微電子技術(shù)及其應(yīng)用

1、微電子技術(shù)及其應(yīng)用微電子技術(shù)及其應(yīng)用041050107陳立陳立一、微電子技術(shù)簡介一、微電子技術(shù)簡介如今，世界已經(jīng)進(jìn)入信息時代，飛速發(fā)展的信息產(chǎn)業(yè)是這個時代的特征。而微電子技術(shù)制造的芯片則是大量信息的載體，它不僅可以儲存信息，還能處理和加工信息。因此，微電子技術(shù)在如今已是不可或缺的生活和生產(chǎn)要素。微電子學(xué)是研究在固體（主要是半導(dǎo)體）材料上構(gòu)成的微小型化電路、電路及系統(tǒng)的電子學(xué)分支。作為電子學(xué)的分支學(xué)科，它主要研究電子或粒子在固體材料中的運

2、動規(guī)律及其應(yīng)用，并利用它實現(xiàn)信號處理功能的科學(xué)，以實現(xiàn)電路的系統(tǒng)和集成為目的，實用性強。微電子學(xué)又是信息領(lǐng)域的重要基礎(chǔ)學(xué)科，在這一領(lǐng)域上，微電子學(xué)是研究并實現(xiàn)信息獲取、傳輸、存儲、處理和輸出的科學(xué)，是研究信息獲取的科學(xué)，構(gòu)成了信息科學(xué)的基石，其發(fā)展水平直接影響著整個信息技術(shù)的發(fā)展。微電子科學(xué)技術(shù)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(biāo)志。微電子學(xué)是一門綜合性很強的邊緣學(xué)科，其中包括了半導(dǎo)體器件物理、集成電路工藝和集成電路及系統(tǒng)的設(shè)

3、計、測試等多方面的內(nèi)容；涉及了固體物理學(xué)、量子力學(xué)、熱力學(xué)與統(tǒng)計物理學(xué)、材料科學(xué)、電子線路、信號處理、計算機輔助設(shè)計、測試和加工、圖論、化學(xué)等多個領(lǐng)域。微電子學(xué)是一門發(fā)展極為迅速的學(xué)科，高集成度、低功耗、高性能、高可靠性是微電子學(xué)發(fā)展的方向。信息技術(shù)發(fā)展的方向是多媒體（智能化）、網(wǎng)絡(luò)化和個體化。要求系統(tǒng)獲取和存儲海量的多媒體信息、以極高速度精確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(shù)的

4、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(shù)無止境追求的目標(biāo)，是微電子技術(shù)迅速發(fā)展的動力。微電子學(xué)滲透性強，其他學(xué)科結(jié)合產(chǎn)生出了一系列新的交叉學(xué)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(yīng)用前景的新技術(shù)。二、微電子技術(shù)核心二、微電子技術(shù)核心—集成電路技術(shù)集成電路技術(shù)集成電路（integratedcircuit）是一種微型電子器件或部件。采用一定的工藝，把一個電路中所需的晶體管、二極管、

5、電阻、電容和電感等元件及布線互連一起，制作在一小塊或幾小塊半導(dǎo)體晶片或介質(zhì)基片上，然后封裝在一個管殼內(nèi)，成為具有所需電路功能的微型結(jié)構(gòu)；其中所有元件在結(jié)構(gòu)上已組成一個整體，這樣，整個電路的體積大大縮小，且引出線和焊接點的數(shù)目也大為減少，從而使電子元件向著微小型化、低功耗和高可靠性方面邁進(jìn)了一大步。它在電路中用字母“IC”。集成電路的分類1按功能結(jié)構(gòu)分類集成電路按其功能、結(jié)構(gòu)的不同，可以分為模擬集成電路、數(shù)字集成電路和數(shù)?；旌霞呻娐纺M

6、集成電路又稱線性電路用來產(chǎn)生、放大和處理各種模擬信號（指幅度隨時間變化的信號。例如半導(dǎo)體收音機的音頻信號、錄放機的磁帶信號等），其輸入信號和輸出信號成也能感受到，微電子技術(shù)的概念即將從工程師們的思維里噴薄而出。當(dāng)時在德州儀器專注電路小型化研究的基爾比，利用多數(shù)同事放假、無人打擾的兩周思考難題。就在貝爾實驗室慶祝發(fā)明電晶體十周年后一個月，基爾比靈光涌現(xiàn)，在辦公室寫下五頁關(guān)鍵性的實驗日志?；鶢柋鹊男赂拍?，是利用單獨一片矽做出完整的電路，如此

7、可把電路縮到極小。當(dāng)時同業(yè)都懷疑這想法是否可行，「我為不少技術(shù)論壇帶來娛樂效果，」基爾比在他所著「集成電路IC的誕生」一文中形容。1958年.世界上第一個集成電路IC【微芯片】在他的努力下誕生了。三、微電子技術(shù)的應(yīng)用與發(fā)展三、微電子技術(shù)的應(yīng)用與發(fā)展微電子技術(shù)對現(xiàn)代人類生活的影響極大，自從1947年第一個晶體管問世以來，微電子技術(shù)發(fā)展速猛。Intel公司的創(chuàng)始人之一Moe在上個世紀(jì)1965年研究指出，集成電路上集成的晶體管數(shù)量每18個月將

8、增加一倍，性能將提高一倍，而價格卻不相應(yīng)的增加，這就是所謂的摩爾定律（MoesLaw）。根據(jù)美國半導(dǎo)體工業(yè)協(xié)會預(yù)測，至少到2016年，集成電路（IC）線寬依然按“摩爾定律”縮小下去，2016年可以達(dá)到25nm的技術(shù)水平。根據(jù)發(fā)表的大量資料可知，在2016年以后的十幾年，芯片的特征尺寸將繼續(xù)縮小。微電子技術(shù)新的發(fā)展及應(yīng)用方向是系統(tǒng)芯片（SOC），它的發(fā)展時間可能會更長，所謂的系統(tǒng)芯片是隨著微電子工藝向納米級遷移和設(shè)計復(fù)雜度增加，一種新的產(chǎn)

9、品把系統(tǒng)做在了芯片上，該芯片被稱為系統(tǒng)芯片。系統(tǒng)芯片將逐漸取代微處理器，SOC必將成為今后微電子技術(shù)發(fā)展新寵之一。另外，微電子技術(shù)還會與其它技術(shù)相融合，誕生一系列新的經(jīng)濟和技術(shù)增長點，例如MEMS技術(shù)和生物芯片等。一、微電子的集成技術(shù)微電子器件的特征尺寸縮小將持繼下去。目前，建立在以Si基材料為基礎(chǔ)、CMOS器件為主流的半導(dǎo)體集成電路技術(shù)，其主流產(chǎn)品的特征尺寸已縮小到0.18~0.1m。硅基技術(shù)的高度成熟，硅基CMOS芯片應(yīng)用的日益擴大

10、，硅平面的加工工藝技術(shù)作為高新技術(shù)基礎(chǔ)的高新加工技術(shù)也將持繼下去。據(jù)國際權(quán)威機構(gòu)預(yù)測，到2012年，微電子芯片加工技術(shù)將達(dá)到400mm硅片、50nm特征尺寸，到2016年，器件的最小特征尺寸應(yīng)在13nm。然而，硅基CMOS的發(fā)展和任何事物一樣，都有其產(chǎn)生、發(fā)展、成熟、衰亡的過程，不可能按摩爾定律揭示的規(guī)律長期的發(fā)展下去。隨著特征尺寸的縮小，將達(dá)到器件結(jié)構(gòu)的諸多物理限制。當(dāng)代各種集成電路發(fā)展?fàn)顩r，越來越接近物理限制。采用新材料的非經(jīng)典CM

11、OS必將發(fā)展起來，高K材料和新型的柵電極；采用非經(jīng)典的FET器件結(jié)構(gòu)；采用新工藝技術(shù)等。在非經(jīng)典CMOS迫切需要解決的問題中，功耗是一個最嚴(yán)峻的問題，能否圓滿解決這一問題，將是制約發(fā)展非經(jīng)典CMOS發(fā)展的一個重要因素。二、正在成長的系統(tǒng)芯片—SOC由芯片發(fā)展到系統(tǒng)芯片（SOC），是改善芯片集成技術(shù)的新舉措。微電子器件的特征尺寸難于按摩爾定律無限的縮小下去，在芯片上增加集成器件是集成技術(shù)發(fā)展的另一方向。與當(dāng)年從分立晶體管到集成芯片一樣，系

12、統(tǒng)芯片將是微電子技術(shù)領(lǐng)域中又一場新的革命。上個世紀(jì)90年代以來，集成芯片系統(tǒng)訊速發(fā)展起來，它基于硅基CMOS工藝，但又不局限于CMOS和硅平面加工工藝。它是以硅基CMOS為基礎(chǔ)技術(shù)，將整個電子系統(tǒng)和子系統(tǒng)整個集成在一個芯片上或幾個芯片上，它是集軟件和硬件于一身的產(chǎn)物，SOC的設(shè)計是通過嵌入模擬電路、數(shù)字電路等IP的結(jié)合體，可以具有更大的靈活性。一個典型的SOC可能包含應(yīng)用處理器模塊、數(shù)字信號處理器模塊、存儲器單元模塊、控制器模塊、外設(shè)接