微電子技術的現(xiàn)狀及其發(fā)展趨勢

程曉芳

(陜西國防工業(yè)職業(yè)技術學院，陜西西安710300)

微電子技術是建立在以集成電路為核心的各種半導體器件基礎上的高新電子技術，特點是體積小、重量輕、可靠性高、工作速度快，微電子技術對信息時代具有巨大的影響。

1 微電子技術的發(fā)展歷史和現(xiàn)狀

微電子技術是19世紀末，20世紀初開始發(fā)展起來的新興技術，它在20世紀迅速發(fā)展，成為近代科技的一門重要學科。其發(fā)展史實際就是集成電路的發(fā)展史。

衡量微電子技術發(fā)展的重要標志是大規(guī)模集成電路的集成度，至今為止微電子技術的發(fā)展基本上都在遵循著“摩爾定律”，即單個芯片上的器件數(shù)每18個月增長1倍，DRAM儲存量3年提高到原來的4倍，其發(fā)展歷程如下。1947年底，美國貝爾實驗室研制成了世界上第一個晶體管，微電子技術開始萌芽。體積微小的晶體管使集成電路的出現(xiàn)有了可能。之后，美國得克薩斯儀器公司的基比爾于1958年制成了第一個集成電路的模型，1959年德州儀器公司宣布發(fā)明集成電路。同年，美國著名的仙童子公司將一整套制造微型晶體管的“平面工藝”移到集成電路的制作中，很快集成電路由實驗室實驗階段轉到工業(yè)生產(chǎn)階段。1962年MOS場效應管試制成功，1964年成功制出PMOS集成電路。與分立元件電路相比，集成電路的體積大大減小，同時功耗低，可靠性好，工藝簡單，更適合于大量生產(chǎn)。

至今集成電路的集成度已提高了500萬倍左右，特征尺寸縮小了近200倍，單個器件成本下降了約100萬倍，單片集成度達到數(shù)億個晶體管。

2 微電子技術的應用

微電子技術的應用非常廣泛，可以說微電子無處不在。美國每年由計算機完成的工作量超過4 000億人的手工工作量;日本每個家庭平均擁有100個芯片;無論是日常生活的電視機，洗衣機，手機，計算機，銀行儲蓄卡和信用卡，小區(qū)智能卡，電子手表，玩具等家用消耗品，還是大到傳統(tǒng)工業(yè)的汽車工業(yè)、印刷工業(yè)和國防工業(yè)的導彈、衛(wèi)星、火箭等都離不開這小小的芯片，可以說應用及其廣泛。微電子技術滲透到了人們生活的各個領域，在人們的生產(chǎn)生活中發(fā)揮著極其重要的作用，已經(jīng)和社會建立了一種相互依存的某種關系。

集成電路被廣泛應用于社會的各個行業(yè)。微電子技術對各種傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)具有強有力的帶動作用，幾乎所有的傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)與微電子技術結合，利用芯片更新技術，都可給傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)注入活力。例如，像汽車的電子化使傳統(tǒng)的汽車工業(yè)滲透進了微電子技術，采用微電子技術的電子引擎監(jiān)控系統(tǒng)、汽車安全防盜系統(tǒng)、出租車的計價器等已得到廣泛應用，現(xiàn)代汽車上有時甚至要有十幾個到幾十個微處理器［1］。又如，印刷工業(yè)采用了微電子技術排版不再采用鉛字，文字的增添、刪除、編排，字體的選取等都在計算機上進行，在很短的時間內就可以全部按需要設置完成，與傳統(tǒng)印刷工業(yè)改動一字就要涉及全局已不可同日而語。

集成電路的應用不僅在工業(yè)方面，在商業(yè)方面，由于微電子技術及計算機的應用，使傳統(tǒng)的賬冊產(chǎn)生了根本的變化，賬目的登錄、統(tǒng)計、查詢、存儲都產(chǎn)生了根本的改變，于是有了大超市、大商場，這在20年前是不可想象的。如果說傳統(tǒng)行業(yè)引入微電子技術后提高了生產(chǎn)效率，那么微電子技術與其他技術的結合和滲透又發(fā)展成新的技術。

微電子技術在輕武器中的許多應用正在研制中，如數(shù)字地圖計劃:為了給士兵提供需要的一切信息，可把天氣數(shù)據(jù)、情報、敵友軍的位置、空中成像等一切信息融合到一起，以數(shù)字方式存儲，并通過無線計算機網(wǎng)絡送到任何需要的地方，甚至是前線。如果將這種數(shù)字地圖直接接入武器，不僅可以大大提高武器的精度，而且能使后勤得到可靠保障。隨著電子、材料、光學、機械等各方面技術的發(fā)展，微電子技術必將廣泛地應用于輕武器，發(fā)揮更大的作用。

總之，微電子技術已經(jīng)滲透到諸如現(xiàn)代通信、計算機技術、醫(yī)療衛(wèi)生、環(huán)境工程、能源、交通、自動化生產(chǎn)等各個方面，成為一種既代表國家現(xiàn)代化水平又與人民生活息息相關的高新技術。

3 國內微電子技術的發(fā)展現(xiàn)狀

近幾年，在國家相關政策的大力支持下，國內硅基微電子技術水平不斷提高，與國際先進水平的距離逐漸縮小。

我國微電子技術發(fā)展的特點:一、超深亞微米集成技術研究逐漸接近國際先進水平。二、集成電路設計水平提高，規(guī)模增大。經(jīng)過近幾年的發(fā)展，芯片設計水平明顯提高，目前我國自主設計的芯片產(chǎn)品已涉及CPU、數(shù)字信號處理器、高端IC卡、數(shù)字電視和多媒體、3G手機以及信息安全等六大領域。IC設計水平已達到0.13 μm，具有自主知識產(chǎn)權的核心芯片的開發(fā)及其產(chǎn)業(yè)化也取得了可觀的突破。逐漸從過去的“低端模仿”走向以技術創(chuàng)新為主的“高端替代”。

微電子技術是當代科學技術中發(fā)展速度最快的技術之一，但是由于我國的微電子技術與國際先進水平差距較大，要在短期內趕上或超過是很不現(xiàn)實的，我國微電子各方面都落后于國外。國家正在逐步加大扶持力度，制定一系列相關政策去吸引資金和人才，形成可持續(xù)發(fā)展的微電子產(chǎn)業(yè)和科研體系。

4 微電子技術的發(fā)展趨勢

21世紀的微電子技術將從目前的3G時代逐步發(fā)展到3T時代，即存儲量由Gb發(fā)展到Tb，集成電路中器件的速度由GHz發(fā)展到THz，數(shù)據(jù)傳輸速率由Gbps發(fā)展到Tbps。

以硅基CMOS電路為主流工藝，21世紀硅微電子技術的發(fā)展趨勢主要體現(xiàn)在三方面:一是繼續(xù)增大晶圓尺寸和縮小器件的特征尺寸。發(fā)達國家和地區(qū)正在向納米階段進軍。二是集成電路(IC)將發(fā)展成為系統(tǒng)集成芯片(SOC)。SOC進一步發(fā)展，可以將各種物理的、化學的和生物的敏感器和執(zhí)行器與信息處理系統(tǒng)集成在一起，從而完成從信息獲取、處理、存儲、傳輸?shù)綀?zhí)行的系統(tǒng)功能，這是一個更廣義上的系統(tǒng)集成芯片。SOC是微電子設計領域的一場革命，21世紀將是SOC技術真正快速發(fā)展的時期。三是微電子技術與其它學科相結合。典型例子是微機電系統(tǒng)技術(MEMS)和生物芯片［2］。前者是微電子技術與機械、材料、傳感器等多學科交叉產(chǎn)生的，后者則是與生物工程技術結合的產(chǎn)物。

21世紀人類將全面進入信息化社會，對微電子信息技術將不斷提出更高的發(fā)展要求，微電子技術仍將繼續(xù)是21世紀中最為重要的和最有活力的高科技領域之一。

［1］余修武.微電子技術與新技術革命［J］.制造業(yè)自動化，2010，32(11):95 －96.

［2］宋奇.淺談微電子技術的應用［J］.數(shù)字電子技術與應用，2011(3):153.