微电子学技术调研报告

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1、微电子学技术调研报告作者：魏钰（SC09004022）摘要：介绍微电子学的发展历史、产业现状，分析了集成电路（IC）的核心技术，及未来的发展趋势和必须突破的关键技术，提出了利用纳米技术实现单电子晶体管的设想以延续摩尔定律。引言：微电子技术是随着集成电路，尤其是超大规模集成电路而发展起来的一门新的技术。微电子技术包括系统电路设计、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，微电子技术是微电子学中的各项工艺技术的总和。微电子技术的核心是集成电路。目前，以集成电路为基础的信息产业已超过了以汽车、石油、钢铁为代表的传统产业，因此，集成电路产业已成为改造传

2、统产业，奔向数字时代的强大引擎。现代经济发展的数据表明，每l～2元的集成电路产值可带动10元左右的电子工业产值，进而能大体带动100元的GDP增长。预计未来10年内，世界集成电路销售额将以年均15%的速度增长，2010年将达到6000～8000亿美元。作为当今世界经济竞争的焦点，拥有自主知识产权的集成电路已日益成为经济发展的命脉和国际竞争的筹码。然而，摩尔定律发展至今，技术瓶颈开始显现。由于量子隧道效应的影响，集成电路的进一步微型化遇到了挑战。而碳纳米管晶体管技术及进一步的单电子晶体管技术为实现集成电路微型化提供了方向。1.微电子学技术的发展微电子技术是现代电子信息技术的直

3、接基础。美国贝尔研究所的三位科学家因研制成功第一个结晶体三极管，获得1956年诺贝尔物理学奖。晶体管成为集成电路技术发展的基础，现代微电子技术就是建立在以集成电路为核心的各种半导体器件基础上的高新电子技术。集成电路的生产始于1959年，其特点是体积小、重量轻、可靠性高、工作速度快。自上世纪初，真空电子管发明后，至今电子器件至今已经历了五代的发展过程。集成电路的诞生，使电子技术出现了划时代的革命，它是现代电子技术和计算机发展的基础，也是微电子技术发展的标志。在发展过程中，人们按芯片上所含逻辑门电路或晶体管的个数作为划分标志。一般将单块芯片上包含100个元件或10个逻辑门以下的

4、集成电路称为小规模集成电路；而将元件数在100个以上、1000个以下，或逻辑门在10个以上、100个以下的称为中规模集成电路；门数有100─100000个元件的称大规模集成电路（LSI），门数超过5000个，或元件数高于10万个的则称超大规模集成电路（VLSI）。电路集成化的最初设想是在晶体管兴起不久的1952年，由英国科学家达默提出的。他设想按照电子线路的要求，将一个线路所包含的晶体管和二极管，以及其他必要的元件统统集合在一块半导体晶片上，从而构成一块具有预定功能的电路。1958年，美国德克萨斯仪器公司的一位工程师基尔比，按照上述设想，制成了世界上第一块集成电路。他使用一

5、根半导体单晶硅制成了相移振荡器，这个振荡器所包含的4个元器件已不需要用金属导线相连，硅棒本身既用为电子元器件的材料，又构成使它们之间相连的通路。同年，另一家美国著名的仙童电子公司也宣称研制成功集成电路。由该公司赫尔尼等人所发明的一整套制作微型晶体管的新工艺──“平面工艺“被移用到集成电路的制作中，使集成电路很快从实验室研制试验阶段转入工业生产阶段。1959年，德克萨斯仪器公司首先宣布建成世界上第一条集成电路生产线。1962年，世界上出现了第一块集成电路正式商品。虽然这预示着第三代电子器件已正式登上电子学舞台。不久，世界范围内掀起了集成电路的研制热潮。早期的典型硅芯片为1.2

6、5毫米见方。60年代初，国际上出现的集成电路产品，每个硅片上的元件数在100个左右；1967所已达到1000个晶体管，这标志着大规模集成阶段的开端；到1976年，发展到一个芯片上可集成1万多个晶体管；进入80年代以来，一块硅片上有几万个晶体管的大规模集成电路已经很普遍了，并且正在超大规模集成电路发展。如今，已出现属于第五代的产品，在不到50平方毫米的硅芯片上集成的晶体管数激增到200万只以上。2.微电子技术及其特点微电子技术一般是将半导体材料置于超净环境中,通过极精细的微细加工制造微电子器件、微电子系统的一门技术。其核心是集成电路技术。有人直接称集成电路技术为微电子技术,也

7、有人称芯片技术为微电子技术。微电子产品的特点是尺寸小、重量轻、耗电少、可靠性高、技术附加值高、功能强、性能优、嵌入式和渗透性强等。目前,集成电路大生产技术的加工尺寸为0.25微米(相当于一根头发直径的千分之2.5)。4GDRAM存贮器的加工精度为0.15微米,芯片尺寸为34毫米×29毫米(相当一块矩形手表的大小),由88亿个元件组成。其存贮容量转换成文字,相当1.6万页报纸,如果是8版的日报,一块这样的存贮器就可存贮5年半的报纸,重量却仅有几克。集成电路的功耗为微瓦级,开关能量(速度×功耗)已达到0.005微微焦耳