程曉芳

(陜西國(guó)防工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院，陜西西安710300)

微電子技術(shù)是建立在以集成電路為核心的各種半導(dǎo)體器件基礎(chǔ)上的高新電子技術(shù)，特點(diǎn)是體積小、重量輕、可靠性高、工作速度快，微電子技術(shù)對(duì)信息時(shí)代具有巨大的影響。

1 微電子技術(shù)的發(fā)展歷史和現(xiàn)狀

微電子技術(shù)是19世紀(jì)末，20世紀(jì)初開始發(fā)展起來(lái)的新興技術(shù)，它在20世紀(jì)迅速發(fā)展，成為近代科技的一門重要學(xué)科。其發(fā)展史實(shí)際就是集成電路的發(fā)展史。

衡量微電子技術(shù)發(fā)展的重要標(biāo)志是大規(guī)模集成電路的集成度，至今為止微電子技術(shù)的發(fā)展基本上都在遵循著“摩爾定律”，即單個(gè)芯片上的器件數(shù)每18個(gè)月增長(zhǎng)1倍，DRAM儲(chǔ)存量3年提高到原來(lái)的4倍，其發(fā)展歷程如下。1947年底，美國(guó)貝爾實(shí)驗(yàn)室研制成了世界上第一個(gè)晶體管，微電子技術(shù)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(guó)得克薩斯儀器公司的基比爾于1958年制成了第一個(gè)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(guó)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(shí)驗(yàn)室實(shí)驗(yàn)階段轉(zhuǎn)到工業(yè)生產(chǎn)階段。1962年MOS場(chǎng)效應(yīng)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(shí)功耗低，可靠性好，工藝簡(jiǎn)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(wàn)倍左右，特征尺寸縮小了近200倍，單個(gè)器件成本下降了約100萬(wàn)倍，單片集成度達(dá)到數(shù)億個(gè)晶體管。

2 微電子技術(shù)的應(yīng)用

微電子技術(shù)的應(yīng)用非常廣泛，可以說(shuō)微電子無(wú)處不在。美國(guó)每年由計(jì)算機(jī)完成的工作量超過(guò)4 000億人的手工工作量;日本每個(gè)家庭平均擁有100個(gè)芯片;無(wú)論是日常生活的電視機(jī)，洗衣機(jī)，手機(jī)，計(jì)算機(jī)，銀行儲(chǔ)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(guó)防工業(yè)的導(dǎo)彈、衛(wèi)星、火箭等都離不開這小小的芯片，可以說(shuō)應(yīng)用及其廣泛。微電子技術(shù)滲透到了人們生活的各個(gè)領(lǐng)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(huì)建立了一種相互依存的某種關(guān)系。

集成電路被廣泛應(yīng)用于社會(huì)的各個(gè)行業(yè)。微電子技術(shù)對(duì)各種傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)具有強(qiáng)有力的帶動(dòng)作用，幾乎所有的傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)與微電子技術(shù)結(jié)合，利用芯片更新技術(shù)，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(jìn)了微電子技術(shù)，采用微電子技術(shù)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(jì)價(jià)器等已得到廣泛應(yīng)用，現(xiàn)代汽車上有時(shí)甚至要有十幾個(gè)到幾十個(gè)微處理器［1］。又如，印刷工業(yè)采用了微電子技術(shù)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(jì)算機(jī)上進(jìn)行，在很短的時(shí)間內(nèi)就可以全部按需要設(shè)置完成，與傳統(tǒng)印刷工業(yè)改動(dòng)一字就要涉及全局已不可同日而語(yǔ)。

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

微電子技術(shù)在輕武器中的許多應(yīng)用正在研制中，如數(shù)字地圖計(jì)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(bào)、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(chǔ)，并通過(guò)無(wú)線計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)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(xué)、機(jī)械等各方面技術(shù)的發(fā)展，微電子技術(shù)必將廣泛地應(yīng)用于輕武器，發(fā)揮更大的作用。

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

3 國(guó)內(nèi)微電子技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀

近幾年，在國(guó)家相關(guān)政策的大力支持下，國(guó)內(nèi)硅基微電子技術(shù)水平不斷提高，與國(guó)際先進(jìn)水平的距離逐漸縮小。

我國(guó)微電子技術(shù)發(fā)展的特點(diǎn):一、超深亞微米集成技術(shù)研究逐漸接近國(guó)際先進(jìn)水平。二、集成電路設(shè)計(jì)水平提高，規(guī)模增大。經(jīng)過(guò)近幾年的發(fā)展，芯片設(shè)計(jì)水平明顯提高，目前我國(guó)自主設(shè)計(jì)的芯片產(chǎn)品已涉及CPU、數(shù)字信號(hào)處理器、高端IC卡、數(shù)字電視和多媒體、3G手機(jī)以及信息安全等六大領(lǐng)域。IC設(shè)計(jì)水平已達(dá)到0.13 μm，具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)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(guò)去的“低端模仿”走向以技術(shù)創(chuàng)新為主的“高端替代”。

微電子技術(shù)是當(dāng)代科學(xué)技術(shù)中發(fā)展速度最快的技術(shù)之一，但是由于我國(guó)的微電子技術(shù)與國(guó)際先進(jìn)水平差距較大，要在短期內(nèi)趕上或超過(guò)是很不現(xiàn)實(shí)的，我國(guó)微電子各方面都落后于國(guó)外。國(guó)家正在逐步加大扶持力度，制定一系列相關(guān)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(shù)的發(fā)展趨勢(shì)

21世紀(jì)的微電子技術(shù)將從目前的3G時(shí)代逐步發(fā)展到3T時(shí)代，即存儲(chǔ)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(jì)硅微電子技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)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(dá)國(guó)家和地區(qū)正在向納米階段進(jìn)軍。二是集成電路(IC)將發(fā)展成為系統(tǒng)集成芯片(SOC)。SOC進(jìn)一步發(fā)展，可以將各種物理的、化學(xué)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(chǔ)、傳輸?shù)綀?zhí)行的系統(tǒng)功能，這是一個(gè)更廣義上的系統(tǒng)集成芯片。SOC是微電子設(shè)計(jì)領(lǐng)域的一場(chǎng)革命，21世紀(jì)將是SOC技術(shù)真正快速發(fā)展的時(shí)期。三是微電子技術(shù)與其它學(xué)科相結(jié)合。典型例子是微機(jī)電系統(tǒng)技術(shù)(MEMS)和生物芯片［2］。前者是微電子技術(shù)與機(jī)械、材料、傳感器等多學(xué)科交叉產(chǎn)生的，后者則是與生物工程技術(shù)結(jié)合的產(chǎn)物。

21世紀(jì)人類將全面進(jìn)入信息化社會(huì)，對(duì)微電子信息技術(shù)將不斷提出更高的發(fā)展要求，微電子技術(shù)仍將繼續(xù)是21世紀(jì)中最為重要的和最有活力的高科技領(lǐng)域之一。

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

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