微電子技術發展的新領域
來源:用戶上傳
作者:
摘要：微電子技術是目前電子產業的核心之一，擁有良好的發展前景。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。本文就微電子技術發展的新領域展開探討。
關鍵詞：微電子；信息技術；新領域
引言
數字和網絡信息技術具有較強的滲透性，正改變著人類的生產和生活方式，同時也是微電子技術的基礎之一。近年來，微電子技術的發展大大增加了計算機容量，降低了硬件成本，極大地促進了工業和信息產業的發展。此外，激光和傳感器的研究和應用都離不開微電子學。
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?！拔㈦娮印辈皇恰拔⑿偷碾娮印?，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?！靶畔⒔洕焙汀靶畔⑸鐣笔前殡S著微電子技術發展所必然產生的。
2微電子技術的發展限制因素
2.1物理規律的客觀限制
集成電路芯片制造技術是微電子技術的核心，在微電子技術的發展過程中，不斷突破單個芯片元件集成數量的極限，單個芯片上可以集成5億個元件，遠遠超過了特大集成規模。從物理規律來看，微電子技術的發展面臨著客觀限制。硅基CMOS是微電子技術發展的基礎，通過對器件尺寸進行壓縮，能夠提高IC性能。但是，隨著器件尺寸的縮小，器件氧化層厚度、溝道長度等一再被壓縮，“穿通效應”的克服難度越來越大。比如，隨著量子隧道穿透效應的增加會增大器件靜態耗功，當達到占總耗功的比例上限時，就到達了晶體管縮小的極限。目前科技水平還無法解決這些違反客觀物理規律的限制問題。
2.2材料限制
微電子技術一般常使用的材料為硅晶體，該材料由于其自身的特性在一定程度上阻礙了微電子技術的進步?，F今，研究人員開始逐漸借助氧化物半導體材料和超導體材料替代常用的硅晶體材料，此外，使用碳納米管做成的晶體管更是為微電子技術的革新提供了新的思路。學者經過實驗研究得出：新納米管電路中總輸出信號是大于輸入信號，該結論的得出也表明該納米管電路是具有一定的放大功能。
2.3工藝技術限制
微電子元器件的工藝有著嚴格的條件限制與技術要求，主要包括微細線條加工以及高質量薄膜的離子注入控制技術工藝。最為困難的工藝在于光刻設備的利用，現階段的光刻設備應用摩爾定律已經從1微米推進到了0.05微米，已經不可能進一步推進微化光刻設備。
3微電子技術發展的新領域
3.1微機電系統
MEMS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生物芯片技術
微電子技術與其他學科的相互融合是其未來發展的必然趨勢，而生物芯片技術就是未來微電子技術發展的一個重要防線。對生物芯片技術的研究始于上世紀90年代，該時期研發的DNA基因芯片就與現今的計算機芯片相類似，該芯片可以在數秒內將數萬，類物種的基因進行解碼，近幾年來，隨著科學技術水平的不斷提上，人們發現可以借助有機聚合物導電材料制備生物芯片，該芯片的容量是計算機的10億倍。
3.3納米技術
微電子技術的IC線寬度正在縮小，納米技術的應用可以克服半導體技術的困難。納米技術為微電子技術的發展提供了支撐。相關研究人員要從材料入手，尋找能夠替代硅的半導體制造材料，解決IC收縮的技術問題。IBM率發現了單層碳納米管，并將其應用于電子學，利用碳納米管制造晶體管并取得了成功，推動半導體技術發展進入了一個新階段。隨后，碳納米管被廣泛應用于微電子元器件、通信設備、顯示器和電力設備等領域。IBM還開發了一種基于碳納米管的電壓逆變器，開創了分子內邏輯電路的制造先河。新型納米管電路具有較強的輸出信號和較好的信號增益效果。碳納米管可以放大硅晶體管，實現硅晶體管的功能。目前，納米技術已廣泛應用于微電子產品制造。
結語
目前微電子技術正朝著三個方向發展。第一，繼續增大晶圓尺寸并縮小特征尺寸。第二，集成電路向系統芯片（systemonchip，SOC）方向發展。第三，微電子技術與其他領域相結合將產生新產業和新學科，如微機電系統和生物芯片。隨著微電子學與其他學科的交叉日趨深入，相關的新現象，新材料，新器件的探索日益增加，光子集成如光電子集成技術也不斷發展，這些研究的不斷深入，彼此間的交叉融合，將是未來的研究方向。
參考文獻
[1]甘云漢.我國微電子技術及產業發展戰略研究[J].中國新通信，2018，20（4）：220-221.
[2]吳麗娟，雷冰，張銀艷.半導體器件研究生培養探索與實踐[J].科教導刊，2018（1）：46-47.
轉載注明來源:http://www.hailuomaifang.com/1/view-14850412.htm
