微電子技術發展趨勢及其應用

楊立峰

摘 要 本文簡要介紹了微電子技術的發展水平、特征、方向、關鍵技術、需要突破的的技術層次以及在個領域的基本應用并對其發展趨勢進行展望。

【關鍵詞】微電子 特征 發展趨勢 應用

隨著科技的發展，微電子技術作為科技發展到一定階段的產物對我們社會生產、生活等領域產生了極大的影響。微電子技術在生產領域中的應用有效地提高了生產效率。自從1947年發明晶體管，1958年第一塊半導體集成電路的誕生，微電子技術經過近半世紀的高速發展，微電子技術既是基礎，又是高科技。進入到21世紀，微電子技術是當代發展最快的技術之一，大大推動了航空航天技術，遙測傳感技術，通信技術，計算機技術，網絡技及家用電器產業的迅猛發展。同時，戰爭也由傳統變為現代的電子戰、信息戰的高科技戰爭。

1 什么是微電子技術

微電子技術是在電子電路和電子系統的超小型化及微型化過程中逐漸形成和發展起來的，以集成電路為核心的電子技術。是由電路設計、工藝技術、檢測技術、材料配置及物理組裝等形成的技術體系。

2 微電子技術的特征

微電子技術是在傳統的電子技術基礎上發展起來的。之所以稱之為“微電子”，顧名思義就是由于它是在微小的范疇內的一種先進技術，其特征是“四微”：

（1）它對信號的加工處理是在一種固體內的微觀電子運動中實現的；

（2）它的工作范圍是固體的微米級甚至晶格級微區；

（3）對信號的傳遞交換只在極微小的尺度內進行；

（4）它的容積很大，可以把一個電子功能部件，甚至一個子系統集成在一個微型芯片上。總之，微電子技術是指在幾乎肉眼看不見的范圍內進行工作的一種獨特而神奇的特種技術。

3 微電子的發展趨勢

當代微電子技術正在向著高集成度、高速、低功耗、低成本的方向發展。它的進步主要借助于以下幾個方面：

3.1 制造工藝的改進

在制造工藝方面由最初的單層平面分布發展到后來的多層工藝（有多層高密度和多層多功能兩種方式），以降低成本，增加功能。采用人工超晶格工藝（一種用人工控制晶體晶格大小制造晶體的新工藝），制造的器件叫超晶格半導體器件。這種器件的速度比硅半導體器件快10-100倍。使用敏感集成電路（在一塊芯片上同時集成各種敏感元件及外圍電路），可以縮小體積，降低成本，提高可靠性，增加功能。系統的集成方法將從二維結構向三維立體結構發展，這樣會實現集成度的新突破，為集成電路的發展拓出一條新的可行之路。集成電路面世以來便以集成度每三年便翻兩番的摩爾定律發展。

3.2 材料的更新

科學家正廣泛地探索以新材料取代硅晶體的可行途徑。隨著微電子技術的高速發展，硅材料的局限性已逐步暴露出來。采用砷化鎵、磷化銦等氧化物半導體材料和超導材料、金剛石材料制造集成電路，可以提高集成電路的開關速度、抗輻射能力和工作溫度（金剛石集成電路可在500℃-700℃下正常工作）。2000年2月12日，德國埃森大學和漢諾威大學宣布聯合研制成功在硅板上生長鍺半導體，由此制成的集成電路其開關速度將大大快于硅集成電路。同時，采用在有機物原子的化學鏈中儲存信息的技術所研制的“生物芯片”也取得了一些進展。

3.3 芯片尺寸的增大

芯片尺寸的增大可為集成度的提高提供物質基礎，并且芯片尺寸越大，集成電路的平均成本越低。1998年，芯片尺寸已由原來的3-4英寸，增大到8-10英寸。目前已經達到12英寸。預計今后幾年芯片的容量將達到令人震驚的程度，即一個芯片上可包含10億個元件，其電路僅有幾個原子那么薄。這必然會帶來芯片功能密度和性能價格比的大幅度提高。

4 微電子技術發展需要突破的技術層次

（1）微細加工關鍵的加工工藝---光刻技術還是一個大問題。

（2）互連技術的可靠性問題還有待研究開發。

（3）新型器件結構新型材料體系還大有潛力刻挖。

5 微電子技術的廣泛應用

微電子技術不僅使電子設備和系統的微型化成為可能，更重要的是它引起了電子設備和系統的設計、工藝、封裝等的巨大變革。所有的傳統元器件，如晶體管、電阻、連線等，都將以整體的形式互相連接，設計的出發點不再是單個元器件，而是整個系統或設備。

除了計算機以外，微電子技術在其他方面的應用也是相當廣泛的。從通信衛星、軍事雷達、無人機、信息高速公路，到程控電話、手機、GPS，從氣象預報、遙感、遙測、醫療衛生、能源、交通，到環境工程、自動化生產、日常生活，各個領域無不滲透著微電子技術。

微電子技術對電子產品的消費者市場也產生了深遠的影響。價廉、可靠、體積小、重量輕的微電子產品層出不窮。而落戶于各式各樣的普及型產品之中，進入普通百姓家。例如電子玩具、游戲機、學習機以及其他家用電器產品等。就連汽車這種傳統的機械產品也滲透進了微電子技術，采用微電子技術的電子引擎監控系統、汽車安全防盜系統、現代汽車上有時甚至要有十幾到幾十個微處理器。

微電子技術發展日新月異，令人興奮不已。它對我們工作、生活和生產的影響無法估量。

參考文獻

[1]李凈，唐紅潔編著.第五章：新編現代科技概論[M].北京：中國政法大學出社，2008（11）.

[2]宗占國主編.第二章：微電子技術與計算機技術[M].北京：高等教育出版社，2008（05）.

作者單位

92823部隊二中隊 海南省三亞市 572021