微電子技術(shù)發(fā)展和展望

賴曉麗

摘 要：微電子在人們的日常生產(chǎn)生活中扮演著重要的角色，直接影響到人們正常的生產(chǎn)生活。本文分析了微電子技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀同時對微電子未來的發(fā)展趨勢做出展望。

關(guān)鍵詞：微電子；發(fā)展現(xiàn)狀；展望

0 引言

現(xiàn)階段微電子技術(shù)在社會生產(chǎn)生活中具有重要的地位，軟件和集成電路已經(jīng)成為21世紀(jì)社會發(fā)展的基礎(chǔ)。微電子技術(shù)作為高新技術(shù)的組成部分之一，逐漸成為電子信息技術(shù)的核心部分，深入到社會生產(chǎn)生活的每一個角落。電子器件的小型化和微型化是現(xiàn)代微電子技術(shù)的重要特征之一，其核心是系統(tǒng)集成（SOC）和集成電路（IC）。

1 微電子技術(shù)的發(fā)展歷史和現(xiàn)狀

微電子技術(shù)一門以集成電路為核心的各種半導(dǎo)體器件基礎(chǔ)上的高新電子技術(shù)，其具有工作速度快、重量輕、體積小、可靠性高等諸多優(yōu)點。微電子技術(shù)是一項起源于19世紀(jì)末20世紀(jì)初的新興技術(shù)，微電子技術(shù)的發(fā)展史從某種意義上說是集成電路的發(fā)展史。

現(xiàn)階段大規(guī)模集成電力的集成度代表這微電子技術(shù)的發(fā)展水平。從集成電路在1958年被發(fā)明以來，集成電路的發(fā)展規(guī)律依然遵循著“摩爾定律”，即DRAM的儲存量每隔3年就變?yōu)樵瓉淼?倍，集成電路芯片上的元件數(shù)量每18個月增加1倍（具體見表1）。微電子技術(shù)的發(fā)展歷程如下，美國貝爾實驗室于1947年制造出第一個晶體管，這為制造體積更小的集成電路奠定了相關(guān)的技術(shù)基礎(chǔ)。1958年美國德克薩斯儀器公司的基比爾于研究員制造出第一個集成電路模型，并與次年該公司宣布發(fā)明了第一個集成電路。1959年美國仙童公司將微型晶體管的制造工藝—“平面工藝”經(jīng)過一定的技術(shù)改進后用于集成電路的制造過程中，實現(xiàn)了集成電路由實驗階段向工業(yè)生產(chǎn)階段的過渡。1964年相關(guān)的技術(shù)人員又研制出PMOS集成電路，大大減小了集成電路的體積，其與分立元件相比較PMOS集成電路具有可靠性高、功耗低、制造工藝簡單和適于大量生產(chǎn)等諸多優(yōu)點。到目前為止，與第一塊集成電路相比集成電路的集成度的尺寸縮小了200多倍，集成度提高了550多萬倍，元件成本降低了100多萬倍。

在當(dāng)今社會中微電子元件可以說是無處不在，每個人都在享受這微電子技術(shù)帶來的方便快捷。集成電路被廣泛應(yīng)用于社會的各個行業(yè)，比如計算機技術(shù)、環(huán)境工程、交通醫(yī)療等領(lǐng)域。微電子技術(shù)對各種傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)具有強有力的帶動作用，幾乎所有的傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)與微電子技術(shù)結(jié)合，利用芯片更新技術(shù)，都可給傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)注入活力。例如，像汽車的電子化使傳統(tǒng)的汽車工業(yè)滲透進了微電子技術(shù)，采用微電子技術(shù)的電子引擎監(jiān)控系統(tǒng)“汽車安全防盜系統(tǒng)”出租車的計價器等已得到廣泛應(yīng)用，現(xiàn)代汽車上有時甚至要有十幾個到幾十個微處理器又如，印刷工業(yè)采用了微電子技術(shù)排版不再采用鉛字，文字的增添“刪除“編排，字體的選取等都在計算機上進行，在很短的時間內(nèi)就可以全部按需要設(shè)置完成，與傳統(tǒng)印刷工業(yè)改動一字就要涉及全局已不可同日而語。

微電子技術(shù)不僅在工業(yè)制造中應(yīng)用廣泛，同時為商業(yè)的發(fā)展提供了巨大的方便。隨著微電子技術(shù)的不斷發(fā)展和計算機的應(yīng)用，商場超市傳統(tǒng)的記賬方式發(fā)生了巨大的變化，賬目的記錄、查詢、統(tǒng)計和存儲方式發(fā)生了巨大的變化。另外，隨著其他技術(shù)和微電子技術(shù)的相互融合滲透逐漸發(fā)展出新的技術(shù)。比如微電子技術(shù)和信息技術(shù)融合創(chuàng)造出數(shù)字地圖，其通過無線電傳輸?shù)确绞侥軌驗槿藗兲峁┧诘貐^(qū)的天氣狀況、地理狀況等所有信息，為人們的出行和野外作業(yè)等提供便利。

2 微電子技術(shù)發(fā)展展望

微電子技術(shù)作為一門隨著集成電路發(fā)展起來的新興技術(shù)，其只要包括器件物理、工藝技術(shù)、材料研制、系統(tǒng)電路設(shè)計和封裝組裝等技術(shù)，簡單而言主要包括材料、系統(tǒng)和器件三部分。

2.1 新型半導(dǎo)體材料的研制

其中，材料作為微電子技術(shù)發(fā)展的基礎(chǔ)，對于先進材料的研制一直是微電子技術(shù)研發(fā)的重點領(lǐng)域。在未來的一段時間對于對新型半導(dǎo)體材、化合物和納米材料的研發(fā)是重點。

新的碳化硅（SiC）材料具有禁帶寬、高熱導(dǎo)率、漂移速度快、高擊穿電壓等諸多優(yōu)點。這些優(yōu)點能夠保證元件在高溫高壓下進行工作，同時元件的功率比較大，能夠進行高頻工作并且集成度高。現(xiàn)階段，新型研制出的氧化硅晶體管能夠在520℃下進行工作并且擊穿電壓能夠達到800℃。另外和其他寬緊帶的材料相比較，碳化硅材料能夠通過熱氧化的方式生成二氧化硅（SiO2）。

氮化鋁（AlN）是一種舉要抗輻射性能高、高擊穿電壓和寬禁帶的材料，并且絕緣體上的硅具有低功耗、高速、抗輻射、無栓鎖等諸多優(yōu)點。另外，銦磷化合物也是一種新型的半導(dǎo)體材料，它能夠很好的將數(shù)字功能和射頻集中在同一個芯片上，它的運行功耗更加低，運行速度比硅型芯片的更加快。

雖然上面有很多的新型材料但是晶體管的尺寸受到熱效應(yīng)、磁場效應(yīng)和量子效應(yīng)的影響，傳統(tǒng)的微電子發(fā)展正面臨嚴(yán)重的瓶頸。現(xiàn)在對納米尺度下新的量子現(xiàn)象和效應(yīng)的研究成為國際上近年來的研究熱點，新型納電子器件得以迅速發(fā)展。碳納米管（CNT）是其中的一員，它（CNT）是人工合成的天然納米線，由于是一維輸運，所以它的電子遷移率比體硅高很多，特別是可能實現(xiàn)彈道輸運。另外由于CNT具有非常高的擊穿電場（最高可達108V /cm），所以CNT中的電子漂移速度可以遠遠超過硅反型層中的電子，故被業(yè)界一直認為最有可能成為硅材料的未來最終繼承者。因為它既可承擔(dān)導(dǎo)線的功能，又可承擔(dān)半導(dǎo)體（即晶體管開關(guān)）的功能，但其技術(shù)走向市場還有待成熟。如IBM公司于2002年宣布開發(fā)出性能優(yōu)異的碳納米晶體管，但同時宣稱從硅電子時代過渡到碳納米為代表的納米電子時代可能要10年左右。在芯片集成方面的重要發(fā)展方向是SOC和SIP。

2.2工藝手段越來越先進

隨著集成電路集成度的不斷提高，技術(shù)人員不斷縮短光刻波長并且改進透鏡的孔徑，通過各種手段改進光刻技術(shù)。光刻技術(shù)現(xiàn)階段主要研究的是深紫外線光刻技術(shù)和沉浸光刻技術(shù)。沉浸光刻技術(shù)是指在原來的光刻設(shè)備的透鏡和晶圓之間灌滿水，從而達到提高孔徑數(shù)值和透鏡分辨率的目的。沉浸光刻技術(shù)是下一代光刻技術(shù)的主要發(fā)展方向。比如荷蘭的ASXN公司采用190nm 的深紫外光源并且采用沉浸透鏡技術(shù)其應(yīng)用極限達到30nm，很有希望突破遇到的光刻障礙。現(xiàn)在除了業(yè)界看好的沉浸光刻技術(shù)外，正在研究的其他新工藝也比較多。別如電子束技術(shù)、微型電子束陣列和X射線等等。

3 結(jié)論

21世紀(jì)社會將成為一個信息化的社會，微電子技術(shù)在信息化社會發(fā)展中將占有及其重要的位置，同時也將成為本世紀(jì)最為活躍的科技領(lǐng)域。本文對微電子技術(shù)的發(fā)展?fàn)顩r進行了分析，同時展望了微電子技術(shù)未來的發(fā)展方向。

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