電路是指采用特定的制造工藝，把一個電路中所需的晶體管、電阻、電容和電感等元件及元件間的連線，集成制作在一小塊硅基半導體晶片上。A項正確。

C項：摩爾定律是指當價格不變時，集成電路上可容納的元器件的數(shù)目，約每隔18-24個月便會增加一倍，性能也將提升一倍。因此，摩爾定律預測了芯片上集成的晶體管數(shù)量增長的速度。C項正確。

D項：芯片制造涉及學術界和產(chǎn)業(yè)界多學科領域的研究積累，包括通信與網(wǎng)絡、微電子、自動化、生物工程、光電、電力工程等多學科。D項正確。

【例題】芯片是半導體元件產(chǎn)品的統(tǒng)稱，又稱為微電路、集成電路等，它是一個國家科技發(fā)展水平最真實也最前沿的體現(xiàn)。關于我國芯片技術現(xiàn)狀，下列說法正確的是：

A.只要持續(xù)加大研發(fā)投入，我國就能在短時間內(nèi)掌握芯片的核心技術

B.目前我國的光芯片已全部實現(xiàn)國產(chǎn)，僅部分電芯片依賴進口。華為是核心電子元器件自主率最高的中國企業(yè)，當然，它也有大量的電子元器件需要進口

C.光刻機是生產(chǎn)大規(guī)模集成電路的核心設備，近年來我國在該領域取得一些技術突破，但仍未掌握制造高端光刻機的核心技術

D.我國現(xiàn)已掌握芯片的核心技術，只是目前僅限于軍用，只要做好該項技術的軍轉民，我國民用芯片技術就能達到世界領先水平

【答案】C

【解析】第一步，本題考查我國芯片技術現(xiàn)狀。

第二步，光刻機是生產(chǎn)大規(guī)模集成電路的核心設備，根據(jù)采用不同技術路線可分為高端、中端和低端。近年來我國在中低端領域已取得一些技術突破，比如位于我國上海的微電子裝備公司SMEE已研制出具有自主知識產(chǎn)權的投影式中端光刻機，形成產(chǎn)品系列，初步實現(xiàn)海內(nèi)外銷售。但是，高端光刻機制造技術難度極大，全世界只有少數(shù)幾家公司(主要是荷蘭、日本的品牌)能夠制造，中國不在其列。由此可知，C選項正確。

因此，選擇C選項。

【拓展】A項：芯片技術需要大量的人力、物力投入，以及較長時間的技術積累和經(jīng)驗沉淀。目前，我國芯片技術在一些關鍵領域與國外仍有較大的差距，短時間內(nèi)實現(xiàn)趕超具有很大難度。因此A選項錯誤。

B項：目前我國芯片設計業(yè)的產(chǎn)品范圍已經(jīng)涵蓋了幾乎所有門類，且部分產(chǎn)品已擁有了一定的市場規(guī)模，但我國芯片產(chǎn)品總體上仍然處于中低端水平，在高端市場上還無法與國外產(chǎn)品展開競爭，無論是光芯片還是電芯片都只能生產(chǎn)中低端類型的，但高端芯片仍依賴進口。因此B選項錯誤。

D項：我國目前還未掌握芯片的核心技術，近年來我國芯片技術在軍用領域發(fā)展比較快，但依然有大量用于軍用領域的芯片需要進口，且芯片技術要達到世界領先水平不是通過軍轉民就可以實現(xiàn)的，其關鍵是專業(yè)技術難題的攻破。因此D選項錯誤。

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