您好, 歡迎來到化工儀器網(wǎng)
微電子技術及其發(fā)展趨勢
微電子技術及發(fā)展趨勢
微電子技術是隨著集成電路，尤其是超大型規(guī)模集成電路而發(fā)展起來的一門新的技術。微電子技術包括系統(tǒng)電路設計、器件物理、工藝技術、材料制備、自動測試以及封裝、組裝等一系列專門的技術，微電子技術是微電子學中的各項工藝技術的總和。
微電子技術是在電子電路和系統(tǒng)的超小型化和微型化過程中逐漸形成和發(fā)展起來的。第二次大戰(zhàn)中、后期，由于軍事需要對電子設備提出了不少具有根本意義的設想，并研究出一些有用的技術。1947年晶體管的發(fā)明，后來又結合印刷電路組裝使電子電路在小型化的方面前進了一大步。到1958年前后已研究成功以這種組件為基礎的混合組件。集成電路技術是通過一系列特定的加工工藝，將晶體管、二極管等有源器件和電阻、電容等無源器件，按照-定的電路互連，“集成”在一塊半導體單晶片上，執(zhí)行特定電路或系統(tǒng)功能。
微電子技術是高科技和信息產(chǎn)業(yè)的核心技術。微電子產(chǎn)業(yè)是基礎性產(chǎn)業(yè)，之所以發(fā)展得如此之快，除了技術本身對國民經(jīng)濟的巨大貢獻之外，還與它*的滲透性有關。另外，現(xiàn)代戰(zhàn)爭將是以集成電路為關鍵技術、以電子戰(zhàn)和信息戰(zhàn)為特點的高技術戰(zhàn)爭。集成電路的主要工藝技術，是在50年代后半期硅平面晶體管技術和更早的金屬真空涂膜學技術基礎上發(fā)展起來的。1964年出現(xiàn)了磁雙極型集成電路產(chǎn)品。
1962年生產(chǎn)出晶體管——晶體管理邏輯電路和發(fā)射極藉合邏輯電路。MOS集成電路出現(xiàn)。由于MOS電路在高度集成方面的優(yōu)點和集成電路對電子技術的影響，集成電路發(fā)展越來越快。
70年代，微電子技術進入了以大規(guī)模集成電路為中心的新階段。隨著集成密度日益提高，集成電路正向集成系統(tǒng)發(fā)展，電路的設計也日益復雜、費時和昂貴。實際上如果沒有計算機的輔助，較復雜的大規(guī)模集成電路的設計是不可能的。70年代以來，集成電路利用計算機的設計有很大的進展。制版的計算機輔助設計、器件模擬、電路模擬、邏輯模擬、布局布線的計算輔助設計等程序，都先后研究成功，并發(fā)展成為包括校核、優(yōu)化等算法在內(nèi)的混合計算機輔助設計，乃至整套設備的計算機輔助設計系統(tǒng)。
集成電路制造的計算機管理，也已開始實現(xiàn)。此外，與大規(guī)模集成和超大規(guī)模集成的高速發(fā)展相適應，有關的器件材料科學和技術、測試科學和計算機輔助測試、封裝技術和超凈室技術等都有重大的進展。電子技術發(fā)展很快，在工藝技術上，微細加工技術，如電子束、離子束、X射線等復印技術和干法刻蝕技術日益完善，使生產(chǎn)上在到亞微米以至更高的光刻水平，集成電路的集成棄將超大型越每片106—107個元件，以至達到全圖片上集成一個復雜的微電子系統(tǒng)。高質量的超薄氧化層、新的離子注入退火技術、高電導高熔點金屬以其硅化物金屬化和淺歐姆結等一系列工藝技術正獲得進一步的發(fā)展。在微電子技術的設計和測試技術方面，隨著集成度和集成系統(tǒng)復雜性的提高，冗余技術、容錯技術，將在設計技術中得到廣泛應用。
微電子學是研究在固體（主要是半導體）材料上構成的微小型化電路、電路及系統(tǒng)的電子學分支。作為電子學的分支學科，它主要研究電子或離子在固體材料中的運動規(guī)律及其應用，并利用它實現(xiàn)信號處理功能的科學，以實現(xiàn)電路的系統(tǒng)和集成為目的，實用性強。微電子學又是信息領域的重要基礎學科，在這一領域上，微電子學是研究并實現(xiàn)信息獲取、傳輸、存儲、處理和輸出的科學，是研究信息獲取的科學，構成了信息科學的基石，其發(fā)展直接影響著整個信息技術的發(fā)展。微電子科學技術的發(fā)展水平和產(chǎn)業(yè)規(guī)模是一個國家經(jīng)濟實力的重要標志。微電子學是一門綜合性很強的邊緣學科，其中包括了半導體器件物理、集成電路工藝和集成電路及系統(tǒng)的設計、測試等多方面的內(nèi)容；涉及了固體物理學、量子力學、熱力學與統(tǒng)計物理學、材料科學、電子線路、信號處理、計算機輔助設計、測試和加工、圖論、化學等多個領域。
微電子學是一門發(fā)展極為迅速的學科，高集成度、低功耗、高性能、高可靠性是微電子學發(fā)展的方向。信息技術發(fā)展的方向是多媒體（智能化）、網(wǎng)絡化和個體化。要求系統(tǒng)獲取和存儲海量的多媒體信息、以*速度可靠的處理和傳輸這些信息并及時地把有用信息顯示出來或用于控制。所有這些都只能依賴于微電子技術的支撐才能成為現(xiàn)實。超高容量、超小型、超高速、超高頻、超低功耗是信息技術無止境追求的目標，是微電子技術迅速發(fā)展的動力。
微電子學滲透性強，其他學科結合產(chǎn)生出了一系列新的交叉學科。微機電系統(tǒng)、生物芯片就是這方面的代表，是近年來發(fā)展起來的具有廣闊應用前景的新技術。
微電子發(fā)展的趨勢是：集成電路的特征尺寸將繼續(xù)縮小，集成電路(IC)將發(fā)展為系統(tǒng)芯片(SOC)。微電子技術和其他學科相結合將產(chǎn)生很多新的學科生長點，與其它產(chǎn)業(yè)結合成為重大經(jīng)濟增長點。1999年中國集成電路的總消耗量折合人民幣為436億元，其中國產(chǎn)芯片的總量為83.8億元人民幣，占世界芯片產(chǎn)量的0.6%。雖然中國微電子產(chǎn)業(yè)的發(fā)展有了很大進步，但與發(fā)達國家相比還很落后，生產(chǎn)技術總體上還有2代左右的差距。國內(nèi)集成電路需求的自給率很低，特別是技術含量高的產(chǎn)品，基本上依靠進口。 隨著集成電路技術的發(fā)展，使整機、電路與元件、器件之間的明確界限被突跛，器件問題、電路問題和整機系統(tǒng)問題已經(jīng)結合在一起，體現(xiàn)在一小塊硅片上，這就形成了固體物理、器件工藝與電子學三者交叉的新技術學科一微電子學。隨著集成電路技術的廣泛滲透和延拓，它將是一個更為廣泛的邊緣性學科。
一言以蔽之：微電子技術是信息社會的基石。實現(xiàn)信息化的網(wǎng)絡及其關鍵部件不管是各種計算機還是通訊電子裝備，它們的基礎都是集成電胳。
1946年2月年美國莫爾學院研制成功*臺電子數(shù)值積分器和計算器的時代，那是一個由18000個電子管組成，占地150平方米，重30噸的龐然大物。
設想一下，這樣的計算機能夠進入辦公室、車間和家庭嗎？以至于當時有的科學家認為*只要4臺這樣的計算機就夠了，可是現(xiàn)在*計算機包括微機在內(nèi)就有上億臺。這只有在1948年貝爾實驗室的科學家們發(fā)明了晶體管(微電子技術發(fā)展中*個里程碑)，特別是1958年硅平面工藝的發(fā)展和集成電路的發(fā)明(這可以認為是第二個里程碑)，之后才可能出現(xiàn)今天這樣的以集成電路技術為基礎的電子信息技術和產(chǎn)業(yè)。
正如zui近美國工程技術界評出20世紀世界zui偉大20項工程技術成就中第5項電子技術時談到，“從真空管到半導體、集成電路已成為當代各行各業(yè)智能工作的基石。”這是由其本質所決定的：社會信息化的程度取決于對信息的掌握、處理能力和應用程度，而集成電路正是集信息處理、存儲、傳輸于一個小小的芯片中。當前微電子技術發(fā)展已進入系統(tǒng)集成芯片(SOC-System On Chip)的時代.可將整個系統(tǒng)或子系統(tǒng)集成在一個硅芯片上。進一步發(fā)展，可以將各種物理的、化學的和生物的敏感器(執(zhí)行信息獲取功能)和執(zhí)行器與信息處理系統(tǒng)集成在一起，從而完成從信息獲取、處理、存儲、傳輸?shù)綀?zhí)行的系統(tǒng)功能，這是一個更廣義上的系統(tǒng)集成芯片?？梢哉J為這是微電子技術又一次革命性變革。它已如同細胞組成人體一樣，成為現(xiàn)代工農(nóng)業(yè)、國防裝備和家庭耐用消費品的細胞。
現(xiàn)在集成電路產(chǎn)業(yè)產(chǎn)值年增長率≥15%，在技術上，集成度以年增長率46%的速率持續(xù)發(fā)展，世界上還沒有一個產(chǎn)業(yè)能以這樣的速度持續(xù)發(fā)展。
1990年日本以集成電路為基礎的電子工業(yè)產(chǎn)值超過號稱為*產(chǎn)業(yè)的汽車工業(yè)而成為第-一大產(chǎn)業(yè)。2000年以集成電路為基礎的電子信息產(chǎn)業(yè)成為世界*大產(chǎn)業(yè)。集成電路的原料是地球上除氧以外含量zui豐富的元素-硅，這樣一塊黑褐色小片，肉眼看上去.沒有任何令人滿意的地方，但經(jīng)過人們的創(chuàng)新設計和一系列創(chuàng)新的工藝技術加工制造，成為集成電路芯片.將人類的智慧與創(chuàng)造固化在硅芯片上，因而是知識創(chuàng)新的載體，價值千金。這是典型的“點石成金”。改變著社會的生產(chǎn)方式和人們的生活方式，不僅成為現(xiàn)代產(chǎn)業(yè)和科學技術的基礎，而且正在創(chuàng)造著代表信息時代的硅文化(siliconculture)。因此有科學家認為人類繼石器、青銅器、鐵器時代之后正進入硅石時代。
集成電路產(chǎn)業(yè)對國民經(jīng)濟的戰(zhàn)略作用首先表現(xiàn)在當代食物鏈關系上，現(xiàn)代經(jīng)濟發(fā)展的數(shù)據(jù)表明，GDP每增長100元，需要10元左右電子工業(yè)產(chǎn)值和1元-3元集成電路產(chǎn)值的支持。據(jù)美國半導體協(xié)會(SIA)預測，到2012年，集成電路全行業(yè)銷售額將達到1萬億美元，它將支恃6萬億到8萬億美元的電子裝備、30萬億美元的電子信息服務業(yè)和約50萬億美元GDP。
21世紀經(jīng)濟是信息經(jīng)濟，目前發(fā)達國家信息產(chǎn)業(yè)產(chǎn)值已占國民經(jīng)濟總產(chǎn)值的40%-60%，國民經(jīng)濟總產(chǎn)值增長部分的65%與集成電路有關。因此，抓住了集成電路產(chǎn)業(yè)發(fā)展，就能促進國民經(jīng)濟的高速發(fā)展。
上世紀90年代以來，美國經(jīng)濟持續(xù)高速發(fā)展，主要得益于IT產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，而它的基礎是微電子技術。
實際上，不僅計算機更新?lián)Q代，即使是家電的更新?lián)Q代都基于微電子技術的進步。電子裝備，包拆機械裝置，其靈巧程度直接關系到它的高附加值和市場競爭力，都依賴于集成電路芯片的“智慧”程度和使用程度。
在信息社會時代，產(chǎn)品以其信息含量的多少和處理信息能力的強弱，決定著其附加值的高低，從而決定它在市場分工中的地位。如果我們不發(fā)展集成電路產(chǎn)業(yè)，將使我們的IT行業(yè)只能停留在裝配業(yè)水平上，掙的是“辛苦錢”，在分工中我們將只能處于低附加值的低端上。微電子產(chǎn)業(yè)的發(fā)展規(guī)模和科學技術水平已成為衡量一個綜合實力的重要標志。
幾乎所有的傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)只要與微電子技術結合，用集成電路芯片進行智能改造，就會使傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)重新煥發(fā)青春。例如微機控制的數(shù)控機床已不再是傳統(tǒng)的機床；又如汽車的電子化導致汽車工業(yè)的革命，目前*的現(xiàn)代化汽車，其電子裝備已占其總成本的70%。進入信息化社會，集成電路成為武器的一個組成單元，于是電子戰(zhàn)、智能武器應運而生。雷達的定位和導航，戰(zhàn)略daodan的減重增程，戰(zhàn)術daodan的制導，巡航daodan的圖形識別與匹配.以及各類衛(wèi)星的有效載荷和壽命的提高等等，其核心技術都是微電子技術。
目前，集成電路在整機中的應用，以計算機zui大，通訊次之，第三位則是消費類電子。集成電路枝術是一種使其他所有工業(yè)黯然失色，又使其他工業(yè)得以繁榮發(fā)展的技術，其設計規(guī)格從1959年以來40多年間縮小為原來的140分之一，而晶體管的平均價格降低為原來的百萬分之一。如果小汽車也按照此速度進步的活，那么現(xiàn)在小汽車的價格只需1美分。難怪日本人認為控制了超大規(guī)模集成電路技術，就控制了世界產(chǎn)業(yè)。”