江一堃

微電子技術(shù)滲透在我們生活中的方方面面，應(yīng)用于各個(gè)領(lǐng)域中，對(duì)醫(yī)療、軍事、工業(yè)生產(chǎn)起到了至關(guān)重要的作用，在信息化時(shí)代中將會(huì)起到引領(lǐng)發(fā)展的關(guān)鍵作用，其發(fā)展已成為了大勢(shì)所趨。但我國(guó)微電子行業(yè)人力資本的缺失使得微電子行業(yè)實(shí)際發(fā)展速度與預(yù)期相差甚遠(yuǎn)，而掌握著高端技術(shù)的發(fā)達(dá)國(guó)家嚴(yán)格限制著集成電路核心技術(shù)的出口。由于我國(guó)自主研發(fā)水平較低，高端設(shè)備不能自給，一旦進(jìn)口受到了限制，電子產(chǎn)品生產(chǎn)將會(huì)受到巨大打擊。特別中興通訊遭到美國(guó)政府制裁后，國(guó)家更加重視微電子技術(shù)的發(fā)展。在這內(nèi)外因素的阻礙下，我們更應(yīng)找準(zhǔn)發(fā)展方向，發(fā)揮我國(guó)電子產(chǎn)品市場(chǎng)廣闊，教育水平高的優(yōu)勢(shì)，逐步縮小與世界領(lǐng)先水平的差距。

本文將對(duì)微電子技術(shù)的概念進(jìn)行闡述，分析我國(guó)微電子技術(shù)發(fā)展的現(xiàn)狀以及面臨的挑戰(zhàn)，同時(shí)對(duì)微電子技術(shù)的具體應(yīng)用進(jìn)行分析以及對(duì)未來(lái)的發(fā)展趨勢(shì)進(jìn)行探討。

1 概述

微電子技術(shù)是建立在以集成電路為核心，以各類(lèi)半導(dǎo)體材料為基礎(chǔ)的高新電子技術(shù)。微電子技術(shù)是在微電子學(xué)領(lǐng)域中各項(xiàng)工藝技術(shù)的統(tǒng)稱(chēng)，包含半導(dǎo)體材料制備、半導(dǎo)體工藝、電路系統(tǒng)設(shè)計(jì)、自動(dòng)測(cè)試等專(zhuān)業(yè)技術(shù)。其特點(diǎn)是高度集成化、體積小、重量輕、效率高。相較于傳統(tǒng)電子技術(shù)，微電子技術(shù)具有前者不具備的優(yōu)勢(shì)與特征：微電子技術(shù)是通過(guò)固體內(nèi)微觀(guān)電子運(yùn)動(dòng)來(lái)實(shí)現(xiàn)信息處理和加工，可深入到極小尺度下進(jìn)行精細(xì)化調(diào)整，微電子技術(shù)的集成特征使其能夠?qū)⒆酉到y(tǒng)或電子功能部件集成到芯片中，具有較全面的功能性；微電子技術(shù)主要由大規(guī)模的集成電路構(gòu)成，其運(yùn)行功率遠(yuǎn)超傳統(tǒng)電子技術(shù)。以上優(yōu)勢(shì)促使微電子技術(shù)成為信息時(shí)代的寵兒。

自從改革開(kāi)放以來(lái)，我國(guó)的微電子技術(shù)就獲得了比較大的發(fā)展。眾所周知，衡量微電子技術(shù)發(fā)展水平的一項(xiàng)重要指標(biāo)就是大規(guī)模電路在芯片上的集成度，而現(xiàn)在的集成度與最初相比提高了500萬(wàn)倍。與其余國(guó)家相比較，我國(guó)發(fā)展微電子技術(shù)的優(yōu)勢(shì)主要在于我國(guó)的人口巨大，需求較多，相對(duì)應(yīng)的市場(chǎng)就比較廣闊，人們對(duì)電子產(chǎn)品的需求遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)我國(guó)實(shí)際供應(yīng)能力。但是這也恰恰暴露了我國(guó)在電子產(chǎn)品自給水平的落后。據(jù)統(tǒng)計(jì)，我國(guó)的CPU自給率不到1%，IGPT芯片自給率不到5%，MCU僅為15%，而DRAM甚至全部依靠國(guó)外進(jìn)口，這些芯片占了我國(guó)進(jìn)口的70%，也就意味著我國(guó)絕大部分芯片都來(lái)源于各個(gè)發(fā)達(dá)國(guó)家。這是我國(guó)急需改變的現(xiàn)狀，不能因?yàn)楸砻嫔系陌l(fā)展而忽略真正問(wèn)題所在。所以，我們更加需要大力研發(fā)相應(yīng)的技術(shù)，提高生產(chǎn)的效率與產(chǎn)品的質(zhì)量[1]。

在發(fā)展的過(guò)程中，難免會(huì)遇到很多的困難，如今我國(guó)微電子技術(shù)的發(fā)展主要面臨著3個(gè)因素的制約。

1.1 工藝技術(shù)限制

現(xiàn)階段，微電子的工藝技術(shù)主要采用光刻技術(shù)，而我國(guó)暫時(shí)無(wú)法自主生產(chǎn)高水平的光刻設(shè)備，甚至光刻膠也依靠進(jìn)口。如今世界最頂尖工藝能在光刻設(shè)備應(yīng)用摩爾定律中推進(jìn)到0.05μm，而我國(guó)還在深亞微米級(jí)之外徘徊。缺少自主研發(fā)的先進(jìn)制造工藝，很難在EDA和制造工藝相結(jié)合的這部分技術(shù)有大的突破。

1.2 人才短缺

我國(guó)微電子技術(shù)正處于朝陽(yáng)時(shí)期，發(fā)展條件較為艱難，少有極富創(chuàng)造力的人才和肯吃苦的制造人員。而新生代人才尚未成型，中生代處于就業(yè)轉(zhuǎn)型的時(shí)期，也導(dǎo)致了微電子行業(yè)并未迎來(lái)人才涌現(xiàn)的盛景，反而在近兩年來(lái)加劇了人才短缺的情況。由于缺少人才的加入，我國(guó)的生產(chǎn)水平難以提高，這就大大減緩了我國(guó)微電子技術(shù)發(fā)展的速度，難以與發(fā)達(dá)國(guó)家相競(jìng)爭(zhēng)。

1.3 發(fā)達(dá)國(guó)家的掣肘

我國(guó)發(fā)展速度處于高峰期，以美國(guó)為主的發(fā)達(dá)國(guó)家限制了我國(guó)對(duì)核心技術(shù)的進(jìn)口，導(dǎo)致本就缺少高精尖設(shè)備的我國(guó)在微觀(guān)工藝技術(shù)難有所為。由于缺乏核心技術(shù)，我國(guó)微電子的競(jìng)爭(zhēng)力不足，就難以在利潤(rùn)上有所收獲。缺乏利潤(rùn)的投入，就更加難以實(shí)現(xiàn)技術(shù)的升級(jí)換代，這樣就形成了惡性循環(huán)，難以在技術(shù)上有所突破。

2 發(fā)展趨勢(shì)

微電子技術(shù)已從3G發(fā)展到3T，信息儲(chǔ)存量也從GB發(fā)展到了TB，集成電路的各個(gè)器件發(fā)展到了THz，信息傳輸速度得到了很大提升。未來(lái)幾年，晶體尺寸將會(huì)逐漸增大，各個(gè)元器件尺寸將會(huì)不斷縮小，對(duì)于雕刻技術(shù)的微觀(guān)尺度要求也會(huì)隨之加深。如今微電子技術(shù)在材料和工藝上的問(wèn)題是微電子技術(shù)進(jìn)步的關(guān)鍵所在。傳統(tǒng)工藝方面主要從系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的二維集成轉(zhuǎn)向三維集成，實(shí)現(xiàn)電路集成度的突破，并利用超晶格半導(dǎo)體器件替換普通硅半導(dǎo)體，提高運(yùn)行速率至原來(lái)的10～100倍；而材料方面，科學(xué)家正尋找新材料替代硅晶體，突破硅對(duì)集成電路的局限性，當(dāng)下較為可行的例子有砷化鎵、磷化銦等氧化物半導(dǎo)體材料和超導(dǎo)材料、金剛石材料，可有效降低工作溫度，提高集成電路抗輻射能力和開(kāi)關(guān)速度，而由于CMOS晶體管很難再縮小，人們對(duì)碳納米管的呼聲也越來(lái)越高；利用有機(jī)元原子在化學(xué)鏈中能儲(chǔ)存信息的特點(diǎn)制造出的生物芯片也是當(dāng)今較為先進(jìn)的材料。我國(guó)應(yīng)緊跟微電子技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)，扭轉(zhuǎn)電子產(chǎn)品制造的劣勢(shì)[2]。

3 應(yīng)用

生活中，微電子技術(shù)無(wú)處不在，它真實(shí)地改變著我們生活中的點(diǎn)點(diǎn)滴滴。手機(jī)、電腦、電視、空調(diào)的核心甚至IC公交卡都應(yīng)用到了微電子技術(shù)，而智能家居，智能用電更是與微電子技術(shù)緊密結(jié)合，在背后默默為我們服務(wù)。據(jù)統(tǒng)計(jì)，美國(guó)每年由計(jì)算機(jī)完成的工作量超過(guò)4 000億人年手工工作量，而日本每個(gè)家庭平均擁有100個(gè)芯片。它無(wú)時(shí)無(wú)刻發(fā)揮著功能，給我們帶來(lái)了一個(gè)多姿多彩的世界[3]。

工業(yè)制造中，微電子技術(shù)普遍應(yīng)用于各項(xiàng)生產(chǎn)當(dāng)中。它的應(yīng)用極大地促進(jìn)了工業(yè)制造的精確度和生產(chǎn)效率，并有效降低了生產(chǎn)成本。例如汽車(chē)引擎，隨著微電子技術(shù)的發(fā)展，汽車(chē)引擎的性能也在逐漸提升，無(wú)論是機(jī)械效率，引擎控制還是反應(yīng)速度都得到了長(zhǎng)足的進(jìn)步。而手機(jī)對(duì)汽車(chē)的遠(yuǎn)程控制更是微電子技術(shù)發(fā)展的成果。微電子技術(shù)對(duì)工業(yè)的改變是極為顯著且成功的。

軍工產(chǎn)業(yè)中，微電子技術(shù)更是起到了顛覆性的作用。它促使戰(zhàn)爭(zhēng)的傳統(tǒng)形式向現(xiàn)代信息化轉(zhuǎn)變。以前的戰(zhàn)爭(zhēng)重工業(yè)的強(qiáng)弱是決定性的，而如今國(guó)家軍事裝備的信息化程度是國(guó)家軍事力量的決定性因素。無(wú)人機(jī)是現(xiàn)代戰(zhàn)爭(zhēng)的代表，也是微電子技術(shù)與軍工結(jié)合的標(biāo)志性成品。利用微電子技術(shù)可以對(duì)無(wú)人機(jī)進(jìn)行遠(yuǎn)程遙控，使偵查任務(wù)的風(fēng)險(xiǎn)和損失大大降低。而通信系統(tǒng)之間的攻擊也是通過(guò)微電子技術(shù)發(fā)動(dòng)，典型例子海灣戰(zhàn)爭(zhēng)的勝利就是通過(guò)瓦解敵方通信系統(tǒng)而取得[4]。

生物醫(yī)學(xué)中電子學(xué)分支也是由微電子學(xué)、生物和醫(yī)學(xué)等多學(xué)科交叉的學(xué)科，其作用是使生物醫(yī)學(xué)更加精確和機(jī)械化。典型的例子有生物傳感器，其工作原理對(duì)生物物質(zhì)起反應(yīng)并將物質(zhì)濃度轉(zhuǎn)化為電信號(hào)。比如葡萄糖傳感器就能通過(guò)電信號(hào)來(lái)檢測(cè)葡萄糖濃度，可應(yīng)用于血糖監(jiān)測(cè)等醫(yī)療技術(shù)。種類(lèi)豐富的生物傳感器可應(yīng)用于廣泛的產(chǎn)業(yè)，具有很高的選擇性。

4 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，隨著信息時(shí)代的不斷發(fā)展，微電子技術(shù)的發(fā)展不斷加快，微電子技術(shù)在我國(guó)發(fā)展中扮演著愈加重要的角色，可以說(shuō)沒(méi)有微電子技術(shù)，就沒(méi)有現(xiàn)在的格局。微電子技術(shù)對(duì)社會(huì)的巨大改變只會(huì)讓它的前景越來(lái)越明朗，而我國(guó)也需要重視微電子技術(shù)在自主研發(fā)方面的培養(yǎng)，發(fā)掘我國(guó)的技術(shù)潛力，不斷縮小與發(fā)達(dá)國(guó)家之間的差距，將我國(guó)的微電子技術(shù)與國(guó)際相接軌，將技術(shù)發(fā)展進(jìn)行到底[5]。