为什么要分小、中、大规模集成电路

二十世纪六十年代初，电子工业诞生了一颗灿烂的明珠，这就是半导体集成电路。

集成电路的外貌毫无惊人之处。它们的长相，有的象小人国公民戴的铜盆帽，有的象一块小型巧克力糖，还有的看上去简直就是一片平平整整的胶木板。要不是它们长有十几支金属腿的话，说什么也不象是电子器件。但是，我们千万不能小看了这些“小东西”。它们一旦携起手来，连接上人们为它们搭配好的“硬”设备和能源，那么它们不仅具有晶体管、电阻的全部本领，而且还能够构成更加复杂精确的功能系统。

电子器件经历了三代，从电子管到晶体管又发展到现代集成电路。同样，集成电路也接连发展了祖孙三代，这就是小、中、大规模集成电路。

如果我们把齿轮、齿条、连杆、螺丝和马达等看作是一只只半导体元件，那么小、中规模集成电路就象是一台由这些零件装配成的机床；而大规模集成电路，就象一个由成千上万台这种机床组成的具有完整加工能力的车间。

最初出世的第一代集成电路，只包含不到十只晶体管和电阻，而且与现代的集成电路来比较，第一代集成电路的体积较大、性能较差。不过，它还是比单个元件装配的印刷版电路优越得多。随着集成工艺的进步，到1966年，已经出现了在指甲大小的硅晶片上集成1000只晶体管的集成电路。一年以后，集成度又提高到10000只晶体管以上。根据目前世界电子科学的发展趋势，到八十年代中期，将可在指甲大小的硅晶片上，制作100万只晶体管的集成电路。

为了把集成度不同，性能功效也不同的集成电路分一分类，一般把包含10只到100只晶体管的叫小规模集成电路；把包含100只到1000只晶体管的叫中规模集成电路；1000到10000只晶体管的叫大规模集成电路；10000只以上称为超大规模集成电路。由此可知，所谓规模，就是指一块硅晶片上包含晶体管数目的多少。有趣的是，集成电路的体积并不是它本身的“规模”大小按比例增大的。事实上，第三代大规模集成电路的“身躯”和“骨髂”并不比他的爷爷——第一代小规模集成电路来得“胖”和大。不仅如此，从发展的趋势来看，第四代超大规模集成电路，尽管包含几十万到几百万只晶体管，它的体积也不比它的老祖宗大。正是由于电路规模越做越大，体积越做越小的这个特点，才有可能制造出每秒钟运算速度超过一亿次的高速大型、多功能、低消耗的电子计算机来。

为什么集合了成千上万个晶体管的集成电路，它的体积反而不见増大呢？这要归功于现在的半导体制造技术的高明。打个简单的比喻：好象一幢平房，本来只住几个人，显得空空荡荡，十分空旷；现在要住进去的人多了几千几万倍。怎么办呢？只能充分利用空间和面积，把原来的平房加层盖成楼房；再把每个人住的房间缩小到技术上允许的限度，把层和层、房间与房间之间的楼板和分隔墙壁以及彼此连接的走道做得尽可能地薄一些和狭小一点。房间就象是每只晶体管本身的体积；楼板、墙壁和走道就象是集成电路各只晶体管和电阻彼此之间的绝缘层和连接线。每只晶体管绝缘层和连接线的细微加工，恰恰是能不能进一步缩小集成电路总体积的关键。科学家和工程技术人员用一种叫做“光刻”的方法把“墙壁”和“走道”在硅晶片上制成细微程度可以达到一根头发丝的几十分之一到几百分之一。但是，即使达到了这样的精度，科学家和工艺师还不满意。为了在硅晶片上制作更多的元器件，现在正在采用一种叫做“电子束投影曝光”和“离子注入”的全新工艺，可以使电路中的连接线达到一根头发丝的七百分之一的宽度。按照这个技术制造出来的一种超大规模集成电路，可以在大约二十一平方毫米的硅晶片上做出十五万只晶体管来。用一块这样的集成电路制成的微型计算机，只有火柴盒那么大，运算速度和贮存数据的能力却比它的爷爷，有三间房屋那么大、由18000只电子管构成的第一代计算机要强20倍。今天，一些半导体集成电路专家正在悉心研究加工更加细微的连线和晶体管，希望把每根线的宽度减到0.1微米，把晶体管的体积做成大分子级的尺寸，那么估计在每平方厘米的硅晶片上，大约可以做出十亿只以上的晶体管。到了这个程度，小小的一片集成电路，它所能具有的功能差不多相当于现代人类的脑细胞的功能。用这种超超规模集成电路装配出来的机器人或者电子计算机就能够具有接近人那样的聪明和逻辑智慧。