微电子技术的发展与应用研究.doc

微电子技术的发展与应用研究【摘要】微电子技术的迅速发展极大地推动了社会的进步，其应用领域也越来越广泛，现在已经成为衡量一个国家科学技术和综合国力的重要标志。论述微电子技术的发展现状及应用情况，并指明其未来发展的方向。【关键词】微电子技术 硅基CMOS 芯片1946年2月美国莫尔学院研制成功的第一台电子数值积分器和计算器，是一个由18000个电子管组成，占地150平方米，重30吨的庞然大物。而现代社会由于微电子技术的发展，已进人系统集成芯片的时代，可将整个系统或子系统集成在一个硅芯片上。与传统电子技术相比，微电子技术的主要特征是器件和电路的微小型化。在21世纪，微电子技术已经成为改变生产和生活面貌的先导技术。一、微电子技术的发展现状在1948年贝尔实验室的科学家们发明了晶体管，这是微电子技术发展中第一个里程碑，1958年硅平面工艺的发展和集成电路的发明是第二个理程碑，1971年微机的问世是微电子技术第三个里程碑，之后出现了今天这样的以集成电路技术为基础的电子信息技术和产业。微电子技术的核心是集成电路( IC)，它将继续沿着集成电路特征尺寸，不断缩小，集成电路( IC) 向着系统集成(SOC) 发展的道路走下去。以存储技术为代表的半导体集成电路遵守著名的Moore定律，即：在过去的30多年里，大约每三年集成度增加四倍，特征尺寸缩小为原尺寸的 倍，而且在可以预知的未来，这种趋势仍将继续保持下去。（见表1 微电子技术的进步）。图片硅基CMOS的主导地位将在本世纪延续。然而硅基CMOS的发展随着特征尺寸的不断缩小，首先将达到器件结构的诸多物理限制，非经典CMOS（Non-Classical CMOS）必将发展起来。21世纪另一个重要发展方向是SOC(System On Chip)和Sip(System In Package)。上个世纪90年代以来，集成芯片系统迅速发展起来，它是以硅基CMOS为基础技术，将整个电子系统或子系统集成在一个芯片上或几个芯片上然后将他们装在一个管壳中，集成芯片系统的发展是以应用为驱动的，所以随着社会信息化的进程，它将会越来越重要。在微电子材料方面，由于硅以独特的物理性质和自然界中丰富的含量而在大规模集成电路生产中一直占主导地位，在21世纪上半叶微电子技术仍然以硅技术为主流。除采用硅（Si）材料发展微电子产品之外，在近几十年中，还研究开发了各种各样的非硅半导体材料来发展微电子产品。在半导体产业的发展中，一般将Ge、Si称为第一代半导体材料，紧接着开发出化合物半导体，以砷化镓（GaAs）为代表。而将GaAs、InP、GaP、InAs、AlAs及其合金等称为第二代半导体材料。近年来又发展了宽禁带（Eg2.3eV）半导体材料，包括SiC、ZnSe、金刚石和GaN等，将其称为第三代半导体材料。在工艺方面，超微细加工技术的日益完善，使生产上达到亚微米以至更高的光刻水平。高质量的超薄氧化层、新的离子注入退火技术、高电导高熔点金属及其硅化物金属化和浅欧姆接触、晶体完整性好的大直径芯片、低温加工等一系列工艺技术的迅速进展，将使微电子器件及其集成电路性能获得更大改善。微电子先进工艺的发展极大地提高芯片的集成度，从而得到了不断提高系统性价比的目标。二、微电子技术的应用信息社会生活和工作的基础，信息化的关键是计算机和通讯机，其基础都是微电子。微电子技术的飞速发展极大地改变了促进了社会的变革和进步，无论是微型计算机、卫星通信、机器人、计算机、航空、军事等领域或是日常生活用品，包括公共汽车IC卡、银行储蓄卡和信用卡、小区智能卡、电子手表、语言贺卡和玩具、电子琴、手机、洗衣机、电视机、电话机等等都有芯片（微电子），美国每年由计算机完成的工作量超过4000亿人年的手工工作量，日本每个家庭平均拥有100个芯片（微电子）。可以说，微电子无处不在。微电子技术对电子产品的消费市场也产生了深远的影响。价廉、可靠、体积小、重量轻的微电子产品，使电子产品面貌一新，微电子技术产品和微处理器不再是专门用于科学仪器世界的贵族，而落户于各式各样的普及型产品之中，进人普通百姓家。例如电子玩具、游戏机、学习机及其他家用电器产品等。就连汽车这种传统的机械产品也渗透进了微电子技术，采用微电子技术的电子引擎监控系统。 微电子产业对国民经济起到战略作用，GNP每增长100300元，需要10元电子工业产业支撑，其中就包含1元IC产品；若单位质量钢筋对GNP贡献为1，则小汽车为5，彩电为30，计算机为1000，IC为5000。总之，微电子技术已经渗透到诸如现代通信、计算机技术、医疗卫生、环境工程、能源、交通、自动化生产等各个方面，成为一种既代表国家现代化水平又与人民生活息息相关的高新技术。三、微电子技术发展的方向微电子技术当前发展的一个鲜明特点就是：系统级芯片（System On Chip，简称SOC）概念的出现，另一个显著特点就是其强大的生命力，它源于可以低成本、大批量地生产出具有高可靠性和高精度的微电子结构模块。衡量微电子技术进步的标志表现在三个方面：一是缩小芯片中器件结构的尺寸，即缩小加工线条的宽度；二是增加芯片中所包含的元器件的数量，即扩大集成规模；三是开拓有针对性的设计应用。现在看来，21世纪硅微电子技术的三个主要发展方向是：特征尺寸继续等比例缩小；集成电路(IC)将发展成为系统芯片(SOC)；微电子技术与其它领域相结合将产生新的产业和新的学科，例如MEMS、DNA芯片等。微电子技术的迅猛发展必将带来又一次革命性变革。微电子技术不仅成为现代产业和科学技术的基础，而且正在创造着代表信息时代的硅文化。因此有科学家认为人类继石器、青铜器、铁器时代之后正进入硅石时代。参考文献：1王阳元.历史机遇和我国微电子发展之路J.中国集成电路，2005，3:3038.2蒋燕燕.微电子技术的现状与未来发展J.广西物理，2007，28(2):5052.3晏伯武，兆春.微电