微电子概论结课论文

微电子概论结课论文

----浅析微电子技术的发展

[摘要]

微电子技术的应用与影响在我们的日常生活中随处可见。在本文里，简要地叙述了微电子技术的发展历史和现状，实际应用，发展趋势和展望，增进对微电子技术的了解。

【译文】[关键词] 微电子技术、发展、革命、晶体管、集成电路、财富、应用[引言]

微电子技术是一项年轻的技术,它发展的理论基础是19 世纪末到20 世纪30 年代之间建立起来的现代物理学。它在短短的一个多世纪的时间里，凭借着飞快的发展速度和强大的生命力，成功地渗入人类生活的各个领域，并在21 世纪里继续成为最具发展潜力的技术之一。

[论述和讨论]

1、微电子技术的发展历史和现状微电子技术的发展历史和现状

19 世纪末20 世纪初的物理学革命，为微电子技术的产生奠定了理论基础。半导体三个重要物理效应——光电导效应、光生伏特效应、整流效应的发现，量子力学的建立和材料物理的发展，都起到了理论推动作用。

1946 年1 月，Bell 实验室正式成立了半导体研究小组，成员为肖克莱、理论物理学家巴丁、实验物理学家布拉顿。在系统的研究过程中，巴丁提出了表面态理论，肖克莱给出了实现放大器的场效应基本设想，巴丁设计进行了无数次实验，于1947 年12 月观察到了该晶体管晶体

管结构的放大特效，标志着世界上第一个点接触型晶体管的诞生。1952 年，肖克莱又与斯帕克斯、迪尔一起发明了单晶锗npn 结型晶体管。1952 年5 月，英国科学家达默第一次提出了集成电路的构想。1958 年，以德克萨斯仪器公司的科学家基尔比为首的研究小组研制出世界上第一块集成电路。晶体管和集成电路的发明，拉开了人类进入电子时代的序幕，对人类社会的所有领域产生了并且还正在产生着深远影响。随着晶体管和集成电路的发明与应用，微电子技术进入了一个飞速发展的时期。1965 年，美国硅谷西安童半导体公司的Gordon Moore 博士（Intel 公司创始人之一）通过研究了半导体工业的发展数据，1971 年提出了著名的“摩尔定于律”——集成电路芯片的集成度每三年提高4 倍，而芯片加工特征尺寸每三年缩小倍。微电子技术是近五十年来发展最快的技术。从最基本的机构单元pn 结，到简单的接触双极型晶体管和结型晶体管，再到MOS 场效应晶体管；从双极集成电路，到数字集成电路，再到MOS 集成电路，每一次进步都是一次技术上的巨大飞跃。作为微电子技术的核心，集成电路（IC）经历了小规模、中规模、大规模、超大规模阶段，目前已进入甚大规模阶段，其集成度不断提高、功耗延迟积（优值）和特征尺寸不断缩小、集成规模不断增大。各方面的性能不断优化，价格却

在不断降低——如此一来，产品的升级换代不仅导致性能品质的提升，价格也变得越来越便宜，性价比不断提高，在人类生活中也越来越受到欢迎，得到了广泛的应用。集成电路的制造工艺主要包括以下内容。图形装换技术：主要是光刻和刻蚀技术；薄膜制备技术：主要是外延、

氧化、化学气相淀积、物理气相淀积等；掺杂工艺：主要是扩散与离子注入；其他工艺：接触与互连、隔离技术、封装技术和辅助工艺等。随着集成电路规模的发展，工艺的不断提高，其种类趋于繁多，应用环境的变化，集成电路的设计也起着越来越大的作用。尤其是电子设计自动化EDA 工具的应用，在保证实际准确性的同时，大大缩短了设计周期，降低了设计的成本。目前，我们已经进入纳米时代。0.25 微米的CMOS 工艺技术已进入大量生产，以该项技术制作出来的256Mb 的DRAM 和600MHz 的微处理器芯片上，每片上的集成的晶体管数已经达到了10~8-10~9 数量级；10nm 的器件已经在实验室研制成功,相应的栅氧化层只有 1.0-2.0nm；90nm-32nm 工艺已进入规模生产，晶体管本身宽度只有30nm-50nm. 微电子产业发展高速、辐射面广，极大地影响了社会的方方面面，已经被列为是支柱产业之一。2、微电子技术的应用信息是继材料和能源之后的第三大资源，是人类物质文明与精神文明赖以发展的三大支柱之一，而实现信息化社会的关键——各种计算机和通讯设备——的基础都是微电子。微电子技术是信息社会发展的基石，对当代国民经济发展的促

进作用明显，微电子技术产值是进入信息社会的标志。事实证明，微电子技术对各种传统产业具有强有力的带动作用：几乎所有的传统产业与微电子技术结合，有集成电路芯片进行智能改造，都可以使传统产业焕发青春。例如火电厂的锅炉给水泵送风机、引水机站电厂全部耗能的72%，而仅仅对全国风机、水泵采用变频调速等电子技术进行改造，每年即可节电659 亿度，相当于三个葛洲坝的发电量。电子设备的更新换

代都基于微电子技术的进步。只有微电子技术取得突破，才能制造出更高性能的集成电路，从而导致相关的一系列电子产品的更新。微电子技术在军事国防方面同样有重要的应用。微电子技术的发展和应用，不仅提升了军事装备和作战平台的性能，而且导致了新式武器以及新兵种的产生。微电子技术的产生改变了传统战争的模式，将面对面的战斗演变为超视距作战。微电子技术在小型机械制造领域的应用，导致了微机电系统（MEMS）的出现，引起了一场新的革命。由于MEMS 系统和器件具有体积小、重量轻、功耗低、成本低、可靠性高、性能优异、功能强大、可批量生产等众多优点，在各个领域都有着广阔的应用前景。目前已经制造出了微型加速度计、微型陀螺、各种传感器等多种类型的MEMS 产品，对人们的日常生活产生了巨大影响。更为重要的是，随着人类社会迈入“硅器时代”微电子在人类生活中占据着，越来越重要的地位，微电子技术的发展水平和微电子产业的规模已经成为衡量一个国家综合实力的重要标志。3、微电子技术的发展趋势和展望微电子作为一个非常有活力的领域，依然在不断快速发展。一些技术已经投

入应用，在社会各个方面为人类提供便利；而另一些技术还处于试验阶段，有待科学家们的继续研究。目前，微电子领域的前沿技术包括微电子制造工艺、微电子材料的研究、超大规模集成电路的设计以及MEMS 技术等。微加工工艺是制造MEMS 的主要手段，IC 制造技术含（如光刻、薄膜淀积、注入扩散、刻蚀等）、微机械加工技术（如牺牲层技术、各向异性刻蚀、双面光刻以及软光刻技术等）和特殊微加工技术。目前微电子的制造工艺采用光刻和刻蚀等微加工方法，将大的

材料制造为小的结构和器件，并与电路集成，实现系统微型化。对半导体材料的研究也是微电子领域的热门。由最原始的元素半导体（锗、硅、硒、硼、锑、碲），到化合物半导体（砷化镓、磷化锢、锑化锢、碳化硅、硫化镉及镓砷硅等），乃至热门的有机半导体和无定型半导体。半导体材料的改变必然会引起半导体器件性能的改变。随着研究的深入，新型宽禁带半导体材料的开发可能会在极大程度上决定半导体器件的性能。集成电路的设计必须考虑多方面的因素，要求速度更快、面积更小、功能更多。随着微电子技术的发展，集成电路设计方法学也发生了变迁从传统的纯手工设计，“自底而上”的设计方式，单纯的仿真验证，单一发展到自动综合、布局布线，“自顶而下”中间相遇”的设计方式，多种验证方法相结合，数模、软件协同等，“将极大程度上提高集成电路设计效率。MEMS 技术是利用集成电路制造技术和微加工技术把一系列微结构制造在一块或多块芯片上的微型集成系统。MEMS 的出现是芯片不再局限于处理电信号为目的的集成电路，其功能拓展到了机、光、电、化学、生物等领域。

传统IC 金属化工艺主要采用铝作为互连材料，其在信号的高速传导方面表现出很大的局限性。而选用电阻率较小的铜作为互连材料和介电材料作为层间介质是降低信号延迟、提高时钟频率的理想选择。系统芯片（SOC）的出现，让人们看到了微电子技术一个崭新的发展方向。SOC 将原来多个芯片完成的功能集中到单个芯片中实现，但却不是各个子芯片功能的简单叠加，而是从系统整体的功能和特性出发，用软硬件结合的设计和验证方法，在一个芯片上实现极其复杂的功能。SOC 相较

IC 而言有很多优势，减少功耗开销、减少印刷电路板上部件数和管脚数、降低板卡失效可能性、减少系统开发成本等，给IC 带来一系列技术上的挑战。因此。人们普遍认为，SOC 代表了21 世纪IC 朝系统集成发展的方向。

[小结] 微电子技术发展到如今，已经成为人类生活不可或缺的一个部分。在21

世纪里，微电子技术将在现在的基础上继续发展，为人类创造更大的财富，是人类的社会生活更加便利与美好。

[参考文献]

[1]蒋燕燕微电子技术的现状与未来展望微电子技术发展与展望微电子学概论（第二版）面向产业需求的21 世纪微电子技术的发展（上）

[2]晏伯武，兆春

[3] 张兴，黄如，李晓彦[4]王阳元，黄如，李晓彦

2011年5月21日

徐东胜