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微电子技术发展趋势及其应用

作者:jkyxc 浏览数:

摘 要 本文简要介绍了微电子技术的发展水平、特征、方向、关键技术、需要突破的的技术层次以及在个领域的基本应用并对其发展趋势进行展望。

【关键词】微电子 特征 发展趋势 应用

随着科技的发展,微电子技术作为科技发展到一定阶段的产物对我们社会生产、生活等领域产生了极大的影响。微电子技术在生产领域中的应用有效地提高了生产效率。自从1947年发明晶体管,1958年第一块半导体集成电路的诞生,微电子技术经过近半世纪的高速发展,微电子技术既是基础,又是高科技。进入到21世纪,微电子技术是当代发展最快的技术之一,大大推动了航空航天技术,遥测传感技术,通信技术,计算机技术,网络技及家用电器产业的迅猛发展。同时,战争也由传统变为现代的电子战、信息战的高科技战争。

1 什么是微电子技术

微电子技术是在电子电路和电子系统的超小型化及微型化过程中逐渐形成和发展起来的,以集成电路为核心的电子技术。是由电路设计、工艺技术、检测技术、材料配置及物理组装等形成的技术体系。

2 微电子技术的特征

微电子技术是在传统的电子技术基础上发展起来的。之所以称之为“微电子”,顾名思义就是由于它是在微小的范畴内的一种先进技术,其特征是“四微”:

(1)它对信号的加工处理是在一种固体内的微觀电子运动中实现的;

(2)它的工作范围是固体的微米级甚至晶格级微区;

(3)对信号的传递交换只在极微小的尺度内进行;

(4)它的容积很大,可以把一个电子功能部件,甚至一个子系统集成在一个微型芯片上。总之,微电子技术是指在几乎肉眼看不见的范围内进行工作的一种独特而神奇的特种技术。

3 微电子的发展趋势

当代微电子技术正在向着高集成度、高速、低功耗、低成本的方向发展。它的进步主要借助于以下几个方面:

3.1 制造工艺的改进

在制造工艺方面由最初的单层平面分布发展到后来的多层工艺(有多层高密度和多层多功能两种方式),以降低成本,增加功能。采用人工超晶格工艺(一种用人工控制晶体晶格大小制造晶体的新工艺),制造的器件叫超晶格半导体器件。这种器件的速度比硅半导体器件快10-100倍。使用敏感集成电路(在一块芯片上同时集成各种敏感元件及外围电路),可以缩小体积,降低成本,提高可靠性,增加功能。系统的集成方法将从二维结构向三维立体结构发展,这样会实现集成度的新突破,为集成电路的发展拓出一条新的可行之路。集成电路面世以来便以集成度每三年便翻两番的摩尔定律发展。

3.2 材料的更新

科学家正广泛地探索以新材料取代硅晶体的可行途径。随着微电子技术的高速发展,硅材料的局限性已逐步暴露出来。采用砷化镓、磷化铟等氧化物半导体材料和超导材料、金刚石材料制造集成电路,可以提高集成电路的开关速度、抗辐射能力和工作温度(金刚石集成电路可在500℃-700℃下正常工作)。2000年2月12日,德国埃森大学和汉诺威大学宣布联合研制成功在硅板上生长锗半导体,由此制成的集成电路其开关速度将大大快于硅集成电路。同时,采用在有机物原子的化学链中储存信息的技术所研制的“生物芯片”也取得了一些进展。

3.3 芯片尺寸的增大

芯片尺寸的增大可为集成度的提高提供物质基础,并且芯片尺寸越大,集成电路的平均成本越低。1998年,芯片尺寸已由原来的3-4英寸,增大到8-10英寸。目前已经达到12英寸。预计今后几年芯片的容量将达到令人震惊的程度,即一个芯片上可包含10亿个元件,其电路仅有几个原子那么薄。这必然会带来芯片功能密度和性能价格比的大幅度提高。

4 微电子技术发展需要突破的技术层次

(1)微细加工关键的加工工艺---光刻技术还是一个大问题。

(2)互连技术的可靠性问题还有待研究开发。

(3)新型器件结构新型材料体系还大有潜力刻挖。

5 微电子技术的广泛应用

微电子技术不仅使电子设备和系统的微型化成为可能,更重要的是它引起了电子设备和系统的设计、工艺、封装等的巨大变革。所有的传统元器件,如晶体管、电阻、连线等,都将以整体的形式互相连接,设计的出发点不再是单个元器件,而是整个系统或设备。

除了计算机以外,微电子技术在其他方面的应用也是相当广泛的。从通信卫星、军事雷达、无人机、信息高速公路,到程控电话、手机、GPS,从气象预报、遥感、遥测、医疗卫生、能源、交通,到环境工程、自动化生产、日常生活,各个领域无不渗透着微电子技术。

微电子技术对电子产品的消费者市场也产生了深远的影响。价廉、可靠、体积小、重量轻的微电子产品层出不穷。而落户于各式各样的普及型产品之中,进入普通百姓家。例如电子玩具、游戏机、学习机以及其他家用电器产品等。就连汽车这种传统的机械产品也渗透进了微电子技术,采用微电子技术的电子引擎监控系统、汽车安全防盗系统、现代汽车上有时甚至要有十几到几十个微处理器。

微电子技术发展日新月异,令人兴奋不已。它对我们工作、生活和生产的影响无法估量。

参考文献

[1]李净,唐红洁编著.第五章:新编现代科技概论[M].北京:中国政法大学出社,2008(11).

[2]宗占国主编.第二章:微电子技术与计算机技术[M].北京:高等教育出版社,2008(05).

作者单位

92823部队二中队 海南省三亚市 572021

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