世纪的硅微电子学

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1、21世纪的硅微电子学作者简介王阳元，1935年生，微电子学家。浙江宁波人。1958年北京大学物理系毕业。北京大学微电子学研究所教授。中国科学院院士。摘要本文展望了21世纪微电子技术的发展趋势。认为：21世纪初的微电子技术仍将以硅基CMOS电路为主流工艺，但将突破目前所谓的物理“限制”，继续快速发展；集成电路将逐步发展成为集成系统；微电子技术将与其它技术结合形成一系列新的增长点，例如微机电系统、DNA芯片等。具体地讲，S鹞OC设计技术、超微细光刻技术、虚拟工厂技术、铜互连及低K互连绝缘介质、高迓K栅绝缘介质和栅工

2、程技术、SOI技术等将在近几年琶内得到快速发展。21世纪疏将是我国微电子产业的黄金━时代。关键词微电子技术集成系统微机电系统DNA隘芯片1引言综观人类社瞠会发展的文明史，一切生产隹方式和生活方式的重大变革埒都是由于新的科学发现和新珈技术的产生而引发的，科学技术作为革命的力量，推动祭着人类社会向前发展。从5狻0多年前晶体管的发明到目前微电子技术成为整个信息叛社会的基础和核心的发展历ㄛ史充分证明了“科学技术是刭第一生产力”。信息是客观鳙事物状态和运动特征的一种ㄎ17/17普遍形式，与材料和能源一梯起是人类社会的

3、重要资源，痛但对它的利用却仅仅是开始考。当前面临的信息革命以数字化和网络化作为特征。数漶字化大大改善了人们对信息渺的利用，更好地满足了人们哀对信息的需求；而网络化则胡使人们更为方便地交换信息宋，使整个地球成为一个“地癞球村”。以数字化和网络化├为特征的信息技术同一般技术不同，它具有极强的渗透镄性和基础性，它可以渗透和羡改造各种产业和行业，改变滥着人类的生产和生活方式，欤改变着经济形态和社会、政渖治、文化等各个领域。而它钔的基础之一就是微电子技术樵。可以毫不夸张地说，没有姥微电子技术的进步，就不可К能有今天信息技

4、术的蓬勃发赍展，微电子已经成为整个信髭息社会发展的基石。50黑多年来微电子技术的发展历灌史，实际上就是不断创新的ㄙ过程，这里指的创新包括原始创新、技术创新和应用创骊新等。晶体管的发明并不是殷一个孤立的精心设计的实验于，而是一系列固体物理、半妹导体物理、材料科学等取得如重大突破后的必然结果。1渖947年发明点接触型晶体悟管、1948年发明结型场效应晶体管以及以后的硅平面工艺、集成电路、CMO闻S技术、半导体随机存储器廉、CPU、非挥发存储器等微电子领域的重大发明也都坊是一系列创新成果的体现。览同时，每一项重大

5、发明又都ズ开拓出一个新的领域，带来迂了新的巨大市场，对我们的锷生产、生活方式产生了重大的影响。也正是由于微电子嬴技术领域的不断创新，才能锹使微电子能够以每三年集成17/17墓度翻两番、特征尺寸缩小倍搬的速度持续发展几十年。自备1968年开始，与硅技术虺有关的学术论文数量已经超ｕ过了与钢铁有关的学术论文弱，所以有人认为，1968ひ年以后人类进入了继石器、伐青铜器、铁器时代之后硅石时代〖1〗。因此可以说社赚会发展的本质是创新，没有圆创新，社会就只能被囚禁在怍“超稳态”陷阱之中。虽然Χ创新作为经济发展的改革动鹂力往往

6、会给社会带来“创造鲣性的破坏”，但经过这种破傅坏后，又将开始一个新的处惮于更高层次的创新循环，社倩会就是以这样螺旋形上升的辇方式向前发展。在微电子洇技术发展的前50年，创新唬起到了决定性的作用，而今界后微电子技术的发展仍将依蝎赖于一系列创新性成果的出矫现。我们认为：目前微电子弈技术已经发展到了一个很关副键的时期，21世纪上半叶Κ，也就是今后50年微电子技技术的发展趋势和主要的创亮新领域主要有以下四个方面ぬ：以硅基CMOS电路为主流工艺；系统芯片为发展重淮点；量子电子器件和以分子斧自组装技术为基础的纳米电丁子学；与

7、其他学科的结合诞胜生新的技术增长点，如ME腋MS，DNAChip等。221世纪上半叶仍将以硅狷基CMOS电路为主流工艺噌微电子技术发展的目标是籁不断提高集成系统的性能及性能价格比，因此便要求提镊高芯片的集成度，这是不断奘缩小半导体器件特征尺寸的动力源泉。以MOS技术为庹17/17例，沟道长度缩小可以提高形集成电路的速度；同时缩小昀沟道长度和宽度还可减小器籁件尺寸，提高集成度，从而罨在芯片上集成更多数目的晶镊体管，将结构更加复杂、性能更加完善的电子系统集成逐在一个芯片上；此外，随着屎集成度的提高，系统的速度冱和

8、可靠性也大大提高，价格等大幅度下降。由于片内信号⒀的延迟总小于芯片间的信号掭延迟，这样在器件尺寸缩小鬟后，即使器件本身的性能没°有提高，整个集成系统的性霈能也可以得到很大的提高。焘自1958年集成电路发梗明以来，为了提高电子系统的性能，降低成本，微电子太器件的特征尺寸不断缩小，脎加工精度不断提高，同时硅鹿片的面积不断增大。集成电蜡路芯片的发展基本上遵循了硬