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微電子技術(shù)發(fā)展問題
微電子技術(shù)發(fā)展問題【1】
【摘 要】文章首先對微電子技術(shù)的概念進(jìn)行了系統(tǒng)的分析，詳細(xì)闡述了微電子技術(shù)所包含的內(nèi)容和重要地位。
接著筆者又深入分析了微電子技術(shù)的發(fā)展歷程問題。
最后，針對微電子技術(shù)未來發(fā)展趨勢問題，筆者做了觀點(diǎn)性和理論性的論述分析。
【關(guān)鍵詞】微電子技術(shù);發(fā)展歷程;發(fā)展趨勢
一、微電子技術(shù)概念分析
微電子學(xué)主要是對固體材料上微小型化電路、電路以及系統(tǒng)的電子學(xué)分支進(jìn)行研究，對在固體材料中電子或者粒子運(yùn)動的規(guī)律以及應(yīng)用進(jìn)行研究，并使信號處理功能得以實(shí)現(xiàn)，使電路的系統(tǒng)以及集成得以實(shí)現(xiàn)，具有較強(qiáng)的實(shí)用性。
在現(xiàn)代發(fā)展中微電子技術(shù)是一種發(fā)展較快的技術(shù)，也是電子信息產(chǎn)業(yè)的心臟與基礎(chǔ)。
微電子技術(shù)的發(fā)展使航天航空技術(shù)得到很大的推動，除此之外，通訊技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)以及計(jì)算機(jī)技術(shù)都得到快速的發(fā)展。
微電子技術(shù)的大力發(fā)展與廣泛的應(yīng)用，掀起了一波電子戰(zhàn)、信息戰(zhàn)。
在我們國家的國民經(jīng)濟(jì)中，電子信息產(chǎn)業(yè)已成了支柱性的產(chǎn)業(yè)，微電子信息技術(shù)也受到高度的關(guān)注，具有非常重要的意義。
現(xiàn)在，對一個國家科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步以及綜合國力的衡量的重要標(biāo)志就是微電子技術(shù)，微電子科學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展以及產(chǎn)業(yè)的規(guī)模，也標(biāo)志著一個國家的經(jīng)濟(jì)實(shí)力。
在微電子技術(shù)中，其重要的核心就是集成電路，也是電子工業(yè)的糧食。
集成電路具有超大的規(guī)模以及可集成的水平，可以把電子系統(tǒng)集成在一個芯片上。
可以說微電子技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用引來了全球第三次的工業(yè)革命。
二、微電子技術(shù)發(fā)展歷程分析
微電子技術(shù)是一門新興的技術(shù)，起源于十九世紀(jì)末，二十世紀(jì)初期，主要是隨著集成電路而發(fā)展起來的，主要包括器件物理、系統(tǒng)電路設(shè)計(jì)、材料制務(wù)、工藝技術(shù)以及自動測試，除此之外，還有組裝與封閉等一些專門的技術(shù)，也是微電子學(xué)中各個工藝技術(shù)的匯總。
所以，微電子技術(shù)是通過電子電路以及系統(tǒng)的超小型化的過程一步步形成的，集成電路是其中的核心，也就是經(jīng)過相應(yīng)的加工工藝，把晶體管以及二極管等器件，根據(jù)相應(yīng)的電路互換，再使用微細(xì)的加工工藝，在一塊半導(dǎo)體的單晶片上進(jìn)行集成，并在一個外殼內(nèi)進(jìn)行封閉，對特定的電路或系統(tǒng)功能進(jìn)行執(zhí)行。
與傳統(tǒng)電子技術(shù)比較，主要的特點(diǎn)是電路以及器件的微小型化。
它把電路系統(tǒng)設(shè)計(jì)以及制造的工藝進(jìn)行了有效的結(jié)合，并大規(guī)模的進(jìn)行批量生產(chǎn)，所以，成本比較低，并且具有較高的可靠性。
微電子產(chǎn)業(yè)經(jīng)歷了六十多年的發(fā)展，技術(shù)已接近理論的極限。
數(shù)十年以來，不斷縮小集成電路內(nèi)的晶體管的尺寸以及線寬，其中改進(jìn)光刻技術(shù)是基本的方法，短波長的曝光光源是使用最多的。
以前，紫外光是主要的光源，現(xiàn)在主要運(yùn)用深紫外線光刻技術(shù)，芯片線寬下降了很多，從理論上來講，主要是把集成電路的線寬進(jìn)行相應(yīng)的縮短。
從二十世紀(jì)九十年代，摩托羅拉以及英特爾就開始對超紫外線光刻技術(shù)進(jìn)行了研發(fā)，它突破了集成電路線寬的最小限制。
但是，這種縮小的情況不能長久的持續(xù)下去，技術(shù)上以及物理上的限制也會對這種持續(xù)造成阻礙。
晶體管的尺寸小到一定的范圍，就必須對電子的量子效應(yīng)進(jìn)行考慮。
那個時(shí)候，現(xiàn)有的技術(shù)已經(jīng)達(dá)到了極限。
不但如此，隨著不斷提高的集成度的集成電路，芯片的生產(chǎn)成本也在不斷的提高。
三、微電子技術(shù)未來發(fā)展趨勢分析
第一，關(guān)于光刻技術(shù)，利用波長的光線形成亞微米尺寸的圖形，并做出集成度為1M位和4M位的DRAM。
射線曝光設(shè)備研發(fā)出來以后，可以形成半微米尺寸以及深亞微米尺寸的圖形。
如今，使用準(zhǔn)分子激光器的光刻設(shè)備已開始進(jìn)行使用，有四分之一的微米尺寸的圖形形成。
波長較短的激光器的光刻設(shè)備的使用，在二十一世紀(jì)初期投入使用的機(jī)率是非常高的。
為了這一目標(biāo)得以實(shí)現(xiàn)，就要掩膜形成的技術(shù)以及光刻膠的材料進(jìn)行開發(fā)。
研制開發(fā)X射線光刻設(shè)備的工作，已進(jìn)行了一段時(shí)間，無論是電子束曝光技術(shù)還是真空紫外線的曝光技術(shù)，也在全力的開發(fā)過程中，無論是哪一種技術(shù)都需要先投入實(shí)用，經(jīng)過一段時(shí)間的驗(yàn)證會成為下一個階段的主流技術(shù)。
第二，關(guān)于蝕刻技術(shù)，通過CER等離子源或具有高密度的等離子源，與具有特殊氣體以及靜電卡盤的技術(shù)進(jìn)行有效的結(jié)合，就能使上述的電路蝕刻工藝的要求得到一定的滿足。
第三，關(guān)于擴(kuò)散氧化技術(shù)，要想通過低成本來使晶體的質(zhì)量得到有效的保證，就要使用外延生長的技術(shù)，主要理由是同在晶體制作上努力，才能使質(zhì)量得到保證，才能使花費(fèi)的成本與質(zhì)量相對等，與外延生長的技術(shù)成本相比較低了很多。
離子注入的技術(shù)水平得到快速的提升，可把電子伏特的高能量離子輸入晶體的內(nèi)部，能達(dá)到幾微米的深度。
現(xiàn)在所用的氣體擴(kuò)散的方法，必須要在高溫中進(jìn)行長久的擴(kuò)散雜質(zhì)，才能有擴(kuò)散層形成。
但是現(xiàn)在離子注入技術(shù)的利用，可把雜質(zhì)注入任意位置，經(jīng)過低溫?zé)岬奶幚碇螅湍苓_(dá)到同樣的效果。
第四，關(guān)于多層布線的技術(shù)，銅的電阻小于鋁，但作為下一代的布線材料，深受人們的關(guān)注。
美國的半導(dǎo)體工業(yè)協(xié)會在發(fā)展的規(guī)劃中就把銅代替鋁列入其中，并把相應(yīng)的目標(biāo)以及技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)制定出來。
銅布線主要使用鑲嵌的方法進(jìn)行制作，通過化學(xué)機(jī)械拋光的技術(shù)進(jìn)行相應(yīng)的研究，通過半導(dǎo)體級的電鍍技術(shù)進(jìn)行布線。
銅很容易在絕緣膜中進(jìn)行擴(kuò)散，因此，在進(jìn)行銅布線的時(shí)候，還要使用拋壘金屬技術(shù)，能對銅的擴(kuò)散起到很好的預(yù)防作用。
第五，有關(guān)電容器材料，隨著不斷提高的集成度，電容器的材料，也就是氧化膜的厚變也發(fā)生了變化，進(jìn)入九十年代以后，氮化硅膜技術(shù)得到不斷的改善，并對立體的電容器結(jié)構(gòu)進(jìn)行不斷的改用，可以對所需的電容值起到保證作用。
然而，此技術(shù)已接過極限，以后還有可能使用現(xiàn)在未使用的新的材料，例如氧化鉭膜以及高電容率材料等。
四、結(jié)語
通過以上的論述可以總結(jié)，二十世紀(jì)的人類已進(jìn)入了信息化發(fā)展的社會，對于微電子信息技術(shù)的要求也會越來越高，在二十一世紀(jì)，微電子技術(shù)也會是最具有活力，也是最重要的高科技領(lǐng)域之一，經(jīng)過對微電子技術(shù)發(fā)展歷程的分析，以及未來發(fā)展趨勢的分析，可以看得出，微電子技術(shù)的快速發(fā)展一定會給社會的發(fā)展帶來非常深刻的意義。
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微電子技術(shù)發(fā)展的新領(lǐng)域【2】
【摘要】介紹“微電子”及其微電子技術(shù)的主要內(nèi)容，對微電子技術(shù)和其它學(xué)科結(jié)合而衍生出一系列新的交叉學(xué)科，如微機(jī)電系統(tǒng)，生物芯片等進(jìn)行論證，展望微電子技術(shù)的發(fā)展方向。
【關(guān)鍵詞】微電子;延伸領(lǐng)域;發(fā)展方向
1.引言
微電子技術(shù)是隨著集成電路，尤其是大規(guī)模集成電路發(fā)展起來的一門新技術(shù)。
微電子產(chǎn)業(yè)包括系統(tǒng)電路設(shè)計(jì)，器件物理，工藝技術(shù)，材料制備，自動測試及封裝等一系列專門的技術(shù)的產(chǎn)業(yè)。
微電子產(chǎn)業(yè)發(fā)展非常迅速，它已經(jīng)滲透到了國民經(jīng)濟(jì)的各個領(lǐng)域，特別是以集成電路為關(guān)鍵技術(shù)的電子戰(zhàn)和信息戰(zhàn)都要依托于微電子產(chǎn)業(yè)。
微電子技術(shù)是微電子產(chǎn)業(yè)的核心，是在電子電路和系統(tǒng)的超小型化和微型化的過程中逐漸形成和發(fā)展起來的。
微電子技術(shù)也是信息技術(shù)的基礎(chǔ)和心臟，是當(dāng)今發(fā)展最快的技術(shù)之一。
近年來，微電子技術(shù)已經(jīng)開始向相關(guān)行業(yè)滲透，形成新的研究領(lǐng)域。
2.微電子技術(shù)概述
2.1 認(rèn)識微電子
微電子技術(shù)的發(fā)展水平已經(jīng)成為衡量一個國家科技進(jìn)步和綜合國力的重要標(biāo)志之一。
因此，學(xué)習(xí)微電子，認(rèn)識微電子，使用微電子，發(fā)展微電子，是信息社會發(fā)展過程中，當(dāng)代大學(xué)生所渴求的一個重要課程。
生活在當(dāng)代的人們，沒有不使用微電子技術(shù)產(chǎn)品的，如人們每天隨身攜帶的手機(jī);工作中使用的筆記本電腦，乘坐公交、地鐵的IC卡，孩子玩的智能電子玩具，在電視上欣賞從衛(wèi)星上發(fā)來的電視節(jié)目等等，這些產(chǎn)品與設(shè)備中都有基本的微電子電路。
微電子的本領(lǐng)很大，但你要看到它如何工作卻相當(dāng)難，例如有一個像我們頭腦中起記憶作用的小硅片―它的名字叫存儲器，是電腦的記憶部分，上面有許許多多小單元，它與神經(jīng)細(xì)胞類似，這種小單元工作一次所消耗的能源只有神經(jīng)元的六十分之一，再例如你手中的電話，將你的話音從空中發(fā)射出去并將對方說的話送回來告訴你，就是靠一種叫“射頻微電子電路”或叫“微波單片集成電路”進(jìn)行工作的。
它們會將你要表達(dá)的信息發(fā)送給對方，甚至是通過通信衛(wèi)星發(fā)送到地球上的任何地方。
其傳遞的速度達(dá)到300000KM/S，即以光速進(jìn)行傳送，可實(shí)現(xiàn)雙方及時(shí)通信。
“微電子”不是“微型的電子”，其完整的名字應(yīng)該是“微型電子電路”，微電子技術(shù)則是微型電子電路技術(shù)。
微電子技術(shù)對我們社會發(fā)展起著重要作用，是使我們的社會高速信息化，并將迅速地把人類帶入高度社會化的社會。
“信息經(jīng)濟(jì)”和“信息社會”是伴隨著微電子技術(shù)發(fā)展所必然產(chǎn)生的。
2.2 微電子技術(shù)的基礎(chǔ)材料――取之不盡的硅
位于元素周期表第14位的硅是微電子技術(shù)的基礎(chǔ)材料，硅的優(yōu)點(diǎn)是工作溫度高，可達(dá)200攝氏度;二是能在高溫下氧化生成二氧化硅薄膜，這種氧化硅薄膜可以用作為雜質(zhì)擴(kuò)散的掩護(hù)膜，從而能使擴(kuò)散、光刻等工藝結(jié)合起來制成各種結(jié)構(gòu)的電路，而氧化硅層又是一種很好的絕緣體，在集成電路制造中它可以作為電路互聯(lián)的載體。
此外，氧化硅膜還是一種很好的保護(hù)膜，它能防止器件工作時(shí)受周圍環(huán)境影響而導(dǎo)致性能退化。
第三個優(yōu)點(diǎn)是受主和施主雜質(zhì)有幾乎相同的擴(kuò)散系數(shù)。
這就為硅器件和電路工藝的制作提供了更大的自由度。
硅材料的這些優(yōu)越性能促成了平面工藝的發(fā)展，簡化了工藝程序，降低了制造成本，改善了可靠性，并大大提高了集成度，使超大規(guī)模集成電路得到了迅猛的發(fā)展。
2.3 集成電路的發(fā)展過程
20世紀(jì)晶體管的發(fā)明是整個微電子發(fā)展史上一個劃時(shí)代的突破。
從而使得電子學(xué)家們開始考慮晶體管的組合與集成問題，制成了固體電路塊―集成電路。
從此，集成電路迅速從小規(guī)模發(fā)展到大規(guī)模和超大規(guī)模集成電路，如圖1所示。
圖1 集成電路發(fā)展示意圖
集成電路的分類方法很多，按領(lǐng)域可分為：通用集成電路和專用集成電路;按電路功能可分為：數(shù)字集成電路、模擬集成電路和數(shù)�；旌霞呻娐�;按器件結(jié)構(gòu)可分為：MOS集成電路、雙極型集成電路和BiIMOS集成電路;按集成電路集成度可分為：小規(guī)模集成電路SSI、中規(guī)模集成電路MSI、大規(guī)模集成電路LSI、超導(dǎo)規(guī)模集成電路VLSI、特大規(guī)模集成電路ULSI和巨大規(guī)模集成電路CSI。
隨著微電子技術(shù)的發(fā)展，出現(xiàn)了集成電路(IC)，集成電路是微電子學(xué)的研究對象，其正在向著高集成度、低功耗、高性能、高可靠性的方向發(fā)展。
2.4 走進(jìn)人們生活的微電子
IC卡，是現(xiàn)代微電子技術(shù)的結(jié)晶，是硬件與軟件技術(shù)的高度結(jié)合。
存儲IC卡也稱記憶IC卡，它包括有存儲器等微電路芯片而具有數(shù)據(jù)記憶存儲功能。
在智能IC卡中必須包括微處理器，它實(shí)際上具有微電腦功能，不但具有暫時(shí)或永久存儲、讀取、處理數(shù)據(jù)的能力，而且還具備其他邏輯處理能力，還具有一定的對外界環(huán)境響應(yīng)、識別和判斷處理能力。
IC卡在人們工作生活中無處不在，廣泛應(yīng)用于金融、商貿(mào)、保健、安全、通信及管理等多種方面，例如：移動電話卡，付費(fèi)電視卡，公交卡，地鐵卡，電子錢包，識別卡，健康卡，門禁控制卡以及購物卡等等。
IC卡幾乎可以替代所有類型的支付工具。
隨著IC技術(shù)的成熟，IC卡的芯片已由最初的存儲卡發(fā)展到邏輯加密卡裝有微控制器的各種智能卡。
它們的存儲量也愈來愈大，運(yùn)算功能越來越強(qiáng)，保密性也愈來愈高。
在一張卡上賦予身份識別，資料(如電話號碼、主要數(shù)據(jù)、密碼等)存儲，現(xiàn)金支付等功能已非難事，“手持一卡走遍天下”將會成為現(xiàn)實(shí)。
3.微電子技術(shù)發(fā)展的新領(lǐng)域
微電子技術(shù)是電子科學(xué)與技術(shù)的二級學(xué)科。
電子信息科學(xué)與技術(shù)是當(dāng)代最活躍，滲透力最強(qiáng)的高新技術(shù)。
由于集成電路對各個產(chǎn)業(yè)的強(qiáng)烈滲透，使得微電子出現(xiàn)了一些新領(lǐng)域。
3.1 微機(jī)電系統(tǒng)
MEMS(Micro-Electro-Mechanical systems)微機(jī)電系統(tǒng)主要由微傳感器、微執(zhí)行器、信號處理電路和控制電路、通信接口和電源等部件組成，主要包括微型傳感器、執(zhí)行器和相應(yīng)的處理電路三部分，它融合多種微細(xì)加工技術(shù)，并將微電子技術(shù)和精密機(jī)械加工技術(shù)、微電子與機(jī)械融為一體的系統(tǒng)。
是在現(xiàn)代信息技術(shù)的最新成果的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的高科技前沿學(xué)科。
當(dāng)前，常用的制作MEMS器件的技術(shù)主要由三種：一種是以日本為代表的利用傳統(tǒng)機(jī)械加工手段，即利用大機(jī)械制造小機(jī)械，再利用小機(jī)械制造微機(jī)械的方法，可以用于加工一些在特殊場合應(yīng)用的微機(jī)械裝置，如微型機(jī)器人，微型手術(shù)臺等。
第二種是以美國為代表的利用化學(xué)腐蝕或集成電路工藝技術(shù)對硅材料進(jìn)行加工，形成硅基MEMS器件，它與傳統(tǒng)IC工藝兼容，可以實(shí)現(xiàn)微機(jī)械和微電子的系統(tǒng)集成，而且適合于批量生產(chǎn)，已成為目前MEMS的主流技術(shù)，第三種是以德國為代表的LIGA(即光刻，電鑄如塑造)技術(shù)，它是利用X射線光刻技術(shù)，通過電鑄成型和塑造形成深層微結(jié)構(gòu)的方法，人們已利用該技術(shù)開發(fā)和制造出了微齒輪、微馬達(dá)、微加速度計(jì)、微射流計(jì)等。
MEMS的應(yīng)用領(lǐng)域十分廣泛，在信息技術(shù)，航空航天，科學(xué)儀器和醫(yī)療方面將起到分別采用機(jī)械和電子技術(shù)所不能實(shí)現(xiàn)的作用。
3.2 生物芯片
生物芯片(Bio chip)將微電子技術(shù)與生物科學(xué)相結(jié)合的產(chǎn)物，它以生物科學(xué)基礎(chǔ)，利用生物體、生物組織或細(xì)胞功能，在固體芯片表面構(gòu)建微分析單元，以實(shí)現(xiàn)對化合物、蛋白質(zhì)、核酸、細(xì)胞及其他生物組分的正確、快速的檢測。
目前已有DNA基因檢測芯片問世。
如Santford和Affymetrize公司制作的DNA芯片包含有600余種DNA基本片段。
其制作方法是在玻璃片上刻蝕出非常小的溝槽，然后在溝槽中覆蓋一層DNA纖維，不同的DNA纖維圖案分別表示不同的DNA基本片段。
采用施加電場等措施可使一些特殊物質(zhì)反映出某些基因的特性從而達(dá)到檢測基因的目的。
以DNA芯片為代表的生物工程芯片將微電子與生物技術(shù)緊密結(jié)合，采用微電子加工技術(shù)，在指甲大小的硅片上制作包含多達(dá)20萬種DNA基本片段的芯片。
DNA芯片可在極短的時(shí)間內(nèi)檢測或發(fā)現(xiàn)遺傳基因的變化，對遺傳學(xué)研究、疾病診斷、疾病治療和預(yù)防、轉(zhuǎn)基因工程等具有極其重要的作用。
生物工程芯片是21世紀(jì)微電子領(lǐng)域的一個熱點(diǎn)并且具有廣闊的應(yīng)用前景。
3.3 納米電子技術(shù)
在半導(dǎo)體領(lǐng)域中，利用超晶格量子阱材料的特性研制出了新一代電子器件，如：高電子遷移晶體管(HEMT)，異質(zhì)結(jié)雙極晶體管(HBT)，低閾值電流量子激光器等。
在半導(dǎo)體超薄層中，主要的量子效應(yīng)有尺寸效應(yīng)、隧道效應(yīng)和干涉效應(yīng)。
這三種效應(yīng)，已在研制新器件時(shí)得到不同程度的應(yīng)用。
(1)在FET中，采用異質(zhì)結(jié)構(gòu)，利用電子的量子限定效應(yīng)，可使施主雜質(zhì)與電子空間分離，從而消除了雜質(zhì)散射，獲得高電子遷移率，這種晶體管，在低場下有高跨度，工作頻率，進(jìn)入毫米波，有極好的噪聲特性。
(2)利用諧振隧道效應(yīng)制成諧振隧道二極管和晶體管。
用于邏輯集成電路，不僅可以減小所需晶體管數(shù)目，還有利于實(shí)現(xiàn)低功耗和高速化。
(3)制成新型光探測器。
在量子阱內(nèi)，電子可形成多個能級，利用能級間躍遷，可制成紅外線探測器。
利用量子線、量子點(diǎn)結(jié)構(gòu)作激光器的有源區(qū)，比量子阱激光器更加優(yōu)越。
在量子遂道中，當(dāng)電子通過隧道結(jié)時(shí)，隧道勢壘兩側(cè)的電位差發(fā)生變化，如果勢壘的靜電能量的變化比熱能還大，那么就能對下一個電子隧道結(jié)起阻礙作用。
基于這一原理，可制作放大器件，振蕩器件或存儲器件。
量子微結(jié)構(gòu)大體分為微細(xì)加工和晶體生長兩大類。
4.微電子技術(shù)的主要研究方向
目前微電子技術(shù)正朝著三個方向發(fā)展。
第一，繼續(xù)增大晶圓尺寸并縮小特征尺寸。
第二，集成電路向系統(tǒng)芯片(system on chip，SOC)方向發(fā)展。
第三，微電子技術(shù)與其他領(lǐng)域相結(jié)合將產(chǎn)生新產(chǎn)業(yè)和新學(xué)科，如微機(jī)電系統(tǒng)和生物芯片。
隨著微電子學(xué)與其他學(xué)科的交叉日趨深入，相關(guān)的新現(xiàn)象，新材料，新器件的探索日益增加，光子集成如光電子集成技術(shù)也不斷發(fā)展，這些研究的不斷深入，彼此間的交叉融合，將是未來的研究方向。
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