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M0S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 108-109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