試談微電子技術(shù)的應(yīng)用研究與發(fā)展

李超

摘要：隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，微電子技術(shù)發(fā)展迅速，對(duì)推動(dòng)電子科技產(chǎn)業(yè)的發(fā)展起到了很好的作用。目前，信息時(shí)代正在加速，信息產(chǎn)業(yè)在世界范圍內(nèi)發(fā)展更快。芯片作為存儲(chǔ)、處理和信息處理的重要載體，在信息產(chǎn)業(yè)的發(fā)展中發(fā)揮著不可替代的作用和地位。芯片制造技術(shù)是微電子技術(shù)。因此，微電子技術(shù)已經(jīng)成為新信息時(shí)代科技產(chǎn)業(yè)發(fā)展的關(guān)鍵因素?；诖耍疚闹饕撌隽宋㈦娮蛹夹g(shù)的發(fā)展與應(yīng)用研究的相關(guān)知識(shí)，希望對(duì)相關(guān)領(lǐng)域研究有幫助。

關(guān)鍵詞：微電子技術(shù)；應(yīng)用研究；發(fā)展

中圖分類(lèi)號(hào)：TF264 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：2095-3178（2018）20-0297-01

導(dǎo)言：

微電子學(xué)作為科學(xué)技術(shù)發(fā)展的最新產(chǎn)物，對(duì)人類(lèi)生產(chǎn)和生活領(lǐng)域有著直接而重要的影響。20世紀(jì)40年代后期，晶體管的發(fā)明將微電子技術(shù)帶入了時(shí)代的發(fā)展。經(jīng)過(guò)半個(gè)世紀(jì)的不懈努力和技術(shù)創(chuàng)新，現(xiàn)代微電子技術(shù)已經(jīng)廣泛應(yīng)用于各個(gè)領(lǐng)域。微電子技術(shù)不僅是科學(xué)發(fā)展的基礎(chǔ)，也是時(shí)代的高科技。微電子技術(shù)的出現(xiàn)極大地推動(dòng)了通信技術(shù)、遙測(cè)傳感技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、航空航天技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)科技與家用電器產(chǎn)業(yè)的急速發(fā)展，現(xiàn)代化的戰(zhàn)爭(zhēng)逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)閼?yīng)用電子、信息的高科技戰(zhàn)爭(zhēng)。

1 微電子技術(shù)的概念與發(fā)展現(xiàn)狀

1.1 微電子技術(shù)概述

微電子技術(shù)的發(fā)展極大地改變了人們的生活方式。微電子技術(shù)的核心在于集成電路的設(shè)計(jì)和制造。集成電路的發(fā)展是半導(dǎo)體器件的不斷發(fā)展。微電子技術(shù)具有傳統(tǒng)電子技術(shù)所不具備的優(yōu)勢(shì)和特點(diǎn)：微電子技術(shù)主要通過(guò)固體中的微電子運(yùn)動(dòng)來(lái)實(shí)現(xiàn)信息處理或信息處理；微電子信號(hào)傳輸可以在非常小的規(guī)模上進(jìn)行；微電子技術(shù)可將某個(gè)子系統(tǒng)或電子功能部件集成于芯片當(dāng)中，具有較高的集成性，也具有較為全面的功能性；微電子技術(shù)可在晶格級(jí)微區(qū)進(jìn)行工作。

1.2 微電子技術(shù)發(fā)展歷程概述

微電子技術(shù)開(kāi)始于20世紀(jì)末期，晶體管的發(fā)明引起了革命性的進(jìn)展。晶體管由巴丁、布萊頓與肖克萊在1947年發(fā)明，為微電子技術(shù)的后來(lái)發(fā)展奠定了基礎(chǔ)。20世紀(jì)50年代是微電子技術(shù)快速發(fā)展的時(shí)期，集成電路的出現(xiàn)引領(lǐng)了電子技術(shù)的革命。70年代可以說(shuō)是微電子技術(shù)發(fā)展的高峰。微型計(jì)算機(jī)的出現(xiàn)奠定了微電子技術(shù)在高新技術(shù)中的核心地位。自21世紀(jì)以來(lái)，微電子技術(shù)被廣泛應(yīng)用，不僅作為發(fā)展的基礎(chǔ)，也作為高科技產(chǎn)品。計(jì)算機(jī)、移動(dòng)電話和家用電器等各個(gè)領(lǐng)域的產(chǎn)品的制造和生產(chǎn)離不開(kāi)微電子技術(shù)的支持。微電子技術(shù)也應(yīng)用到了國(guó)防工業(yè)、印刷工業(yè)、汽車(chē)工業(yè)等工業(yè)生產(chǎn)建設(shè)中，其核心技術(shù)成為了行業(yè)的發(fā)展支柱。然而，隨著時(shí)代的快速發(fā)展，國(guó)內(nèi)微電子技術(shù)應(yīng)該抓住發(fā)展機(jī)遇，通過(guò)創(chuàng)新研究和功能實(shí)踐改變國(guó)內(nèi)微電子技術(shù)最初發(fā)展的弊端，與社會(huì)形成相互依存的關(guān)系，實(shí)現(xiàn)微電子技術(shù)的可持續(xù)發(fā)展。微電子技術(shù)在中國(guó)的許多領(lǐng)域都取得了顯著的成就，尤其是集成納米技術(shù)的研究取得了突破，這擴(kuò)大了集成的規(guī)模。其中，華為已經(jīng)在移動(dòng)芯片領(lǐng)域處于國(guó)際領(lǐng)先地位，其海斯芯片已經(jīng)可以與高通、三星和其他芯片相媲美。

2 微電子技術(shù)發(fā)展的現(xiàn)狀分析

然而，隨著信息時(shí)代的到來(lái)，微電子技術(shù)進(jìn)入了一個(gè)全面高速發(fā)展的時(shí)期?？v觀其發(fā)展歷史，貝爾實(shí)驗(yàn)室晶體管的發(fā)明標(biāo)志著微電子技術(shù)的正式誕生。在接下來(lái)的幾年里，科學(xué)家發(fā)明了集成電路，為計(jì)算機(jī)發(fā)明提供了重要的技術(shù)支持。到了20世紀(jì)70年代，微型計(jì)算機(jī)的出現(xiàn)表明微電子技術(shù)已經(jīng)進(jìn)入了一個(gè)前所未有的發(fā)展時(shí)期，到目前為止，微電子技術(shù)以集成電路為核心，經(jīng)過(guò)科學(xué)家的不斷優(yōu)化改進(jìn)，該技術(shù)集成化程度提高了 500 多萬(wàn)倍，體積也縮小了 200 倍，一個(gè)獨(dú)立的集成片能夠集成上億個(gè)集成管。自改革開(kāi)放以來(lái)，我國(guó)微電子技術(shù)獲得了較快的發(fā)展?，F(xiàn)代科技水平的提高，國(guó)內(nèi)微電子基礎(chǔ)超深亞微米集成技術(shù)水平不斷提高，集成規(guī)模不斷擴(kuò)大。在 3G 手機(jī)、多媒體設(shè)備、數(shù)字信號(hào)處理器等方面，芯片設(shè)計(jì)水平發(fā)展速度比較快，其中某些核心芯片研發(fā)更是實(shí)現(xiàn)了很大突破。我國(guó)微電子技術(shù)也不斷由模仿向創(chuàng)新發(fā)展。盡管自改革開(kāi)放以來(lái)，我國(guó)微電子技術(shù)發(fā)展速度比較快，但相較之西方發(fā)達(dá)國(guó)家，依然存在很大差距。因而，針對(duì)微電子技術(shù)研發(fā)，我國(guó)要加大資金投入與政策支持，建立健全微電子技術(shù)研發(fā)體系，以此為我國(guó)微電子技術(shù)發(fā)展奠定良好基礎(chǔ)。

3 微電子技術(shù)的限制因素及發(fā)展方向

3.1 材料限制

到目前為止，微電子技術(shù)的常用材料是硅晶體，但是硅晶體材料的一些固有特性限制了微電子技術(shù)的快速發(fā)展。因此，如果微電子工業(yè)想要繼續(xù)發(fā)展，它必須更新用于制造微電子電路的材料。研究人員試圖用氧化物半導(dǎo)體材料、超導(dǎo)材料和金剛石材料代替硅晶體來(lái)制造集成電路，這有望突破一直困擾微電子工業(yè)的材料難題。碳納米管制成晶體管，這又是半導(dǎo)體技術(shù)的又一大突破，而且由碳納米管研制出分子內(nèi)邏輯電路的電壓反向器 （非門(mén)） 。在這種新納米管電路中，總輸出信號(hào)大于總輸入信號(hào)，表明存在放大功能，當(dāng)碳納米管的放大作用與硅晶體管媲美時(shí)，它將以更小的尺寸替代硅晶體，從而推動(dòng)微電子技術(shù)進(jìn)一步發(fā)展。

3.2 物理規(guī)律限制

硅基互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體 （CMOS） 是現(xiàn)階段微電子技術(shù)的發(fā)展基礎(chǔ)，現(xiàn)代的科學(xué)研究力求提升集成電路的集成性能，增加芯片的元件容量。而集成電路性能的提高需要對(duì)元器件進(jìn)行合理的縮小，尋求集成電路最佳工作電壓。

3.3 更新微電子電路的制造材料

到目前為止，隨著集成電路技術(shù)的不斷發(fā)展，傳統(tǒng)的硅晶體暴露出越來(lái)越多的缺陷。研究微電子技術(shù)的科學(xué)家正在尋找新材料來(lái)取代硅晶體，從而打破了硅晶體在集成電路上的局限性。用砷化鎵和磷化銦等氧化物半導(dǎo)體材料、超導(dǎo)材料和金剛石材料制造微電子集成電路，可以大大提高集成電路的抗輻射能力、開(kāi)關(guān)速度和工作溫度，擴(kuò)大集成電路的應(yīng)用條件。與此同時(shí)，“生物芯片”的相關(guān)研究也取得了突破性的成就，利用有機(jī)物元原子在化學(xué)鏈中能儲(chǔ)存信息的特點(diǎn)，制造出“生物芯片”。

3.4 塑料半導(dǎo)體技術(shù)

塑料半導(dǎo)體技術(shù)主要是通過(guò)半導(dǎo)體技術(shù)和有機(jī)化學(xué)相結(jié)合而獲得的。晶體管由塑料制成，這也不同于硅元素半導(dǎo)體。由于其不同的材料，它也可以被稱(chēng)為塑料晶體管或有機(jī)薄膜晶體管，并且制造晶體的方法已經(jīng)增加。

3.5 碳納米管

納米技術(shù)隨著IC線寬的變小而宣布終結(jié)。為了克服工藝技術(shù)的一些問(wèn)題，相關(guān)研究人員開(kāi)始探索，哪些材料能解決納米時(shí)代所遺留下來(lái)的問(wèn)題。通過(guò)大量探索，最終將目光轉(zhuǎn)移到電子學(xué)上，將微電子技術(shù)與碳納米管相結(jié)合，并用晶體管取代碳納米管，無(wú)論是在鋰離子電池還是在微電子組件中都能運(yùn)用該項(xiàng)成果。對(duì)于計(jì)算機(jī)而言，或門(mén)、與門(mén)以及非門(mén)所組成的電路是其核心所在，將碳納米管應(yīng)用其中后能進(jìn)一步加強(qiáng)其輸入信號(hào)的強(qiáng)度，若其放大作用能與晶體管相同，其功能則與相同?？芍技{米管能夠代替晶體管確保摩爾定律能夠維持下去，最終令微電子技術(shù)取得更進(jìn)一步的發(fā)展。

4 結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，在現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)中，微電子技術(shù)是重要的技術(shù)基礎(chǔ)和核心，其發(fā)展水平和產(chǎn)業(yè)規(guī)模直接表明了國(guó)家的綜合經(jīng)濟(jì)實(shí)力。在當(dāng)今世界，全面進(jìn)入信息時(shí)代，微電子技術(shù)仍然是最重要和最具活力的高科技技術(shù)。我們必須重視這項(xiàng)技術(shù)的發(fā)展，為實(shí)現(xiàn)人類(lèi)社會(huì)的信息發(fā)展目標(biāo)打下良好的基礎(chǔ)。

參考文獻(xiàn)

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