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(shí)代，飛速發(fā)展的信息產(chǎn)業(yè)是這個(gè)時(shí)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(yùn)

2、動(dòng)規(guī)律及其應(yīng)用，并利用它實(shí)現(xiàn)信號處理功能的科學(xué)，以實(shí)現(xiàn)電路的系統(tǒng)和集成為目的，實(shí)用性強(qiáng)。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(shí)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(gè)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(gè)國家經(jīng)濟(jì)實(shí)力的重要標(biāo)志。微電子學(xué)是一門綜合性很強(qiáng)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(jì)、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(jì)物理學(xué)、材料科學(xué)、電子線路、信號處理、計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)、測試和加工、圖論、化學(xué)等多個(gè)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(gè)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(shí)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(shí)。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(dòng)力。微電子學(xué)滲透性強(qiáng)，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(jī)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(gè)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(gè)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(gè)整體，這樣，整個(gè)電路的體積大大縮小，且引出線和焊接點(diǎn)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)模混合集成電路模擬

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(shí)間變化的信號。例如半導(dǎo)體收音機(jī)的音頻信號、錄放機(jī)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(shí)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(shí)驗(yàn)室慶祝發(fā)明電晶體十周年后一個(gè)月，基爾比靈光涌現(xiàn)，在辦公室寫下五頁關(guān)鍵性的實(shí)驗(yàn)日志?；鶢柋鹊男赂拍睿抢脝为?dú)一片矽做出完整的電路，如此

7、可把電路縮到極小。當(dāng)時(shí)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(gè)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(gè)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(gè)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(gè)月將

8、增加一倍，性能將提高一倍，而價(jià)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(huì)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(shí)間可能會(huì)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(jì)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(huì)與其它技術(shù)相融合，誕生一系列新的經(jīng)濟(jì)和技術(shù)增長點(diǎn)，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(kuò)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(jī)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(gè)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(gè)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(gè)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(gè)電子系統(tǒng)和子系統(tǒng)整個(gè)集成在一個(gè)芯片上或幾個(gè)芯片上，它是集軟件和硬件于一身的產(chǎn)物，SOC的設(shè)計(jì)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(gè)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