微电子的过去、现在和未来

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1、微电子的过去、现在和未来万方数据严兆辉(华中科技大学电子系，湖北武汉430074)摘要从微电子技术产生的背景、过程、取得的巨大成果厦目前发展的不利因素介绍了微电子技术的历史和现状；从前沿技术方面介绍了微电子技术的发展方向；秆绍了中国在微电子技术上已取得的成果和尚存在的许多问题，并阐明了中国必须走力发展微电子枝书。关键词微电子技术历史现状发展方向微电子产业中图分类号F41663文献标识码A文章编号1001—7348(2003}07一176—03l微电子技术的历史及现状1．1微电子技术的发展史微电子技术足19世纪末、20世纪初开始发展起来的一

2、门新兴技术，它是随着集成电路．尤其足超太规模集成电路而发展起来的一门新的技术。它包括系统电路设计、器件物理、工艺技术、材料制备、自动测试以及封装、组装等一系列专门的技术，是微电子学中的各项丁岂技术的总和。可以说．徽电子技术是在电子电路和系统的超小型化和微型化过程中逐步形成和发展起来的，其核心是集成电路，即通过一定的加工工艺．将晶体管、二极管等有源器件和电阻、电容等无源器件．按照一定的电路互联，采用徽细加工工艺，集成在块牛导体单晶片(如硅和坤化镓)上．并封装在一个外壳内．执行特定电路或系统功能。与传统电子技术丰日比．其主要特征是器件和电路的

3、微小型化。它把电路系统设计和制造T艺精密结合起来．适合进行大规模的批量牛产，斟而成本低，可靠性高。1．2微电子技术的巨大作用从产生之口起，以半导体和集成电路为基础的微电子技术就在茸民生产中发挥了重大作朋。微电子技术为现代信息技术奠定了基础，它已渗^电力、电信、计算机、生产自动化等现代高科技的各个领域。每·次微电子技术的进步．都大大推动了丁业、农业、收稿日期：2003一04一Is176科技进步与对策·7月号·2003国防等各个领域技术的进步。现在，“微电子技术为基础的计算机技术、通信技术等在现代社会发挥r重大作用，它们已成为现代信息社会的标

4、志。计算机技术是现代信息技术的核心．每天都有大量的数据依赖计算机采集，整理和分析，徽电子技术使得计算机的性能大大提高，导弹、火箭、卫星、雷达、航天飞机等的飞速发展无不得益于微电子技术的进步。同时．计算机的大批量生产也成为可能，从而使计算机斥=再只是放在科研院所作科学计算，而是以飞快的速度得到普及，广泛应用于辅助设计、生产管理、学习娱乐等方面，在口常生括中发挥了重大作用。现代通信技术则为快速、大量的信息交流提供了基础。现在，人们已在地球上建起r由程控交换机、通信卫星、光纤网络、各类终端等现代通信工具构成的覆盖全球的通信网络，如今，你无论在哪

5、个地方都能通过有线或无线网络了解到地球上正在发生的事情。可以说微电子技术已和我们的生活密不可分，我们身边的一切都有微电子技术的影子。甚至我们的生活方式都受到其深远的影响，如看电视、打电话．使用电饭爨、电冰箱等等都是因为有了微电子技术的发展。1．3徽电子技术的危机傲电子产业经过丁这40余年的发展，其技术已快接近理论的极限。几十年来，集成电路内晶体管的尺寸和线宽不断缩小，其基本方法在于改进光刘技术，使用更短波长的曝光光源。在0．25斗m的时代，光源主要是紫外光，目前使用r深紫外线光刻技术(DuV)，芯片线宽F降到O18加13肛m，其理论上将使

6、集成电路的线宽达到01“m。而英特尔、摩托罗拉等公司从20世纪90年代起就开始研发超紫外线光刻技术(EuV)，它能使集成电路的线宽突破0．I“m的大关。然而，这种缩小趋势不可能长久持续，物理和技术上的限制会阻碍这种持续，晶体管的尺寸小到一定程度，就不得不考虑电子的量子效应。那时，现有技术就将达到极限。不仅如此，随着集成电路集成度的提高，芯片的生产成本也越来越高，一个O．18仙m生产工艺制造厂的生产建设成本就高达40亿美元!在制造晶体管的材料上，现有技术也遇到了问题。几f‘年束，siO：一直被用作晶体管的栅介质和电容介质。随着半导体集成电路

7、加工工艺的不断升级，晶体管的尺寸越来越小，sioz层的厚度也在不断减少。如0．65“m工艺线巾，SiO：层的厚度要求小于2nm．但这么薄的-二氧化硅层很容易被电流击穿。因此，科学家们需要新的材料来替代Sjq，这已成为整个微电子工业界目前撮迫切需要解决的问题之一。2馓电子技术的发展方向万方数据2．1制造工艺的进步尽管无情的自然规律使得莫尔定律迟早会“死亡”，但是至少目前全世界的芯片厂商都在努力使其生存下击。尽管令世界芯片制造业经济低迷．但各厂商仍投入巨资开发新技术。Intel公司仍然推出使用0．09岫工艺的微处理器。经济的低迷并没有阻止技术

8、的进步。现在，芯片制造业纷纷采用更先进的技术来加强自身竞争力。这些技术主要有：采用更大尺寸的晶圆；铜互连技术取代铝互联技术；进一步缩小集成电路内部线宽；采用新的芯片制造技术；采用新的材料。2．