微电子技术发展和展望

　　0引言

　　现阶段微电子技术在社会生产生活中具有重要的地位，软件和集成电路已经成为21世纪社会发展的基础。微电子技术作为高新技术的组成部分之一，逐渐成为电子信息技术的核心部分，深入到社会生产生活的每一个角落。电子器件的小型化和微型化是现代微电子技术的重要特征之一，其核心是系统集成（SOC）和集成电路（IC）。

　　1微电子技术的发展历史和现状

　　微电子技术一门以集成电路为核心的各种半导体器件基础上的高新电子技术，其具有工作速度快、重量轻、体积小、可靠性高等诸多优点。微电子技术是一项起源于19世纪末20世纪初的新兴技术，微电子技术的发展史从某种意义上说是集成电路的发展史。

　　现阶段大规模集成电力的集成度代表这微电子技术的发展水平。从集成电路在1958年被发明以来，集成电路的发展规律依然遵循着“摩尔定律”，即DRAM的储存量每隔3年就变为原来的4倍，集成电路芯片上的元件数量每18个月增加1倍（具体见表1）。微电子技术的发展历程如下，美国贝尔实验室于1947年制造出第一个晶体管，这为制造体积更小的集成电路奠定了相关的技术基础。1958年美国德克萨斯仪器公司的基比尔于研究员制造出第一个集成电路模型，并与次年该公司宣布发明了第一个集成电路。1959年美国仙童公司将微型晶体管的制造工艺—“平面工艺”经过一定的技术改进后用于集成电路的制造过程中，实现了集成电路由实验阶段向工业生产阶段的过渡。1964年相关的技术人员又研制出PMOS集成电路，大大减小了集成电路的体积，其与分立元件相比较PMOS集成电路具有可靠性高、功耗低、制造工艺简单和适于大量生产等诸多优点。到目前为止，与第一块集成电路相比集成电路的集成度的尺寸缩小了200多倍，集成度提高了550多万倍，元件成本降低了100多万倍。

　　在当今社会中微电子元件可以说是无处不在，每个人都在享受这微电子技术带来的方便快捷。集成电路被广泛应用于社会的各个行业，比如计算机技术、环境工程、交通医疗等领域。微电子技术对各种传统产业具有强有力的带动作用，几乎所有的传统产业与微电子技术结合，利用芯片更新技术，都可给传统产业注入活力。例如，像汽车的电子化使传统的汽车工业渗透进了微电子技术，采用微电子技术的电子引擎监控系统“汽车安全防盗系统”出租车的计价器等已得到广泛应用，现代汽车上有时甚至要有十几个到几十个微处理器又如，印刷工业采用了微电子技术排版不再采用铅字，文字的增添“删除“编排，字体的选取等都在计算机上进行，在很短的时间内就可以全部按需要设置完成，与传统印刷工业改动一字就要涉及全局已不可同日而语。

　　微电子技术不仅在工业制造中应用广泛，同时为商业的发展提供了巨大的方便。随着微电子技术的不断发展和计算机的应用，商场超市传统的记账方式发生了巨大的变化，账目的记录、查询、统计和存储方式发生了巨大的变化。另外，随着其他技术和微电子技术的相互融合渗透逐渐发展出新的技术。比如微电子技术和信息技术融合创造出数字地图，其通过无线电传输等方式能够为人们提供所在地区的天气状况、地理状况等所有信息，为人们的出行和野外作业等提供便利。

　　2微电子技术发展展望

　　微电子技术作为一门随着集成电路发展起来的新兴技术，其只要包括器件物理、工艺技术、材料研制、系统电路设计和封装组装等技术，简单而言主要包括材料、系统和器件三部分

　　2.1新型半导体材料的研制

　　其中，材料作为微电子技术发展的基础，对于先进材料的研制一直是微电子技术研发的重点领域。在未来的一段时间对于对新型半导体材、化合物和纳米材料的研发是重点。

　　新的碳化硅（SiC）材料具有禁带宽、高热导率、漂移速度快、高击穿电压等诸多优点。这些优点能够保证元件在高温高压下进行工作，同时元件的功率比较大，能够进行高频工作并且集成度高。现阶段，新型研制出的氧化硅晶体管能够在520℃下进行工作并且击穿电压能够达到800℃。另外和其他宽紧带的材料相比较，碳化硅材料能够通过热氧化的方式生成二氧化硅（SiO2）。

　　氮化铝（AlN）是一种举要抗辐射性能高、高击穿电压和宽禁带的材料，并且绝缘体上的硅具有低功耗、高速、抗辐射、无栓锁等诸多优点。另外，铟磷化合物也是一种新型的半导体材料，它能够很好的将数字功能和射频集中在同一个芯片上，它的运行功耗更加低，运行速度比硅型芯片的更加快。

　　虽然上面有很多的新型材料但是晶体管的尺寸受到热效应、磁场效应和量子效应的影响，传统的微电子发展正面临严重的瓶颈。现在对纳米尺度下新的量子现象和效应的研究成为国际上近年来的研究热点，新型纳电子器件得以迅速发展。碳纳米管（CNT）是其中的一员，它（CNT）是人工合成的天然纳米线，由于是一维输运，所以它的电子迁移率比体硅高很多，特别是可能实现弹道输运。另外由于CNT具有非常高的击穿电场（最高可达108V/cm），所以CNT中的电子漂移速度可以远远超过硅反型层中的电子，故被业界一直认为最有可能成为硅材料的未来最终继承者。因为它既可承担导线的功能，又可承担半导体（即晶体管开关）的功能，但其技术走向市场还有待成熟。如IBM公司于2002年宣布开发出性能优异的碳纳米晶体管，但同时宣称从硅电子时代过渡到碳纳米为代表的纳米电子时代可能要10年左右。在芯片集成方面的重要发展方向是SOC和SIP。

　　2.2工艺手段越来越先进

　　随着集成电路集成度的不断提高，技术人员不断缩短光刻波长并且改进透镜的孔径，通过各种手段改进光刻技术。光刻技术现阶段主要研究的是深紫外线光刻技术和沉浸光刻技术。沉浸光刻技术是指在原来的光刻设备的透镜和晶圆之间灌满水，从而达到提高孔径数值和透镜分辨率的目的。沉浸光刻技术是下一代光刻技术的主要发展方向。比如荷兰的ASXN公司采用190nm的深紫外光源并且采用沉浸透镜技术其应用极限达到30nm，很有希望突破遇到的光刻障碍。现在除了业界看好的沉浸光刻技术外，正在研究的其他新工艺也比较多。别如电子束技术、微型电子束阵列和X射线等等。

　　3结论

　　21世纪社会将成为一个信息化的社会，微电子技术在信息化社会发展中将占有及其重要的位置，同时也将成为本世纪最为活跃的科技领域。本文对微电子技术的发展状况进行了分析，同时展望了微电子技术未来的发展方向。

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　　来源：卷宗 2014年9期

　　作者：赖晓丽