微電子技術(shù)與集成電路

1、微電子技術(shù)與集成電路經(jīng)過多周對專業(yè)課的學(xué)習(xí)，我逐步了解了自己的專業(yè)內(nèi)容和學(xué)習(xí)、就業(yè)方向。在本文中將從以下幾個(gè)方面談?wù)勛约簩I(yè)的認(rèn)識。微電子技術(shù)的形成微電子技術(shù)是在電子電路和系統(tǒng)的超小型化和微型化過程中逐漸形成和發(fā)展起來的，第二次大戰(zhàn)中、后期，由于軍事需要對電子設(shè)備提出了不少具有根本意義的設(shè)想，并研究出一些有用的技術(shù)。1947年晶體管的發(fā)明，后來又結(jié)合印刷電路組裝使電子電路在小型化的方面前進(jìn)了一大步。到1958年前后已研究成功以這種組件為基礎(chǔ)的混合組件。集成電路技術(shù)是通過一系列特定的加工工藝，將晶體管、二極管等有源器件和電阻、電容等無源器件，按照-定的電路互連，“集成”在一塊半導(dǎo)體單晶片上，執(zhí)

2、行特定電路或系統(tǒng)功能。由此可以看出微電子學(xué)的主體部分就是關(guān)于集成電路的技術(shù)，微電子學(xué)的突破之處在于集成電路的設(shè)計(jì)、改良、創(chuàng)新、提高品質(zhì)等。微電子學(xué)概念微電子學(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，它主要研究電子或離子在固體材料中的運(yùn)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)。在信息領(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)，其發(fā)展直接影響著整個(gè)信息技術(shù)的發(fā)展。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

3、系統(tǒng)的設(shè)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。另外，微電子學(xué)與其他學(xué)科間的交叉也十分緊密，比如，近幾年興起的生物芯片、微機(jī)電系統(tǒng)都是典型代表，這些全建立在微電子技術(shù)之上。微電子技術(shù)與大規(guī)模集成電路1）小型化集成系統(tǒng)微電子學(xué)給人類帶來了半個(gè)世紀(jì)的繁榮。目前國際上集成電路生產(chǎn)線已普遍采用8圓片，0.35um工藝。我國集成電路的大生產(chǎn)水平發(fā)展也很快。1995年已經(jīng)達(dá)到了61.2um的水平，IC產(chǎn)量到2000年可望達(dá)到年產(chǎn)10億塊。1995年4月，中科院微電子中心已開發(fā)出0.8um的CMO

4、S工藝，在5.0X5.7mm面積上集成了26000只晶體管、輸出管腳數(shù)為72，制成了通用的模糊控制集成塊。2）高密度電子組裝技術(shù)集成電路IC實(shí)際上完成了芯片級的電子組裝，有著極高的互聯(lián)密度。那么，能不能將高集成鵲胨SI/VLSI/ULSI（大規(guī)模/超大規(guī)模/特大規(guī)模集成電路）和ASIC/FPGA/EPLD（專用IC/現(xiàn)場可編程門陣列/電可擦除可編程的邏輯器件）等組裝在一起實(shí)現(xiàn)集成電路的功能集成呢？這就是SMT（表面安裝技術(shù)）、HWSI（混合大圓片規(guī)模集成技術(shù)）和3D（三維組裝技術(shù)）。這些技術(shù)，推動(dòng)著電子設(shè)備和產(chǎn)品繼續(xù)向薄輕短小發(fā)展，在片狀元件的小型化和自動(dòng)安裝設(shè)備所能處理的元件尺寸已瀕臨極限的

5、今天，起著關(guān)鍵的作用。進(jìn)入90年代，代表性技術(shù)則輪到了MCM，人稱多芯片組裝時(shí)代，到2000年即下世紀(jì)初，將是WSI/HWSI/3D時(shí)代！WSI是將復(fù)雜的電子電路集成在一個(gè)大圓片上。將IC芯片，MCM和WSI進(jìn)行三維迭裝的3D組裝突破了二維的限制，使組裝密度更上一層樓。3）納米電子學(xué)近幾十年來，電子計(jì)算機(jī)已歷經(jīng)了幾代的更迭，而代代更迭都是以存儲或處理信息的基本電子學(xué)單元的尺度變化為標(biāo)志的。從80年代開始，科學(xué)家開始探索特征尺寸為納米量級的電子學(xué)，納米電子學(xué)主要研究以掃描隧道顯微鏡為工具的單原子或單分子操縱技術(shù)。這些技術(shù)都有可能在納米量級進(jìn)行加工，目前已形成納米量級的、信息存儲器，存儲狀態(tài)已維持

6、一個(gè)月以上，希圖用此技術(shù)去制作16GB的存儲器。德國的?？怂共┦康戎瞥隽嗽娱_關(guān)，達(dá)到了比現(xiàn)今芯片高100萬倍的存儲容量，獲得了莫里斯獎(jiǎng)。量子力學(xué)告訴我們，電子與光同時(shí)都具有粒子波的特性，今天的微電子學(xué)和光電子器件將縮到。0.1線寬，電子的波動(dòng)性質(zhì)再也不能忽視，把電子視為一種純粹粒子的半導(dǎo)體理論基礎(chǔ)已經(jīng)動(dòng)搖。這時(shí)電子所表現(xiàn)出來的波動(dòng)特征和擁有的量子功能就是納米電子學(xué)的任務(wù)。納米電子學(xué)有更多誘人之處?？茖W(xué)家們已經(jīng)預(yù)言，納米電子學(xué)將導(dǎo)致一場電子技術(shù)的革命！集成電路的現(xiàn)狀現(xiàn)在集成電路產(chǎn)業(yè)產(chǎn)值年增長率三15%，在技術(shù)上，集成度以午增長率46%的速率持續(xù)發(fā)展，世界上還沒有一個(gè)產(chǎn)業(yè)能以這樣的速度持續(xù)發(fā)展。

7、1990年日本以集成電路為基礎(chǔ)的電子工業(yè)產(chǎn)值超過號稱為第一產(chǎn)業(yè)的汽車工業(yè)而成為第-一大產(chǎn)業(yè)。2000年以集成電路為基礎(chǔ)的電子信息產(chǎn)業(yè)成為世界第一大產(chǎn)業(yè)。集成電路的原料是地球上除氧以外含量最豐富的元素-硅，這樣一塊黑褐色小片，肉眼看上去.沒有任何令人滿意的地方，但經(jīng)過入們的創(chuàng)新設(shè)計(jì)和一系列創(chuàng)新的工藝技術(shù)加工制造，成為集成電路芯片將人類的智慧與創(chuàng)造固化在硅芯片上。集成電路產(chǎn)業(yè)對國民經(jīng)濟(jì)的戰(zhàn)略作用首先表現(xiàn)在當(dāng)代食物鏈關(guān)系上，現(xiàn)代經(jīng)濟(jì)發(fā)展的數(shù)據(jù)表明，GDP每增長100元，需要10元左右電子工業(yè)產(chǎn)值和1元-3元集成電路產(chǎn)值的支持。據(jù)美國半導(dǎo)體協(xié)會(huì)（SIA）預(yù)測，到2012年，集成電路全行業(yè)銷售額將達(dá)到1

8、萬億美元，它將支恃6萬億到8萬億美元的電子裝備、30萬億美元的電子信息服務(wù)業(yè)和約50萬億美元GDP。目前，集成電路在整機(jī)中的應(yīng)用，以計(jì)算機(jī)最大，通訊次之，第三位則是消費(fèi)類電子。集成電路枝術(shù)是一種使其他所有工業(yè)黯然失色，又使其他工業(yè)得以繁榮發(fā)展的技術(shù)，其設(shè)計(jì)規(guī)則從1959年以來40多年間縮小為原來的140分之一，而晶體管的平均價(jià)格降低為原來的百萬分之一。如果小汽年也按照此速度進(jìn)步的活，那么現(xiàn)在小汽年的價(jià)格只需1美分。對于我國的集成電路發(fā)展情況，首先要看看一般情況下集成電路制造技術(shù)的發(fā)展經(jīng)歷的6個(gè)階段：小規(guī)模集成電路（SSI）、中規(guī)模集成電路（MSI）、大規(guī)模集成電路（LSI）、超大規(guī)模集成電路（

9、VLSI）、特大規(guī)模集成電路（ULSI）和巨大規(guī)模集成電路（GSI）。與集成電路工業(yè)的發(fā)達(dá)地區(qū)相比，中國微電子技術(shù)產(chǎn)業(yè)現(xiàn)狀分為大陸和臺灣兩個(gè)不同的地區(qū)。中國臺灣地區(qū)因90年代其半導(dǎo)體工業(yè)進(jìn)入迅猛發(fā)展時(shí)期，且在19911997年間其工業(yè)規(guī)模年均增長率高達(dá)32%。臺灣已經(jīng)成為世界半導(dǎo)體制造中心和國際上主要的芯片供應(yīng)地。特別是在半導(dǎo)體晶片生產(chǎn)方面，其產(chǎn)量占全世界晶片產(chǎn)量的20%。中國大陸地區(qū)的集成電路起步于1965年。但在之后30年間發(fā)展緩慢，與世界發(fā)達(dá)國家和地區(qū)的差距愈拉愈遠(yuǎn)。到了“九五”計(jì)劃期間，國家加大投資,才拉開了新世紀(jì)中國內(nèi)地加速發(fā)展微電子產(chǎn)業(yè)的序幕。通過啟動(dòng)“909工程”，成功建成25條芯片制造線。中國集成電路市場持續(xù)快速增長。2003年中國集成電路產(chǎn)量為96.3億塊，產(chǎn)值達(dá)到1470億元。集成電路的發(fā)展趨勢1975年摩爾提出了關(guān)于集成電路集成度發(fā)展的“摩爾定律”，這個(gè)定律說，集成度（即電路芯片的電子器件數(shù)）每18個(gè)月翻一番，而價(jià)格保持不變甚至下降。幾十年的發(fā)展?fàn)顩r基本上符合了這個(gè)定律。由此可見這一領(lǐng)域發(fā)展速度之快，競爭之激烈。根據(jù)現(xiàn)代經(jīng)濟(jì)發(fā)展的數(shù)據(jù)可以預(yù)測未來的大體發(fā)展要求，即GDP每增長100元，需要10元左右電子工業(yè)產(chǎn)值和13元集成電路產(chǎn)值的支持。據(jù)美國半導(dǎo)體協(xié)會(huì)（SIA）預(yù)測，到2012年，集成電路全行業(yè)