微電子技術發展問題

時間：2022-10-05 19:15:43 機電一體化畢業論文我要投稿

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微電子技術發展問題

　　微電子技術發展問題【1】

　　【摘要】文章首先對微電子技術的概念進行了系統的分析，詳細闡述了微電子技術所包含的內容和重要地位。

　　接著筆者又深入分析了微電子技術的發展歷程問題。

　　最后，針對微電子技術未來發展趨勢問題，筆者做了觀點性和理論性的論述分析。

　　【關鍵詞】微電子技術;發展歷程;發展趨勢

　　一、微電子技術概念分析

　　微電子學主要是對固體材料上微小型化電路、電路以及系統的電子學分支進行研究，對在固體材料中電子或者粒子運動的規律以及應用進行研究，并使信號處理功能得以實現，使電路的系統以及集成得以實現，具有較強的實用性。

　　在現代發展中微電子技術是一種發展較快的技術，也是電子信息產業的心臟與基礎。

　　微電子技術的發展使航天航空技術得到很大的推動，除此之外，通訊技術、網絡技術以及計算機技術都得到快速的發展。

　　微電子技術的大力發展與廣泛的應用，掀起了一波電子戰、信息戰。

　　在我們國家的國民經濟中，電子信息產業已成了支柱性的產業，微電子信息技術也受到高度的關注，具有非常重要的意義。

　　現在，對一個國家科學技術的進步以及綜合國力的衡量的重要標志就是微電子技術，微電子科學技術的快速發展以及產業的規模，也標志著一個國家的經濟實力。

　　在微電子技術中，其重要的核心就是集成電路，也是電子工業的糧食。

　　集成電路具有超大的規模以及可集成的水平，可以把電子系統集成在一個芯片上。

　　可以說微電子技術的發展與應用引來了全球第三次的工業革命。

　　二、微電子技術發展歷程分析

　　微電子技術是一門新興的技術，起源于十九世紀末，二十世紀初期，主要是隨著集成電路而發展起來的，主要包括器件物理、系統電路設計、材料制務、工藝技術以及自動測試，除此之外，還有組裝與封閉等一些專門的技術，也是微電子學中各個工藝技術的匯總。

　　所以，微電子技術是通過電子電路以及系統的超小型化的過程一步步形成的，集成電路是其中的核心，也就是經過相應的加工工藝，把晶體管以及二極管等器件，根據相應的電路互換，再使用微細的加工工藝，在一塊半導體的單晶片上進行集成，并在一個外殼內進行封閉，對特定的電路或系統功能進行執行。

　　與傳統電子技術比較，主要的特點是電路以及器件的微小型化。

　　它把電路系統設計以及制造的工藝進行了有效的結合，并大規模的進行批量生產，所以，成本比較低，并且具有較高的可靠性。

　　微電子產業經歷了六十多年的發展，技術已接近理論的極限。

　　數十年以來，不斷縮小集成電路內的晶體管的尺寸以及線寬，其中改進光刻技術是基本的方法，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，現在主要運用深紫外線光刻技術，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行相應的縮短。

　　從二十世紀九十年代，摩托羅拉以及英特爾就開始對超紫外線光刻技術進行了研發，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下去，技術上以及物理上的限制也會對這種持續造成阻礙。

　　晶體管的尺寸小到一定的范圍，就必須對電子的量子效應進行考慮。

　　那個時候，現有的技術已經達到了極限。

　　不但如此，隨著不斷提高的集成度的集成電路，芯片的生產成本也在不斷的提高。

　　三、微電子技術未來發展趨勢分析

　　第一，關于光刻技術，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。

　　射線曝光設備研發出來以后，可以形成半微米尺寸以及深亞微米尺寸的圖形。

　　如今，使用準分子激光器的光刻設備已開始進行使用，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備的使用，在二十一世紀初期投入使用的機率是非常高的。

　　為了這一目標得以實現，就要掩膜形成的技術以及光刻膠的材料進行開發。

　　研制開發X射線光刻設備的工作，已進行了一段時間，無論是電子束曝光技術還是真空紫外線的曝光技術，也在全力的開發過程中，無論是哪一種技術都需要先投入實用，經過一段時間的驗證會成為下一個階段的主流技術。

　　第二，關于蝕刻技術，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進行有效的結合，就能使上述的電路蝕刻工藝的要求得到一定的滿足。

　　第三，關于擴散氧化技術，要想通過低成本來使晶體的質量得到有效的保證，就要使用外延生長的技術，主要理由是同在晶體制作上努力，才能使質量得到保證，才能使花費的成本與質量相對等，與外延生長的技術成本相比較低了很多。

　　離子注入的技術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部，能達到幾微米的深度。

　　現在所用的氣體擴散的方法，必須要在高溫中進行長久的擴散雜質，才能有擴散層形成。

　　但是現在離子注入技術的利用，可把雜質注入任意位置，經過低溫熱的處理之后，就能達到同樣的效果。

　　第四，關于多層布線的技術，銅的電阻小于鋁，但作為下一代的布線材料，深受人們的關注。

　　美國的半導體工業協會在發展的規劃中就把銅代替鋁列入其中，并把相應的目標以及技術標準制定出來。

　　銅布線主要使用鑲嵌的方法進行制作，通過化學機械拋光的技術進行相應的研究，通過半導體級的電鍍技術進行布線。

　　銅很容易在絕緣膜中進行擴散，因此，在進行銅布線的時候，還要使用拋壘金屬技術，能對銅的擴散起到很好的預防作用。

　　第五，有關電容器材料，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生了變化，進入九十年代以后，氮化硅膜技術得到不斷的改善，并對立體的電容器結構進行不斷的改用，可以對所需的電容值起到保證作用。

　　然而，此技術已接過極限，以后還有可能使用現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、結語

　　通過以上的論述可以總結，二十世紀的人類已進入了信息化發展的社會，對于微電子信息技術的要求也會越來越高，在二十一世紀，微電子技術也會是最具有活力，也是最重要的高科技領域之一，經過對微電子技術發展歷程的分析，以及未來發展趨勢的分析，可以看得出，微電子技術的快速發展一定會給社會的發展帶來非常深刻的意義。

　　參考文獻

　　[1] 畢克允.微電子技術[M].北京：國際工業出版社，2000.

　　[2] 吳德馨，錢鶴，葉甜春，劉明.現代微電子技術[M].北京：化學工業出版社，2002.

　　[3] 高鼎三.世界電子科學史[M].長春：吉林教育出版社， 1998.

　　微電子技術發展的新領域【2】

　　【摘要】介紹“微電子”及其微電子技術的主要內容，對微電子技術和其它學科結合而衍生出一系列新的交叉學科，如微機電系統，生物芯片等進行論證，展望微電子技術的發展方向。

　　【關鍵詞】微電子;延伸領域;發展方向

　　1.引言

　　微電子技術是隨著集成電路，尤其是大規模集成電路發展起來的一門新技術。

　　微電子產業包括系統電路設計，器件物理，工藝技術，材料制備，自動測試及封裝等一系列專門的技術的產業。

　　微電子產業發展非常迅速，它已經滲透到了國民經濟的各個領域，特別是以集成電路為關鍵技術的電子戰和信息戰都要依托于微電子產業。

　　微電子技術是微電子產業的核心，是在電子電路和系統的超小型化和微型化的過程中逐漸形成和發展起來的。

　　微電子技術也是信息技術的基礎和心臟，是當今發展最快的技術之一。

　　近年來，微電子技術已經開始向相關行業滲透，形成新的研究領域。

　　2.微電子技術概述

　　2.1 認識微電子

　　微電子技術的發展水平已經成為衡量一個國家科技進步和綜合國力的重要標志之一。

　　因此，學習微電子，認識微電子，使用微電子，發展微電子，是信息社會發展過程中，當代大學生所渴求的一個重要課程。

　　生活在當代的人們，沒有不使用微電子技術產品的，如人們每天隨身攜帶的手機;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，在電視上欣賞從衛星上發來的電視節目等等，這些產品與設備中都有基本的微電子電路。

　　微電子的本領很大，但你要看到它如何工作卻相當難，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，它與神經細胞類似，這種小單元工作一次所消耗的能源只有神經元的六十分之一，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”進行工作的。

　　它們會將你要表達的信息發送給對方，甚至是通過通信衛星發送到地球上的任何地方。

　　其傳遞的速度達到300000KM/S，即以光速進行傳送，可實現雙方及時通信。

　　“微電子”不是“微型的電子”，其完整的名字應該是“微型電子電路”，微電子技術則是微型電子電路技術。

　　微電子技術對我們社會發展起著重要作用，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。

　　“信息經濟”和“信息社會”是伴隨著微電子技術發展所必然產生的。

　　2.2 微電子技術的基礎材料――取之不盡的硅

　　位于元素周期表第14位的硅是微電子技術的基礎材料，硅的優點是工作溫度高，可達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擴散的掩護膜，從而能使擴散、光刻等工藝結合起來制成各種結構的電路，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的載體。

　　此外，氧化硅膜還是一種很好的保護膜，它能防止器件工作時受周圍環境影響而導致性能退化。

　　第三個優點是受主和施主雜質有幾乎相同的擴散系數。

　　這就為硅器件和電路工藝的制作提供了更大的自由度。

　　硅材料的這些優越性能促成了平面工藝的發展，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，使超大規模集成電路得到了迅猛的發展。

　　2.3 集成電路的發展過程

　　20世紀晶體管的發明是整個微電子發展史上一個劃時代的突破。

　　從而使得電子學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模發展到大規模和超大規模集成電路，如圖1所示。

　　圖1 集成電路發展示意圖

　　集成電路的分類方法很多，按領域可分為：通用集成電路和專用集成電路;按電路功能可分為：數字集成電路、模擬集成電路和數模混合集成電路;按器件結構可分為：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：小規模集成電路SSI、中規模集成電路MSI、大規模集成電路LSI、超導規模集成電路VLSI、特大規模集成電路ULSI和巨大規模集成電路CSI。

　　隨著微電子技術的發展，出現了集成電路(IC)，集成電路是微電子學的研究對象，其正在向著高集成度、低功耗、高性能、高可靠性的方向發展。

　　2.4 走進人們生活的微電子

　　IC卡，是現代微電子技術的結晶，是硬件與軟件技術的高度結合。

　　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據記憶存儲功能。

　　在智能IC卡中必須包括微處理器，它實際上具有微電腦功能，不但具有暫時或永久存儲、讀取、處理數據的能力，而且還具備其他邏輯處理能力，還具有一定的對外界環境響應、識別和判斷處理能力。

　　IC卡在人們工作生活中無處不在，廣泛應用于金融、商貿、保健、安全、通信及管理等多種方面，例如：移動電話卡，付費電視卡，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技術的成熟，IC卡的芯片已由最初的存儲卡發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，運算功能越來越強，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、主要數據、密碼等)存儲，現金支付等功能已非難事，“手持一卡走遍天下”將會成為現實。

　　3.微電子技術發展的新領域

　　微電子技術是電子科學與技術的二級學科。

　　電子信息科學與技術是當代最活躍，滲透力最強的高新技術。

　　由于集成電路對各個產業的強烈滲透，使得微電子出現了一些新領域。

　　3.1 微機電系統

　　MEMS(Micro-Electro-Mechanical systems)微機電系統主要由微傳感器、微執行器、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、執行器和相應的處理電路三部分，它融合多種微細加工技術，并將微電子技術和精密機械加工技術、微電子與機械融為一體的系統。

　　是在現代信息技術的最新成果的基礎上發展起來的高科技前沿學科。

　　當前，常用的制作MEMS器件的技術主要由三種：一種是以日本為代表的利用傳統機械加工手段，即利用大機械制造小機械，再利用小機械制造微機械的方法，可以用于加工一些在特殊場合應用的微機械裝置，如微型機器人，微型手術臺等。

　　第二種是以美國為代表的利用化學腐蝕或集成電路工藝技術對硅材料進行加工，形成硅基MEMS器件，它與傳統IC工藝兼容，可以實現微機械和微電子的系統集成，而且適合于批量生產，已成為目前MEMS的主流技術，第三種是以德國為代表的LIGA(即光刻，電鑄如塑造)技術，它是利用X射線光刻技術，通過電鑄成型和塑造形成深層微結構的方法，人們已利用該技術開發和制造出了微齒輪、微馬達、微加速度計、微射流計等。

　　MEMS的應用領域十分廣泛，在信息技術，航空航天，科學儀器和醫療方面將起到分別采用機械和電子技術所不能實現的作用。

　　3.2 生物芯片

　　生物芯片(Bio chip)將微電子技術與生物科學相結合的產物，它以生物科學基礎，利用生物體、生物組織或細胞功能，在固體芯片表面構建微分析單元，以實現對化合物、蛋白質、核酸、細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反映出某些基因的特性從而達到檢測基因的目的。

　　以DNA芯片為代表的生物工程芯片將微電子與生物技術緊密結合，采用微電子加工技術，在指甲大小的硅片上制作包含多達20萬種DNA基本片段的芯片。

　　DNA芯片可在極短的時間內檢測或發現遺傳基因的變化，對遺傳學研究、疾病診斷、疾病治療和預防、轉基因工程等具有極其重要的作用。

　　生物工程芯片是21世紀微電子領域的一個熱點并且具有廣闊的應用前景。

　　3.3 納米電子技術

　　在半導體領域中，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)，異質結雙極晶體管(HBT)，低閾值電流量子激光器等。