微电子技术发展及未来趋势展望

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1、微电子技术发展及未来趋势展望1微电子技术概述从本质上来看，微电子技术的核心在于集成电路，它是在各类半导体器件不断发展过程中所形成的。在信息化时代下，微电子技术对人类生产、生活都带来了极大的影响。与传统电子技术相比，微电子技术具备一定特征，具体表现为以下几个方面[1]：（1）微电子技术主要是通过在固体内的微观电子运动来实现信息处理或信息加工。（2）微电子信号传递能够在极小的尺度下进行。（3）微电子技术可将某个子系统或电子功能部件集成于芯片当中，具有较高的集成性，也具有较为全面的功能性。（4）微電子技术可在晶格级微区进行工作。2微电子技术发展历程概述微电子技术诞生于20世纪40年代末。1947年，

2、巴丁、布莱顿与肖克莱发明了晶体管，这使得电子技术有了极大的突破，也为微电子技术的后续发展奠定了基础。至20世纪50年代末，集成电路的出现推动了电子技术革命，这也意味着微电子技术变得愈来愈成熟，并进入了快速发展期。同时，计算机技术应用范围的不断拓展，也进一步促进了微电子技术的发展。至20世纪70年代，伴随着微型计算机的出现，让微电子技术发展达到了空前的高度，也奠定了微电子技术在高新技术当中的核心地位[2]。如今，微电子技术已走入人们的生活当中，计算机、、家用电器的制造、生产都离不开微电子技术的支持。同时，微电子技术也成为了国防工业、印刷工业、汽车工业等工业生产当中不可或缺的核心技术。甚至可以说微

3、电子技术无处不在，它已经与整个社会形成了一种相互依存的关系。相对于发达国家而言，我国微电子技术起步较晚。但近年来，我国的微电子技术取得了很大进展，特别是在纳米集成技术方面有所突破，并且集成规模也变得愈来愈大。其中华为公司在移动芯片方面已经处于国际领先地位，旗下的海思芯片已经能够与高通、三星等芯片一较长短。如今我国已经成为全球最大的消费类电子市场，在市场刺激下，我国微电子技术整体水平还将进一步提升。3微电子技术发展趋势分析3.1硅基CMOS电路在硅基技术不断进步、不断成熟的情况下，硅基CMOS的应用深度也在不断提升。从硅基CMOS电路发展趋势来看，硅晶圆片的尺寸正在不断扩大，然而特征尺寸（光刻加

4、工线条）却变得愈来愈小。早期的硅片尺寸为2英寸居多，经过3、4、6英寸的过渡发展，如今已经达到8英寸水平[3]。近年来，集成电路制造工艺技术的进一步突破，使得硅片尺寸已经达到12英寸以上，直径超过300mm。硅片尺寸的扩大，意味着整体生产成本能够进一步降低。英特尔公司在集成电路芯片制造方面一直处于行业领先地位，从2011年开始英特尔便具备了成熟的32nm制造工艺。近年来，由32nm工艺到22nm工艺，再到如今主流的14nm工艺，体现了集成电路制造技术的快速发展。未来两年内，器件的主流特征尺寸将朝着10nm、7nm方向发展。当然，在硅基CMOS电路特征尺寸不断缩小的情况下，器件结构的物理性质会变

5、得愈来愈大，不可能完全按照摩尔定律一直发展下去，甚至可以说硅基CMOS电路已经遇到了一定的发展瓶颈。要让其突破发展瓶颈，必然需要新材料的支持。高K材料、新型栅电极及新制造工艺将是促使其进一步发展的关键。3.2生物芯片生物芯片是微电子技术未来重要的发展方向之一。生物芯片是一种微阵列杂交型芯片，其中微阵列主要由各类生物信息分子所够成，包括DNA、RNA、多肽等。它是典型的生物技术与微电子技术的融合性产物。在阵列当中，各分子序列是预先所设定的序列点阵，并且序列与位置都是已知的[4]。以生物分子特异性作用为基础，可将生化分析过程集成于芯片表面，这样便能够实现生物成分如DNA、RNA、糖分子、蛋白质、多

6、肽等的高通量快速检测。在生物芯片技术水平不断提升的过程中，其应用范围也在逐渐扩大。例如，Santford与Affymetrize公司所生产的DNA芯片上含有超过600种的基因片段。在芯片制造过程中，先在玻璃片上蚀刻出微小沟槽，在将DNA纤维覆于沟槽上，以不同DNA纤维图形来体现基本片段的差异性。利用电场等手段可让某些特殊物质将部分基因的特征表现出来，从而实现基因检测。又如，三位美国科学家被授予了一项关于量子级神经动态计算芯片的专利。此类芯片功能性较强，可进行高速非标准运算，这给量子计算领域的发展带来了巨大的推动力。该芯片是物理过程与生物过程的结合产物。以仿生系统为基础，在接口界面通过突触神经元

7、连接，可实现反馈性学习，无论是运算速度，还是运算能力均具有较高水准。一旦该技术成熟后，可在民用及军事领域大范围应用。3.3集成系统集成系统是微电子技术发展的重点方向。以往微电子芯片都是以集成电路芯片为基础，然而，电子信息类型及数量的不断增多对集成电路芯片提出了新的要求，要求其具备更低的功耗、更快的速度，并且能够快速处理不同类型的复杂智能问题。在此需求下，SOC（系统级芯片）概念愈来愈受到关注。SO