劉香

摘 要：從微電子學興起和微電子技術(shù)蓬勃發(fā)展以來，微電子技術(shù)在其發(fā)展過程中出現(xiàn)了很多具有里程碑意義的發(fā)明，這些發(fā)明在微電子學中具有很重要的意義，它們都是以物理學研究為基礎(chǔ)的，所以物理學研究和微電子技術(shù)不能分離開來。伴隨著社會科學水平的不斷發(fā)展，物理學研究也在科技進步的推動之下，變得越來越有創(chuàng)造性，而微電子技術(shù)也保持著把尺寸縮小、集成度提高的目標前進，這樣一來，微電子技術(shù)便為物理學研究作了很重要的參考和技術(shù)支持，給物理學研究提供了很多方便和空間。但是微電子技術(shù)也受到物理學方面的限制與挑戰(zhàn)，包括自然物理規(guī)律的限制、技術(shù)的限制、器件的限制和系統(tǒng)的限制等。

關(guān)鍵詞：物理學研究 微電子技術(shù) 技術(shù)發(fā)展

一、微電子科學技術(shù)概述

1.微電子科學技術(shù)的起源。微電子科學技術(shù)是現(xiàn)世紀下信息社會發(fā)展的重要基礎(chǔ)之一，微電子技術(shù)即微型電子技術(shù)，是建立在微電子學基礎(chǔ)之上的技術(shù)總和。微電子學開創(chuàng)以來最顯著的標志性發(fā)明即半導體晶體管，它的出現(xiàn)與物理學研究密切相關(guān)。半導體晶體管作為人類社會歷史中具有重要意義的發(fā)明之一，是發(fā)明固體物理、半導體物理后的必然結(jié)果，物理學研究的成果推動了半導體晶體管的出現(xiàn)。微電子學是結(jié)合了包括電子學和固體物理學兩門學科后的一門獨立學科，主要研究在固體成分上建立起微型的電子電路、微型系統(tǒng)等。

2.微電子科學技術(shù)的概念。微電子科學技術(shù)主要包含了物理器件、半導體、晶體管、集成電路及系統(tǒng)的構(gòu)建原理和技術(shù)，它的主要構(gòu)成成分有芯片加工工藝和功能的測試技術(shù)等，其中最主要的是集成電路技術(shù)，簡單來說，集成電路技術(shù)就是把各元件、電件、半導體按特定的順序集成起來，形成一個完整的、獨特的電路或者系統(tǒng)，并能實現(xiàn)其功能。微電子技術(shù)的主要特點即在體積上盡可能的縮小，并且能夠反映出與制造工藝技術(shù)有著密切的聯(lián)系，能夠一次性的加工完成。微電子技術(shù)自從誕生以來便發(fā)展迅速，到了現(xiàn)今，微電子技術(shù)正處于一個新的發(fā)展過程當中，它不僅受到各方面的挑戰(zhàn)，也面臨著很多的發(fā)展機遇，有著很多的發(fā)展空間和突破可能，這些新的發(fā)展機遇可能對物理學研究、相關(guān)技術(shù)帶來革命性的改變。

二、微電子技術(shù)發(fā)展中受到的物理限制

隨著微電子技術(shù)的不斷發(fā)展，電子器件的體積越來越小，現(xiàn)今已經(jīng)把尺寸縮小到了納米級別，因此，微電子技術(shù)未來的發(fā)展必將受到各種物理方面的限制與挑戰(zhàn)，這些挑戰(zhàn)是依賴于自然物理規(guī)律來產(chǎn)生的，有些還來自于技術(shù)、材料、科學等方面。針對于這些限制與挑戰(zhàn)，微電子技術(shù)的發(fā)展由單一的發(fā)展方式轉(zhuǎn)變成了多樣的發(fā)展方式，所以，微電子技術(shù)的發(fā)展將要步入一個全新的階段，并能體現(xiàn)出全新的發(fā)展特點。

1.自然物理規(guī)律的限制。眾所周知，計算機在處理信息的時候，任何時刻都是以一個共同的算法來進行的，這種算法涉及到一個布爾邏輯間的轉(zhuǎn)換，科學家已經(jīng)證明，對于信息本身而言，它就是一個物理系統(tǒng)，所以不管是計算機還是集成電路，處理信息時都要經(jīng)歷一個共同的物理過程，必須完全遵循自然物理規(guī)律，所以必然就受到了自然物理規(guī)律的限制。這些來自于自然物理規(guī)律的限制是無法避免的，甚至可以說這些限制便是微電子技術(shù)的物理極限。

2.既有技術(shù)的限制。以前的光學光刻工藝、注入工藝、微電子工藝等都幾乎接近了物理規(guī)律的極限，不能夠再進一步將尺寸縮小。同時光電技術(shù)在實際應(yīng)用中，還會受到微電子裝置的分辨率與焦深的影響。因此，嘗試其他的工藝方式和途徑，包括新型的光刻工藝、納米、印制光刻技術(shù)等，成為人們解決這一技術(shù)限制的突破口。

3.器件的限制。根據(jù)摩爾定律的相關(guān)測定，直到2020年，對器件的尺寸研究水平將會有所縮小，MOS器件由開啟到關(guān)閉只要很少的幾個電子參與便可完成，以往的MOS器件的相關(guān)理論將被淘汰。而到2030年，MOS器件由開啟到關(guān)閉只要一個電子參與便可完成。所以，必須開發(fā)和研究出新型的器件和新型的器件工作原理。

4.系統(tǒng)的限制。在系統(tǒng)上的相關(guān)限制包括了系統(tǒng)的延遲、散熱等限制。由于技術(shù)的單一發(fā)展，器件的特征尺寸不斷縮小，集成度不斷增高，所以導致了互連引線的連接面積不斷縮小，造成電阻值增高?；ミB引線總共占用的面積很大，使得了互連引線的互連延遲變成了一個很大的限制問題，延遲問題是影響集成電路和系統(tǒng)運行得最主要因素之一。因此，開發(fā)出新的器件在系統(tǒng)限制上面有著很重要的意義。而使用低K介質(zhì)和銅相連接的技術(shù)，便可以使得互連延遲的限制問題得到一定程度的解決，但要從根本上解決互連延遲的限制問題，還必須采用新型的互連方式，比如光互連方式，但這一方式在集成電路當中仍存在許多技術(shù)上的問題。此外，由于集成度在不斷的提高，集成于芯片上面的半導體晶體管的數(shù)目也變得越來越多了，所以也造成了集成電路和系統(tǒng)的散熱問題變得更加嚴重，散熱問題是影響集成電路和系統(tǒng)的總功率的一個重要因素。

三、結(jié)語

現(xiàn)今，微電子技術(shù)的發(fā)展正處于一個全新的發(fā)展階段，微電子技術(shù)的發(fā)展表現(xiàn)出了很多與以往不同的特征，已從以往的單一發(fā)展方式轉(zhuǎn)向了多面發(fā)展方式，尤其是對物理學的自然物理規(guī)律的限制發(fā)起了挑戰(zhàn)，對物理學研究提出了更高、更嚴格的要求。所以需要各方積極努力配合，大力推動物理學基礎(chǔ)的發(fā)展，從而為微電子技術(shù)提供更廣闊的發(fā)展空間，充分發(fā)揮其經(jīng)濟價值和社會價值。

參考文獻：

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[2]宣桂鑫.物理學與高新技術(shù)[M].上海：上海科技教育出版社，2000