我对微电子学的认识

1、我对微电子学的认识国际学院生物技术1001班惠亦飞201048970104当你通过卫星转播欣赏奥运会的时候，当你用手机和同学发 短信的时候，当你用长途电话和亲人畅谈生活的琐事的时候，当 你在办公室通过荧光屏观察车间生产进度的时候，你有没有想过， 近30年来高新技术的发展给我们的工作、生活和生产带来的变 化有多么大，这一切都来自于现代化的广播电视技术、通信技术、 办公自动化技术、计算机技术的发展，而它们都离不开一项新的 支柱技术，这就是微电子技术。微电子学就是围绕微电子技术的 一门学科。微电子学是电子学的一门分支学科，主要是研究电子或离子 在固体材料中的运动规律及其应用，并利用它实现信号处理功能

2、 的学科。它以实现电路和系统的集成为目的的。其中实现的电路 和系统又成为集成电路和集成系统，是微小化的；在微电子学中 的空间尺寸通常是以微米和纳米为单位的。另外，微电子学又是信息领域的重要基础学科，在这一领域 上，微电子学是研究并实现信息获取、传输、存储、处理和输出 的科学，是研究信息获取的科学，构成了信息科学的基石，其发 展水平直接影响着整个信息技术的发展。微电子科学技术的发展 水平和产业规模是一个国家经济实力的重要标志。特别的是，微电子学是一门综合性很强的边缘学科，其中包 括了半导体器件物理、集成电路工艺和集成电路及系统的设计、 测试等多方面的内容；涉及了固体物理学、量子力学、热力学与 统

3、计物理学、材料科学、电子线路、信号处理、计算机辅助设计、 测试和加工、图论、化学等多个领域。如果我们想要系统地学习 微电子学，我们必须在多门学科中小有所成。这样才能学号微电 子学。目前，微电子学是一门发展极为迅速的学科，高集成度、低 功耗、高性能、高可靠性是微电子学发展的方向。信息技术发展 的方向是多媒体化、网络化和个体化。要求系统获取和存储海量 的多媒体信息、以极高速度精确可靠的处理和传输这些信息并及 时地把有用信息显示出来或用于控制。所有这些都只能依赖于微 电子技术的支撑才能成为现实。超高容量、超小型、超高速、超 高频、超低功耗是信息技术无止境追求的目标，是微电子技术迅 速发展的动力。微电

4、子技术微电子技术是微小型电子元器件和电路的研制、生产以及用 它们实现电子系统功能的技术领域。在这个领域中最主要的就是 集成电路技术。微电子技术是随着集成电路技术，特别是大规模 集成电路技术的发展而发展起来的一门新兴技术。微电子技术和传统的电子技术的差别在于，微电子技术不仅 使电子设备和系统的微型化成为可能，更重要的是它引起了电子 设备和系统的设计、工艺、封装等的巨大变革。所有的传统元器 件，如晶体管、电阻、连线等，都将在硅基片内以整体的形式互 相连接，设计的出发点不再是单个元器件，而是整个系统或设备。随着科技的迅猛发展，信息技术，电子技术，自动化技术及 计算机技术日渐融合，成为当今社会科技领域

5、的重要支柱技术， 任何领域的研发工作都与这些技术紧密联系，而他们的相互交叉， 相互渗透，也越来越密切。微电子技术是现代电子信息技术的直接基础。美国贝尔研究 所的三位科学家因研制成功第一个结晶体三极管，获得1956年 诺贝尔物理学奖。晶体管成为集成电路技术发展的基础，现代微 电子技术就是建立在以集成电路为核心的各种半导体器件基础 上的高新电子技术。集成电路的生产始于1959年，其特点是体 积小、重量轻、可靠性高、工作速度快。衡量微电子技术进步的 标志要在三个方面：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

6、。大规模集成电路指每一单晶硅片上可以集成制作一千个以上的元器件。集成度 在一万至十万以上元器件的为超大规模集成电路。另外还值得一提的是，微电子技术能与其他学科的结合诞生 了新技术和产业增长点。它的强大生命力在于它可以低成本、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。这种技 术一旦与其他学科相结合，便会诞生出一系列崭新的学科和重大 的经济增长点。作为与微电子技术成功结合的典型例子便是MEMS （微电子机械系统或称微机电系统）技术和生物芯片等。前者是 微电子技术与机械、光学等领域结合而诞生的，后者则是与生物 工程技术结合的产物。集成电路微电子技术的研究重点是集成电路。集成电路是指以半导

7、体 晶体材料为基片，采用专门的工艺技术将组成电路的元器件和互 连线集成在基片内部、表面或基片之上的微小型化电路或系统。 微小型化电路简称微电路，是一种结构上比最紧凑的分立元件电 路小几个数量级、重量轻几个数量级的微结构电路。标志集成电路水平的指标之一是集成度。所谓集成度就是指 在一定尺寸的芯片上（这个芯片的尺寸比小姆指的指甲还小）能 做出多少个晶体管。也有的用在一定尺寸的芯片上能做出多少个 门电路（一个标准的门电路是由一个或几个晶体管组成的）来衡 量集成度。集成电路发展的初期仅能在这个小面积上制造十几个 或几十个晶体管，因而其电路的功能也是有限的。一般将集成 100个晶体管以下的集成电路称为小

8、规模集成电路（Small Scsle Integration，简称SSI）。到60年代中期，集成度水平已经提 高到几百甚至上千个元器件（指晶体管）。我们把集成1001000 个晶体管的集成电路称为中规模集成电路（Medium Scalelntegration，简称MSI）。70年代是集成电路飞速发展的 时期，集成电路已经进入1000个以上元器件的大规模集成（Large Scale Integration，简称LSI）时代，这期间已经出 现了集成20多万个元器件的芯片。大规模集成电路不仅仅是元 器件集成数量的增加，集成的对象也起了根本的变化，它可能是 一个复杂的功能部件，也可能是一台整机（如单片

9、计算机）。80 年代可以看作是超大规模集成电路（Very Large Scale Integration，简称VLSI）的时代，芯片上集成的元件数已达10 万以上，而且已经突破了百万大关。生产集成电路的原料是硅、铝、水、某些化合物和一些普通 气体，这些材料都不昂贵，但是，制造集成电路的过程却相当复 杂，对所用的设备要求很高，所以建立集成电路产业的投资是相 当巨大的。而芯片价格的下降，只有依靠现代化的大批量生产才 能达到。在硅片上制造微电路是成批地制造，在微小的面积上制出晶 体管、电阻、电容而且按要求连成电路已属不易，而在一定面积 的硅片上制造出性能一致的芯片更加困难。集成电路的生产，大 多是从

10、硅片制备开始的，硅片的制备需要专门的设备和严格的生 产条件。集成电路的制作过程很复杂，为了保证工艺质量需使用 大量昂贵的设备。而且，对生产厂房的温度、湿度、空气的清洁 度都有很高的要求，集成电路的生产一般都要在超净车间中进行， 这种厂房的基本建设投资也大大地高于一般生产厂房。上世纪开始，世界各国就为了夺取微电子技术的制高点和主 动权，都在加强科学研究。美国在1997年再次组织修订美国半 导体技术发展蓝图。同年美国政府和工业界又合作组建了一个新 的联合公司-微电子学高级研究公司（MARCO）；日本为争夺微电 子机械技术领域的技术优势正在执行一个为期十年，耗资2.5亿 美元的“微电子机械系统计划”。从这两大强国就能看出微电子 血的重要性。目前，对于硅微电子技术发展的三个重要方向的研究工作， 国际上才刚刚起步，各个国家都尚未完全突破它，这对我们国家 来说是一种难得的机遇，一旦抓住了这一重大机遇，则可能促使 我国微电子技术的飞跃，缩短和赶上国际先进水平，实现后来居