微电子技术发展问题

时间：2022-10-05 19:15:43 机电一体化毕业论文我要投稿

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微电子技术发展问题

　　微电子技术发展问题【1】

　　【摘要】文章首先对微电子技术的概念进行了系统的分析，详细阐述了微电子技术所包含的内容和重要地位。

　　接着笔者又深入分析了微电子技术的发展历程问题。

　　最后，针对微电子技术未来发展趋势问题，笔者做了观点性和理论性的论述分析。

　　【关键词】微电子技术;发展历程;发展趋势

　　一、微电子技术概念分析

　　微电子学主要是对固体材料上微小型化电路、电路以及系统的电子学分支进行研究，对在固体材料中电子或者粒子运动的规律以及应用进行研究，并使信号处理功能得以实现，使电路的系统以及集成得以实现，具有较强的实用性。

　　在现代发展中微电子技术是一种发展较快的技术，也是电子信息产业的心脏与基础。

　　微电子技术的发展使航天航空技术得到很大的推动，除此之外，通讯技术、网络技术以及计算机技术都得到快速的发展。

　　微电子技术的大力发展与广泛的应用，掀起了一波电子战、信息战。

　　在我们国家的国民经济中，电子信息产业已成了支柱性的产业，微电子信息技术也受到高度的关注，具有非常重要的意义。

　　现在，对一个国家科学技术的进步以及综合国力的衡量的重要标志就是微电子技术，微电子科学技术的快速发展以及产业的规模，也标志着一个国家的经济实力。

　　在微电子技术中，其重要的核心就是集成电路，也是电子工业的粮食。

　　集成电路具有超大的规模以及可集成的水平，可以把电子系统集成在一个芯片上。

　　可以说微电子技术的发展与应用引来了全球第三次的工业革命。

　　二、微电子技术发展历程分析

　　微电子技术是一门新兴的技术，起源于十九世纪末，二十世纪初期，主要是随着集成电路而发展起来的，主要包括器件物理、系统电路设计、材料制务、工艺技术以及自动测试，除此之外，还有组装与封闭等一些专门的技术，也是微电子学中各个工艺技术的汇总。

　　所以，微电子技术是通过电子电路以及系统的超小型化的过程一步步形成的，集成电路是其中的核心，也就是经过相应的加工工艺，把晶体管以及二极管等器件，根据相应的电路互换，再使用微细的加工工艺，在一块半导体的单晶片上进行集成，并在一个外壳内进行封闭，对特定的电路或系统功能进行执行。

　　与传统电子技术比较，主要的特点是电路以及器件的微小型化。

　　它把电路系统设计以及制造的工艺进行了有效的结合，并大规模的进行批量生产，所以，成本比较低，并且具有较高的可靠性。

　　微电子产业经历了六十多年的发展，技术已接近理论的极限。

　　数十年以来，不断缩小集成电路内的晶体管的尺寸以及线宽，其中改进光刻技术是基本的方法，短波长的曝光光源是使用最多的。

　　以前，紫外光是主要的光源，现在主要运用深紫外线光刻技术，芯片线宽下降了很多，从理论上来讲，主要是把集成电路的线宽进行相应的缩短。

　　从二十世纪九十年代，摩托罗拉以及英特尔就开始对超紫外线光刻技术进行了研发，它突破了集成电路线宽的最小限制。

　　但是，这种缩小的情况不能长久的持续下去，技术上以及物理上的限制也会对这种持续造成阻碍。

　　晶体管的尺寸小到一定的范围，就必须对电子的量子效应进行考虑。

　　那个时候，现有的技术已经达到了极限。

　　不但如此，随着不断提高的集成度的集成电路，芯片的生产成本也在不断的提高。

　　三、微电子技术未来发展趋势分析

　　第一，关于光刻技术，利用波长的光线形成亚微米尺寸的图形，并做出集成度为1M位和4M位的DRAM。

　　射线曝光设备研发出来以后，可以形成半微米尺寸以及深亚微米尺寸的图形。

　　如今，使用准分子激光器的光刻设备已开始进行使用，有四分之一的微米尺寸的图形形成。

　　波长较短的激光器的光刻设备的使用，在二十一世纪初期投入使用的机率是非常高的。

　　为了这一目标得以实现，就要掩膜形成的技术以及光刻胶的材料进行开发。

　　研制开发X射线光刻设备的工作，已进行了一段时间，无论是电子束曝光技术还是真空紫外线的曝光技术，也在全力的开发过程中，无论是哪一种技术都需要先投入实用，经过一段时间的验证会成为下一个阶段的主流技术。

　　第二，关于蚀刻技术，通过CER等离子源或具有高密度的等离子源，与具有特殊气体以及静电卡盘的技术进行有效的结合，就能使上述的电路蚀刻工艺的要求得到一定的满足。

　　第三，关于扩散氧化技术，要想通过低成本来使晶体的质量得到有效的保证，就要使用外延生长的技术，主要理由是同在晶体制作上努力，才能使质量得到保证，才能使花费的成本与质量相对等，与外延生长的技术成本相比较低了很多。

　　离子注入的技术水平得到快速的提升，可把电子伏特的高能量离子输入晶体的内部，能达到几微米的深度。

　　现在所用的气体扩散的方法，必须要在高温中进行长久的扩散杂质，才能有扩散层形成。

　　但是现在离子注入技术的利用，可把杂质注入任意位置，经过低温热的处理之后，就能达到同样的效果。

　　第四，关于多层布线的技术，铜的电阻小于铝，但作为下一代的布线材料，深受人们的关注。

　　美国的半导体工业协会在发展的规划中就把铜代替铝列入其中，并把相应的目标以及技术标准制定出来。

　　铜布线主要使用镶嵌的方法进行制作，通过化学机械抛光的技术进行相应的研究，通过半导体级的电镀技术进行布线。

　　铜很容易在绝缘膜中进行扩散，因此，在进行铜布线的时候，还要使用抛垒金属技术，能对铜的扩散起到很好的预防作用。

　　第五，有关电容器材料，随着不断提高的集成度，电容器的材料，也就是氧化膜的厚变也发生了变化，进入九十年代以后，氮化硅膜技术得到不断的改善，并对立体的电容器结构进行不断的改用，可以对所需的电容值起到保证作用。

　　然而，此技术已接过极限，以后还有可能使用现在未使用的新的材料，例如氧化钽膜以及高电容率材料等。

　　四、结语

　　通过以上的论述可以总结，二十世纪的人类已进入了信息化发展的社会，对于微电子信息技术的要求也会越来越高，在二十一世纪，微电子技术也会是最具有活力，也是最重要的高科技领域之一，经过对微电子技术发展历程的分析，以及未来发展趋势的分析，可以看得出，微电子技术的快速发展一定会给社会的发展带来非常深刻的意义。

　　参考文献

　　[1] 毕克允.微电子技术[M].北京：国际工业出版社，2000.

　　[2] 吴德馨，钱鹤，叶甜春，刘明.现代微电子技术[M].北京：化学工业出版社，2002.

　　[3] 高鼎三.世界电子科学史[M].长春：吉林教育出版社， 1998.

　　微电子技术发展的新领域【2】

　　【摘要】介绍“微电子”及其微电子技术的主要内容，对微电子技术和其它学科结合而衍生出一系列新的交叉学科，如微机电系统，生物芯片等进行论证，展望微电子技术的发展方向。

　　【关键词】微电子;延伸领域;发展方向

　　1.引言

　　微电子技术是随着集成电路，尤其是大规模集成电路发展起来的一门新技术。

　　微电子产业包括系统电路设计，器件物理，工艺技术，材料制备，自动测试及封装等一系列专门的技术的产业。

　　微电子产业发展非常迅速，它已经渗透到了国民经济的各个领域，特别是以集成电路为关键技术的电子战和信息战都要依托于微电子产业。

　　微电子技术是微电子产业的核心，是在电子电路和系统的超小型化和微型化的过程中逐渐形成和发展起来的。

　　微电子技术也是信息技术的基础和心脏，是当今发展最快的技术之一。

　　近年来，微电子技术已经开始向相关行业渗透，形成新的研究领域。

　　2.微电子技术概述

　　2.1 认识微电子

　　微电子技术的发展水平已经成为衡量一个国家科技进步和综合国力的重要标志之一。

　　因此，学习微电子，认识微电子，使用微电子，发展微电子，是信息社会发展过程中，当代大学生所渴求的一个重要课程。

　　生活在当代的人们，没有不使用微电子技术产品的，如人们每天随身携带的手机;工作中使用的笔记本电脑，乘坐公交、地铁的IC卡，孩子玩的智能电子玩具，在电视上欣赏从卫星上发来的电视节目等等，这些产品与设备中都有基本的微电子电路。

　　微电子的本领很大，但你要看到它如何工作却相当难，例如有一个像我们头脑中起记忆作用的小硅片―它的名字叫存储器，是电脑的记忆部分，上面有许许多多小单元，它与神经细胞类似，这种小单元工作一次所消耗的能源只有神经元的六十分之一，再例如你手中的电话，将你的话音从空中发射出去并将对方说的话送回来告诉你，就是靠一种叫“射频微电子电路”或叫“微波单片集成电路”进行工作的。

　　它们会将你要表达的信息发送给对方，甚至是通过通信卫星发送到地球上的任何地方。

　　其传递的速度达到300000KM/S，即以光速进行传送，可实现双方及时通信。

　　“微电子”不是“微型的电子”，其完整的名字应该是“微型电子电路”，微电子技术则是微型电子电路技术。

　　微电子技术对我们社会发展起着重要作用，是使我们的社会高速信息化，并将迅速地把人类带入高度社会化的社会。

　　“信息经济”和“信息社会”是伴随着微电子技术发展所必然产生的。

　　2.2 微电子技术的基础材料――取之不尽的硅

　　位于元素周期表第14位的硅是微电子技术的基础材料，硅的优点是工作温度高，可达200摄氏度;二是能在高温下氧化生成二氧化硅薄膜，这种氧化硅薄膜可以用作为杂质扩散的掩护膜，从而能使扩散、光刻等工艺结合起来制成各种结构的电路，而氧化硅层又是一种很好的绝缘体，在集成电路制造中它可以作为电路互联的载体。

　　此外，氧化硅膜还是一种很好的保护膜，它能防止器件工作时受周围环境影响而导致性能退化。

　　第三个优点是受主和施主杂质有几乎相同的扩散系数。

　　这就为硅器件和电路工艺的制作提供了更大的自由度。

　　硅材料的这些优越性能促成了平面工艺的发展，简化了工艺程序，降低了制造成本，改善了可靠性，并大大提高了集成度，使超大规模集成电路得到了迅猛的发展。

　　2.3 集成电路的发展过程

　　20世纪晶体管的发明是整个微电子发展史上一个划时代的突破。

　　从而使得电子学家们开始考虑晶体管的组合与集成问题，制成了固体电路块―集成电路。

　　从此，集成电路迅速从小规模发展到大规模和超大规模集成电路，如图1所示。

　　图1 集成电路发展示意图

　　集成电路的分类方法很多，按领域可分为：通用集成电路和专用集成电路;按电路功能可分为：数字集成电路、模拟集成电路和数模混合集成电路;按器件结构可分为：MOS集成电路、双极型集成电路和BiIMOS集成电路;按集成电路集成度可分为：小规模集成电路SSI、中规模集成电路MSI、大规模集成电路LSI、超导规模集成电路VLSI、特大规模集成电路ULSI和巨大规模集成电路CSI。

　　随着微电子技术的发展，出现了集成电路(IC)，集成电路是微电子学的研究对象，其正在向着高集成度、低功耗、高性能、高可靠性的方向发展。

　　2.4 走进人们生活的微电子

　　IC卡，是现代微电子技术的结晶，是硬件与软件技术的高度结合。

　　存储IC卡也称记忆IC卡，它包括有存储器等微电路芯片而具有数据记忆存储功能。

　　在智能IC卡中必须包括微处理器，它实际上具有微电脑功能，不但具有暂时或永久存储、读取、处理数据的能力，而且还具备其他逻辑处理能力，还具有一定的对外界环境响应、识别和判断处理能力。

　　IC卡在人们工作生活中无处不在，广泛应用于金融、商贸、保健、安全、通信及管理等多种方面，例如：移动电话卡，付费电视卡，公交卡，地铁卡，电子钱包，识别卡，健康卡，门禁控制卡以及购物卡等等。

　　IC卡几乎可以替代所有类型的支付工具。

　　随着IC技术的成熟，IC卡的芯片已由最初的存储卡发展到逻辑加密卡装有微控制器的各种智能卡。

　　它们的存储量也愈来愈大，运算功能越来越强，保密性也愈来愈高。

　　在一张卡上赋予身份识别，资料(如电话号码、主要数据、密码等)存储，现金支付等功能已非难事，“手持一卡走遍天下”将会成为现实。

　　3.微电子技术发展的新领域

　　微电子技术是电子科学与技术的二级学科。

　　电子信息科学与技术是当代最活跃，渗透力最强的高新技术。

　　由于集成电路对各个产业的强烈渗透，使得微电子出现了一些新领域。

　　3.1 微机电系统

　　MEMS(Micro-Electro-Mechanical systems)微机电系统主要由微传感器、微执行器、信号处理电路和控制电路、通信接口和电源等部件组成，主要包括微型传感器、执行器和相应的处理电路三部分，它融合多种微细加工技术，并将微电子技术和精密机械加工技术、微电子与机械融为一体的系统。

　　是在现代信息技术的最新成果的基础上发展起来的高科技前沿学科。

　　当前，常用的制作MEMS器件的技术主要由三种：一种是以日本为代表的利用传统机械加工手段，即利用大机械制造小机械，再利用小机械制造微机械的方法，可以用于加工一些在特殊场合应用的微机械装置，如微型机器人，微型手术台等。

　　第二种是以美国为代表的利用化学腐蚀或集成电路工艺技术对硅材料进行加工，形成硅基MEMS器件，它与传统IC工艺兼容，可以实现微机械和微电子的系统集成，而且适合于批量生产，已成为目前MEMS的主流技术，第三种是以德国为代表的LIGA(即光刻，电铸如塑造)技术，它是利用X射线光刻技术，通过电铸成型和塑造形成深层微结构的方法，人们已利用该技术开发和制造出了微齿轮、微马达、微加速度计、微射流计等。

　　MEMS的应用领域十分广泛，在信息技术，航空航天，科学仪器和医疗方面将起到分别采用机械和电子技术所不能实现的作用。

　　3.2 生物芯片

　　生物芯片(Bio chip)将微电子技术与生物科学相结合的产物，它以生物科学基础，利用生物体、生物组织或细胞功能，在固体芯片表面构建微分析单元，以实现对化合物、蛋白质、核酸、细胞及其他生物组分的正确、快速的检测。

　　目前已有DNA基因检测芯片问世。

　　如Santford和Affymetrize公司制作的DNA芯片包含有600余种DNA基本片段。

　　其制作方法是在玻璃片上刻蚀出非常小的沟槽，然后在沟槽中覆盖一层DNA纤维，不同的DNA纤维图案分别表示不同的DNA基本片段。

　　采用施加电场等措施可使一些特殊物质反映出某些基因的特性从而达到检测基因的目的。

　　以DNA芯片为代表的生物工程芯片将微电子与生物技术紧密结合，采用微电子加工技术，在指甲大小的硅片上制作包含多达20万种DNA基本片段的芯片。

　　DNA芯片可在极短的时间内检测或发现遗传基因的变化，对遗传学研究、疾病诊断、疾病治疗和预防、转基因工程等具有极其重要的作用。

　　生物工程芯片是21世纪微电子领域的一个热点并且具有广阔的应用前景。

　　3.3 纳米电子技术

　　在半导体领域中，利用超晶格量子阱材料的特性研制出了新一代电子器件，如：高电子迁移晶体管(HEMT)，异质结双极晶体管(HBT)，低阈值电流量子激光器等。