微電子

微電子

物理電子學分支學科術語
微電子技術是随着集成電路,尤其是超大型規模集成電路而發展起來的一門新的技術。微電子技術包括系統電路設計、器件物理、工藝技術、材料制備、自動測試以及封裝、組裝等一系列專門的技術,微電子技術是微電子學中的各項工藝技術的總和。[1]
    中文名:微電子 外文名:microelectronics 所屬學科: 理論基礎:現代物理學 含義:高科技和信息産業的核心技術

發展

1947年晶體管的發明,後來又結合印刷電路組裝使電子電路在小型化的方面前進了一大步。到1958年前後已研究成功以這種組件為基礎的混合組件。集成電路的主要工藝技術,是在50年代後半期矽平面晶體管技術和更早的金屬真空塗膜學技術基礎上發展起來的。1964年出現了磁雙極型集成電路産品。

1962年生産出晶體管——晶體管理邏輯電路和發射極藉合邏輯電路。MOS集成電路出現。由于MOS電路在高度集成方面的優點和集成電路對電子技術的影響,集成電路發展越來越快。

70年代,微電子技術進入了以大規模集成電路為中心的新階段。随着集成密度日益提高,集成電路正向集成系統發展,電路的設計也日益複雜、費時和昂貴。實際上如果沒有計算機的輔助,較複雜的大規模集成電路的設計是不可能的。70年代以來,集成電路利用計算機的設計有很大的進展。制版的計算機輔助設計、器件模拟、電路模拟、邏輯模拟、布局布線的計算輔助設計等程序,都先後研究成功,并發展成為包括校核、優化等算法在内的混合計算機輔助設計,乃至整套設備的計算機輔助設計系統。

集成電路制造的計算機管理,也已開始實現。此外,與大規模集成和超大規模集成的高速發展相适應,有關的器件材料科學和技術、測試科學和計算機輔助測試、封裝技術和超淨室技術等都有重大的進展。電子技術發展很快,在工藝技術上,微細加工技術,如電子束、離子束、X射線等複印技術和幹法刻蝕技術日益完善,使生産上在到亞微米以至更高的光刻水平,集成電路的集成棄将超大型越每片106—107個元件,以至達到全圖片上集成一個複雜的微電子系統。高質量的超薄氧化層、新的離子注入退火技術、高電導高熔點金屬以其矽化物金屬化和淺歐姆結等一系列工藝技術正獲得進一步的發展。在微電子技術的設計和測試技術方面,随着集成度和集成系統複雜性的提高,冗餘技術、容錯技術,将在設計技術中得到廣泛應用。

戰略作用

集成電路産業對國民經濟的戰略作用首先表現在當代食物鍊關系上,現代經濟發展的數據表明,GDP每增長100元,需要10元左右電子工業産值和1元-3元集成電路産值的支持。據美國半導體協會(SIA)預測,到2012年,集成電路全行業銷售額将達到1萬億美元,它将支恃6萬億到8萬億美元的電子裝備、30萬億美元的電子信息服務業和約50萬億美元GDP。

21世紀經濟是信息經濟,發達國家信息産業産值已占國民經濟總産值的40%-60%,國民經濟總産值增長部分的65%與集成電路有關。因此,抓住了集成電路産業發展,就能促進國民經濟的高速發展。

上世紀90年代以來,美國經濟持續高速發展,主要得益于IT産業的發展,而它的基礎是微電子技術。 實際上,不僅計算機更新換代,即使是家電的更新換代都基于微電子技術的進步。電子裝備,包拆機械裝置,其靈巧程度直接關系到它的高附加值和市場競争力,都依賴于集成電路芯片的“智慧”程度和使用程度。

在信息社會時代,産品以其信息含量的多少和處理信息能力的強弱,決定着其附加值的高低,從而決定它在國際市場分工中的地位。幾乎所有的傳統産業隻要于微電了技術結合,用集成電路芯片進行智能改造,就會使傳統産業重新煥發青春。例如微機控制的數控機床己不再是傳統的機床;又如汽車的電子化導緻汽車工業的革命,目前先進的現代化汽車,其電子裝備已占其總成本的70%。進人信息化社會,集成電路成為武器的-個組成單元,于是電子戰、智能武器應運而生。雷達的精确定位和導航,戰略導彈的減重增程,戰術導彈的精确制導,巡航導彈的圖形識别與匹配,以及各類衛星的有效載荷和壽命的提高等等,其核心技術都是微電子技術。

發展趨勢

微電子技術發展已進入系統集成芯片(SOC-ystemOnChip)的時代。可将整個系統或子系統集成在一個矽芯片上。進一步發展,可以将各種物理的、化學的和生物的敏感器(執行信息獲取功能)和執行器與信息處理系統集成在一起,從而完成從信息獲取、處理、存儲、傳輸到執行的系統功能,這是一個更廣義上的系統集成芯片。可以認為這是微電子技術又一次革命性變革。它已如同細胞組成人體一樣,成為現代工農業、國防裝備和家庭耐用消費品的細胞。 

國際微電子發展的趨勢是:集成電路的特征尺寸将繼續縮小,集成電路(IC)将發展為系統芯片(SOC)。微電子技術和其他學科相結合将産生很多新的學科生長點,與其它産業結合成為重大經濟增長點。

1999年中國集成電路的總消耗量折合人民币為436億元,其中國産芯片的總量為83.8億元人民币,占世界芯片産量的0.6%。雖然中國微電子産業的發展有了很大進步,但與發達國家相比還很落後,生産技術總體上還有2代左右的差距。國内集成電路需求的自給率很低,特别是技術含量高的産品,基本上依靠進口。

中國現狀

中國的集成電路産業起步于1965年,經過30多年的發展,現已初步形成了包括設計、制造、封裝業共同發展的産業結構。芯片生産技術已達到8英時、0.25微米-0.18微米水平。1999年銷售額僅占國際市場份額的0.7%,隻能滿足國内市場需求的16%。

目前中國微電子存在的主要問題有:

1.缺乏高标準和可持續發展的長遠規劃和措施以及建立微電子産業群體的目标。

2.機制上不适應微電子産業自身發展的要求。産業投資方式單一;投資和其它政策方面的決策太慢,使發展滞後;科研和産業嚴重脫節,而且科研和開發的投資嚴重不足。

3.缺乏系統的市場戰略。國内市場被國外大公司瓜分。對于有戰略意義而且量大面廣的如中央處理器(CPU)和存儲器等關鍵芯片市場沒有給予足夠的重視和決心自主研制開發的決心。整機設計開發與芯片廠脫節,産品不能配套生産。

4.政策環境不适應現代化微電子産業的發展。中國微電子企業資金有較大一部分是貸款,加之增值稅過重,使得企業負擔很重。

5.微電子領域人才流失現象嚴重,缺乏吸引和激勵人才的有效措施。

微電子學

微電子學是研究在固體(主要是半導體)材料上構成的微小型化電路、電路及系統的電子學分支。

作為電子學的分支學科,它主要研究電子或離子在固體材料中的運動規律及其應用,并利用它實現信号處理功能的科學,以實現電路的系統和集成為目的,實用性強。微電子學又是信息領域的重要基礎學科,在這一領域上,微電子學是研究并實現信息獲取、傳輸、存儲、處理和輸出的科學,是研究信息獲取的科學,構成了信息科學的基石,其發展書評直接影響着整個信息技術的發展。微電子科學技術的發展水平和産業規模是一個國家經濟實力的重要标志。 

微電子學是一門綜合性很強的邊緣學科,其中包括了半導體器件物理、集成電路工藝和集成電路及系統的設計、測試等多方面的内容;設計了固體物理學、量子力學、熱力學與統計物理學、材料科學、電子線路、信号處理、計算機輔助設計、測試和加工、圖論、化學等多個領域。

微電子學是一門發展極為迅速的學科,高集成度、低功耗、高性能、高可靠性是微電子學發展的方向。信息技術發展的方向是多媒體(智能化)、網絡化和個體化。要求系統獲取和存儲海量的多媒體信息、以極高速度精确可靠的處理和傳輸這些信息并及時地把有用信息顯示出來或用于控制。所有這些都隻能依賴于微電子技術的支撐才能成為現實。超高容量、超小型、超高速、超高頻、超低功耗是信息技術無止境追求的目标,是微電子技術迅速發展的動力。

微電子學滲透性強,其他學科結合産生出了一系列新的交叉學科。微機電系統、生物芯片就是這方面的代表,是近年來發展起來的具有廣闊應用前景的新技術。

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