試談微電子技術(shù)的應(yīng)用研究與發(fā)展

作者/李昂，西安電子科技大學(xué)

試談微電子技術(shù)的應(yīng)用研究與發(fā)展

作者/李昂，西安電子科技大學(xué)

隨著現(xiàn)代科技水平的提高，微電子技術(shù)發(fā)展速度很快，對電子科技產(chǎn)業(yè)的發(fā)展起到了很好的促進(jìn)作用。當(dāng)前，信息時代進(jìn)程加快，世界范圍內(nèi)信息產(chǎn)業(yè)發(fā)展速度比較快，作為儲存、處理與信息加工的重要載體，芯片對信息產(chǎn)業(yè)發(fā)展的具有不可替代的作用與地位。芯片制造技術(shù)，就是微電子技術(shù)，所以，在新時期信息時代，微電子技術(shù)成為科技產(chǎn)業(yè)發(fā)展的關(guān)鍵生產(chǎn)要素?；诖?，本文主要論述了微電子技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用研究的相關(guān)知識，希望對相關(guān)領(lǐng)域研究有幫助。

微電子技術(shù)；應(yīng)用研究；發(fā)展

引言

對于高科技與信息產(chǎn)業(yè)而言，微電子技術(shù)是其核心技術(shù)。微電子技術(shù)滲透性非常強(qiáng)，發(fā)展速度快，與其它學(xué)科融合后，形成新的學(xué)科與重要經(jīng)濟(jì)增長點，對推動著國民經(jīng)濟(jì)與科技的發(fā)展具有重要意義。

1.微電子技術(shù)的內(nèi)涵

伴隨集成電路，特別是超大型規(guī)模集成電路的發(fā)展，新技術(shù)孕育而生，這就是微電子技術(shù)。該技術(shù)主要包含電路系統(tǒng)設(shè)計、器件物理、工藝技術(shù)、制備材料、自動測試、封裝及組裝等相關(guān)專業(yè)技術(shù)，在微電子學(xué)領(lǐng)域中，該技術(shù)是各項工藝技術(shù)的統(tǒng)稱。微電子技術(shù)是以集成電路為主的各類半導(dǎo)體器件為基礎(chǔ)的一種高新電子技術(shù)，具有體積小、重量輕、可靠性高、效率快等特點，其對信息時代的發(fā)展具有非常重要的意義。

2.微電子技術(shù)發(fā)展的現(xiàn)狀分析

隨著信息時代的來臨，微電子技術(shù)進(jìn)入全面高速發(fā)展時期。縱觀其發(fā)展歷史，上世紀(jì)50年代，貝爾實驗室晶體管的發(fā)明，標(biāo)志著微電子技術(shù)正式誕生。隨后幾年時間，科學(xué)家們又發(fā)明了集成電路，為計算機(jī)發(fā)明提供了重要技術(shù)支撐。到上世紀(jì)70年代，微型計算機(jī)的問世，表示微電子技術(shù)進(jìn)入空前發(fā)展時期，直到現(xiàn)在，以集成電路為核心的微電子技術(shù)，經(jīng)過科學(xué)家的不斷優(yōu)化改進(jìn)，該技術(shù)集成化程度提高了500多萬倍，體積也縮小了200倍，一個獨立的集成片能夠集成上億個集成管。自改革開放以來，我國微電子技術(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)字信號處理器等方面，芯片設(shè)計水平發(fā)展速度比較快，其中某些核心芯片研發(fā)更是實現(xiàn)了很大突破。我國微電子技術(shù)也不斷由模仿向創(chuàng)新發(fā)展。盡管自改革開放以來，我國微電子技術(shù)發(fā)展速度比較快，但相較之西方發(fā)達(dá)國家，依然存在很大差距。因而，針對微電子技術(shù)研發(fā)，我國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，以此為我國微電子技術(shù)發(fā)展奠定良好基礎(chǔ)。

3.微電子技術(shù)應(yīng)用研究分析

■3.1 生活領(lǐng)域應(yīng)用

在生活領(lǐng)域，微電子隨處可見，技術(shù)應(yīng)用廣泛。在美國，計算機(jī)每年完成的工作量比4000億人工工作量還高；在日本，每一家庭平均擁有100個芯片，不論電視、洗衣機(jī)、手機(jī)、電腦、銀行卡、信用卡、智能卡、電子手表及玩具等日常生活電器消耗品，還是傳統(tǒng)汽車、印刷、國防導(dǎo)彈、衛(wèi)星及火箭等工業(yè)，都與芯片有著非常緊密的聯(lián)系，應(yīng)用非常廣泛。微電子技術(shù)在人們生活領(lǐng)域得到了深入滲透，對生產(chǎn)生活具有非常重要的影響，與社會之間形成了一種相互依存的關(guān)系。

■3.2 工業(yè)制造領(lǐng)域的應(yīng)用

隨著社會經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，一定程度上，為工業(yè)制造產(chǎn)業(yè)創(chuàng)造了更好的發(fā)展機(jī)遇。面對全球工業(yè)革命，傳統(tǒng)落后工業(yè)生產(chǎn)制造模式以無法滿足社會發(fā)展需求，為了更好的順應(yīng)時代潮流，當(dāng)前很多工業(yè)制造企業(yè)已經(jīng)開始重視微電子技術(shù)設(shè)備的引進(jìn)，在此基礎(chǔ)上提升企業(yè)生產(chǎn)效率與產(chǎn)品精確度，增強(qiáng)企業(yè)產(chǎn)品市場競爭力，從而推動企業(yè)自身獲得可持續(xù)發(fā)展，例如，汽車制造行業(yè)，為微電子技術(shù)為基礎(chǔ)的防盜監(jiān)控系統(tǒng)。引入微電子技術(shù)，研發(fā)出電子引擎監(jiān)控系統(tǒng)，使得引擎難控制問題得到有效解決；汽車監(jiān)控系統(tǒng)中引入微電子技術(shù)，汽車一旦被偷盜，該電子防盜系統(tǒng)就會立即發(fā)出警報信號。當(dāng)前，值得注意的是，西方發(fā)達(dá)國家開始把汽車電子防盜系統(tǒng)與車主手機(jī)連接在一起，如果汽車遭到盜竊，其電子監(jiān)控系統(tǒng)就會在最短時間內(nèi)為車主手機(jī)推送信息，車主隨時掌握汽車情況。目前，我國也開始研發(fā)此項技術(shù)，相信未來，該技術(shù)將廣泛應(yīng)用于我國汽車制造行業(yè)，使得汽車整體安全性能得到提高。

■3.3 軍工產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用

微電子不但廣泛應(yīng)用于生活、工業(yè)制造等領(lǐng)域，在軍工產(chǎn)業(yè)也具有非常重要的地位與作用。眾所周知，隨著現(xiàn)代科技水平的提高，軍事裝備的信息水平直接決定著現(xiàn)代軍事力量的強(qiáng)弱。如果一個國家在軍事裝備中融入了較多的現(xiàn)代微電子技術(shù)，在戰(zhàn)爭中就會搶得先機(jī)。比如，以來微電子技術(shù)，借助遠(yuǎn)程計算機(jī)對無人戰(zhàn)斗機(jī)進(jìn)行控制，這就是微電子技術(shù)應(yīng)用的實際案例。另外，偵察機(jī)數(shù)字地圖裝置，可以士兵野外訓(xùn)練提供更加準(zhǔn)確的天氣、情報、敵軍位置及周邊地形等數(shù)據(jù)信息等。利用無線計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，及時將獲得的數(shù)據(jù)信息傳遞給指揮中心，為制定軍事方案提供重要數(shù)據(jù)參考。隨著微電子技術(shù)的快速發(fā)展，在國防領(lǐng)域，微電子應(yīng)用深度不斷擴(kuò)大，使保家衛(wèi)國有了堅強(qiáng)后盾支持。

■3.4 微機(jī)電系統(tǒng)的應(yīng)用

目前，隨著微電子技術(shù)的快速發(fā)展，應(yīng)用領(lǐng)域更加廣泛，除了日常生活、工業(yè)制造及軍工等領(lǐng)域，科研方面應(yīng)用也非常明顯。該技術(shù)的快速發(fā)展，系統(tǒng)芯片SOC成為微電子技術(shù)未來發(fā)展與應(yīng)用的新方向。而系統(tǒng)芯片，是伴隨微電子工藝向納米技術(shù)的轉(zhuǎn)移，設(shè)計復(fù)雜性與難度提高，在芯片上制作新產(chǎn)品系統(tǒng)，該芯片就是系統(tǒng)芯片。未來，系統(tǒng)芯片將成為微電子技術(shù)發(fā)展的重要方向之一，會迎來長期發(fā)展階段。

MEMS微機(jī)電系統(tǒng)是一種近年來出現(xiàn)的新型、多學(xué)科交叉技術(shù)，其涉及學(xué)科領(lǐng)域廣，包含機(jī)械、化學(xué)、電子、物理、生物、光學(xué)及材料等。當(dāng)前，微機(jī)電系統(tǒng)研究獲得了很大的成果，為未來人類生活的影響非常重要。微傳感器方面，借助物質(zhì)各類特性，微機(jī)電系統(tǒng)研發(fā)出不同微型傳感器；微執(zhí)生器方面，由微閥、微型馬達(dá)、微泵及各類專用微型機(jī)械等，共同構(gòu)成了微化學(xué)系統(tǒng)。另外，DNA反應(yīng)室方面的應(yīng)用也是不容忽視的。

微機(jī)電系統(tǒng)技術(shù)為微電子技術(shù)帶來了新的經(jīng)濟(jì)增長點，實現(xiàn)了機(jī)電一體化，為傳統(tǒng)機(jī)械領(lǐng)域開辟了新的發(fā)展渠道。所以，該系統(tǒng)被稱之為微電子技術(shù)的一項新革命，對21世紀(jì)人類科技發(fā)展帶來了很大的影響，同時對人類生產(chǎn)與生活方式的影響也是不容忽視的。MEMS機(jī)電一體化產(chǎn)品體積小、重量輕，量度單位為微米。起源于硅微細(xì)加工技術(shù)，是由微電子、機(jī)械、材料、傳感器、化學(xué)及自控等多學(xué)交叉而成的。傳統(tǒng)MEMS技術(shù)在軍事領(lǐng)域領(lǐng)域較多，經(jīng)過深入發(fā)展，該技術(shù)在電子消費類產(chǎn)品領(lǐng)域開始大量投產(chǎn)，進(jìn)入并廣泛應(yīng)用于家電領(lǐng)域。該技術(shù)可用于其次、機(jī)械、電子、光學(xué)、醫(yī)藥生物、軍事、航空航天及消費類家電等。隨著現(xiàn)代科技水平的不斷提高，微電子研究人員在基礎(chǔ)微電子研究領(lǐng)域，提出了分子電子構(gòu)想，但目前還沒有明確其可轉(zhuǎn)換性。微電子領(lǐng)域，新的技術(shù)亮點勢在必行，比如超導(dǎo)、有機(jī)及納米等微電子技術(shù)的成功研制。

4.未來微電子技術(shù)的發(fā)展趨勢分析

微電子技術(shù)研發(fā)從未中斷，人們對該技術(shù)的需求還在不斷提高，所以在未來，微電子技術(shù)發(fā)展局面是非常廣闊的。

■4.1 工藝尺寸縮小，集成化程度提高

微電子技術(shù)發(fā)展，以其主要特點為契機(jī)，進(jìn)行不斷完善，不斷銼削工藝尺寸，集成化程度日益提高。工藝尺寸縮小的同時，集成化程度得到提高，集成規(guī)模不斷擴(kuò)大。工藝尺寸的縮小，接觸電阻、遷移率退化及可靠性等方面問題也將隨之而來。針對此問題，微電子技術(shù)通過超淺結(jié)技術(shù)使電阻降低，采用高遷移率材料預(yù)防遷移退化問題的出現(xiàn)。

■4.2 積極應(yīng)用新材料

微電子技術(shù)選用以硅原料為主制成的芯片，該技術(shù)快速發(fā)展的同時，新材料應(yīng)用比例大，從而為該技術(shù)穩(wěn)定、快速發(fā)展奠定良好基礎(chǔ)。選用高介電值柵介質(zhì)代替二氧化硅，該介質(zhì)同時可以有效預(yù)防晶體管發(fā)生漏電現(xiàn)象，以免引起嚴(yán)重的安全事故隱患。

■4.3 廣泛應(yīng)用綠色微電子技術(shù)

隨著時代的進(jìn)步，社會經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展，能源需求量不斷提高，但能源并非用之不盡的。微電子技術(shù)功耗問題，是該技術(shù)長期以來一直存在的缺陷，隨著功耗的不斷提高，導(dǎo)致集成電路被損壞。所以，在未來微電子技術(shù)將實現(xiàn)綠色發(fā)展目標(biāo)，也就是對功耗低的綠色集成電路加大研發(fā)力度。

5.結(jié)束語

綜上所述，在現(xiàn)代科技中，微電子技術(shù)是重要的技術(shù)基礎(chǔ)與核心，其發(fā)展水平與產(chǎn)業(yè)規(guī)模，直接標(biāo)志著國家的綜合經(jīng)濟(jì)實力。當(dāng)今世界，全面進(jìn)入信息化時代，微電子技術(shù)依然是最為重要、最具活力的一項高科技技術(shù)，必須要重視該技術(shù)的發(fā)展，為人類社會信息化發(fā)展目標(biāo)的實現(xiàn)奠定良好基礎(chǔ)。

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