精密數(shù)字壓力表芯片工作原理和發(fā)展簡(jiǎn)史

工作原理：

精密數(shù)字壓力表芯片的襯底材料是具有 n-或 p-型的輕摻雜質(zhì)單晶硅層。它起兩個(gè)作用，一是作為在其上面和內(nèi)部制造集成電路的物理介質(zhì)，另一作用是作為電路本身的一部分，構(gòu)成芯片核心的半導(dǎo)體電路和微型晶體管通過(guò)沉積或刻蝕直接構(gòu)建在單晶硅表面上。

芯片的工作速度與芯片內(nèi)電路之間信號(hào)傳送路程的長(zhǎng)短有關(guān)，路程越短速度越快，反之則越慢。芯片的工作時(shí)間單位是以納秒計(jì)量的。

制造：

要在大約 5 平方毫米的薄硅片上制作數(shù)百個(gè)電路，需要非常精密的生產(chǎn)技術(shù)。芯片上的元件是用微米測(cè)量的，定位時(shí)的精密度為 1-2 毫米。芯片是在超凈化的工廠內(nèi)，使用由具有專門技術(shù)的計(jì)算機(jī)控制的機(jī)器制造的。在制造過(guò)程中需要用高倍顯微鏡對(duì)芯片進(jìn)行觀察。

制造芯片時(shí)，將元件和電路連線置于硅片的表面和內(nèi)部，形成 9-10 個(gè)不同的層次。在真空中生成圓柱形的純硅晶體，然后將其切成 0.5 毫米厚的圓片，將圓片的表面磨得極其光滑。利用存儲(chǔ)在電子計(jì)算機(jī)存儲(chǔ)器里的電路設(shè)計(jì)程序，為芯片的各層制造一組“光掩模"，這種掩模是正方形的玻璃。用照相處理的辦法或電子流平板印刷技術(shù)將每一層的電路圖形印在每一塊玻璃掩模式上，因而玻璃僅有部分透光。當(dāng)上述圓片被*清洗干凈后，再放入灼熱的氧化爐內(nèi)，使其表面生成二氧化硅薄絕緣層。然后再涂上一層軟的易感光的塑料（稱為光刻膠或光致抗蝕劑）。將掩模放在圓片的上方，使紫外線照射在圓片上，使沒(méi)有掩模保護(hù)的光刻膠變硬。用酸腐蝕掉沒(méi)有曝光部分的光刻膠及其下面的二氧化硅薄層，裸露的硅區(qū)部分再做進(jìn)一步處理。

用離子植入法將摻雜物摻入硅中構(gòu)成元件的 n 型和 p 型部分，在硅片上形成元件。此時(shí)硅片上部是鋁連接層，兩層連接層之間被二氧化硅絕緣層隔開(kāi)。鋁連接層由蒸發(fā)工藝生成，有掩模確定它的走線。

當(dāng)整個(gè)制造過(guò)程完成以后，使用電探針對(duì)每一個(gè)芯片進(jìn)行檢驗(yàn)。將不合格的產(chǎn)品淘汰，其它產(chǎn)品進(jìn)行封裝后在不同溫度及環(huán)境條件下的檢驗(yàn)，最終成為出廠的芯片。

芯片中的電路越緊密地?cái)D在一起，芯片的工作速度越快，而且由于更多的電路被設(shè)計(jì)在同樣面積的硅片上，芯片的功能更強(qiáng)。實(shí)際中芯片所做的工作都是由晶體管完成的。芯片的代碼用兩種信號(hào)表示，即電壓信號(hào)代碼。它包括兩種狀態(tài)，被分別稱為高電平和低電平狀態(tài)，也可以用數(shù)字表示這兩種信號(hào)，即用“1"表示高電壓信號(hào)，用“0"表示低電壓信號(hào)（“1"和“0"在二進(jìn)制代碼中叫做“位"(bit, binary digits 的縮寫(xiě))）。這兩種狀態(tài)分別用 vih 和 hil 兩個(gè)電壓域值表示，且 vih>hil。vih 被稱為高邏輯閥，hil 被稱為低邏輯閥。如果某節(jié)點(diǎn)電壓 v 滿足不等式 v> hil ，則認(rèn)為該節(jié)點(diǎn)處于高狀態(tài)，而如果v<vih ，則為低狀態(tài)。如果一個(gè)節(jié)點(diǎn)="" 的電壓="" v="" 滿足不等式="" hil<v<vih="" ，則狀態(tài)不確定。<="" p="">

芯片電路中由于晶體管的導(dǎo)通與斷開(kāi)而產(chǎn)生的一串電信號(hào)，也叫做信號(hào)流。信號(hào)流可以用來(lái)表示數(shù)字、字母和其它各種信息的代碼

芯片，準(zhǔn)確地說(shuō)就是硅片，也叫集成電路。它是微電子技術(shù)的主要產(chǎn)品。所謂微電子是相對(duì)"強(qiáng)電"、"弱電"等概念而言，指它處理的電子信號(hào)極其微小，它是現(xiàn)代信息技術(shù)的基礎(chǔ)。計(jì)算機(jī)芯片是一種用硅材料制成的薄片，其大小僅有手指甲的一半。一個(gè)芯片是由幾百個(gè)微電路連接在一起的，體積很小，在芯片上布滿了產(chǎn)生脈沖電流的微電路。計(jì)算機(jī)芯片利用這些微電流，就能夠完成控制計(jì)算機(jī)、自動(dòng)化裝置制和其它各種設(shè)備所需要的操作。計(jì)算機(jī)芯片內(nèi)的電路很小，它使用的電流也很小，所以也稱芯片為微電子器件。微型計(jì)算機(jī)中的主要芯片有微處理芯片、接口芯片、存儲(chǔ)器芯片。

1950~1960 年的空中競(jìng)爭(zhēng)非常激烈。美國(guó)為了在飛船有限的空間內(nèi)做更多的事要求設(shè)備的體積小而再小，以便在很小的空間內(nèi)能裝更多的電子設(shè)備，從而發(fā)展芯片。許多生產(chǎn)者很快利用芯片體積小，消耗電流少的優(yōu)點(diǎn)，進(jìn)一步生產(chǎn)了微型計(jì)算器和微型計(jì)算機(jī)。

自從第一臺(tái)電子管計(jì)算機(jī)發(fā)明后，1974 年，三個(gè)美國(guó)科學(xué)家巴丁、肖克萊和布拉坦發(fā)明了晶體管。最早的晶體管是用鍺半導(dǎo)體制成的，后來(lái)才使用硅半導(dǎo)體晶體管。大約1953年晶體管才開(kāi)始用于計(jì)算機(jī)。

1958年在美國(guó)得克薩斯儀器公司工作的美國(guó)人杰克吉爾比提出將兩個(gè)晶體管放在一片芯片上的設(shè)想，從而發(fā)明了第一個(gè)集成電路。隨著技術(shù)進(jìn)步，集成電路規(guī)模越來(lái)越大，功能越來(lái)越強(qiáng)。

自從1958年發(fā)明芯片以來(lái)，芯片發(fā)展非常迅速，仍在繼續(xù)發(fā)展。每當(dāng)出現(xiàn)一個(gè)新的自動(dòng)裝置或功能更強(qiáng)的計(jì)算機(jī)，多是由于研制出了新的功能更強(qiáng)的芯片。計(jì)算機(jī)生產(chǎn)者們一直在努力制造功能更強(qiáng)的芯片，來(lái)提高芯片的集成度和工作速度。

發(fā)展史：

1、1971年，英特爾公司推出了第一枚微處理器——4004芯片；

意義：開(kāi)始了人類將智能內(nèi)嵌于電腦和無(wú)生命設(shè)備的歷程，標(biāo)志著電腦芯片技術(shù)從此開(kāi)始騰飛。

2、1974年，英特爾公司推出了劃時(shí)代的處理器，intel 8080；

特點(diǎn)：采用復(fù)雜的指令集以及40管腳封裝，其功能是8008的10倍，每秒能執(zhí)行29萬(wàn)條指令。

3、1993年，具有里程牌意義的intel pentium處理器正式發(fā)布；

意義：宣布個(gè)人電腦開(kāi)始進(jìn)入多媒體時(shí)代。

4、1998年，英特爾發(fā)布了pentium ii xeon處理器；

設(shè)計(jì)：xeon主要設(shè)計(jì)來(lái)運(yùn)行商業(yè)軟件、因特網(wǎng)服務(wù)、公司數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、數(shù)據(jù)歸類、數(shù)據(jù)庫(kù)、電子，機(jī)械的自動(dòng)化設(shè)計(jì)等。

5、2003年3月，英特爾發(fā)布一種完整的計(jì)算機(jī)解決方案——迅馳移動(dòng)計(jì)算技術(shù)。