張明文

（武夷學院，福建　武夷山　354300）

當前微電子學與集成電路分析

張明文

（武夷學院，福建武夷山354300）

在社會不斷發(fā)展的過程中，科學技術(shù)也得到了進一步發(fā)展，其中集成電路和微電子學的發(fā)展尤為迅速。對于集成電路來講，它的基片是半導體單晶片，在相應的平面工藝下，將電阻、晶體管以及電容等一系列的元器件，通過連線在電路制作的基片上進而形成一個微型化的系統(tǒng)或者是電路。相對集成電路來講，微電子的研究更為廣闊，它不僅要研究電子在半導體和集成電路中的物理現(xiàn)象，還要研究它們之間的物理規(guī)律，以便使這些物理規(guī)律以及現(xiàn)象得到更好的應用。

微電子；集成電路；半導體晶片；物理規(guī)律

對于微電子學和集成電路來講，在一定程度上可以視為包含與被包含的關(guān)系，因為，微電子學研究的對象不僅包括集成電路，還有集成超導器件以及集成電子器件等一系列的期間。集成電路的體積以及功耗都比較小、可靠性高而成本相對來講比較低、重量輕且速度快，同樣，也正是它的這些優(yōu)勢促使了其快速發(fā)展。就目前來看，要想衡量微電子技術(shù)是否進步，主要從以下3個方面進行：首先，加工線條的寬度是否得到有效縮小；其次，集成規(guī)模是否得到有效擴大；再次，是否開拓出一些有針對性的設(shè)計應用。

1　微電子技術(shù)發(fā)展的歷程、狀態(tài)以及特點

20世紀40年代末晶體管問世，經(jīng)過不斷發(fā)展；到50年代末以組件為基礎(chǔ)的混合元件騰空而出，首個鍺集成電路就此而誕生；60年代初發(fā)明了半導體場效應晶體管，在接下來的過程中開始大量生產(chǎn)晶體管；從70年代開始，人類進入了MOS電路時代。在集成密集不斷提高的過程中，集成電路開始向集成系統(tǒng)方向發(fā)展。在發(fā)展的過程中，電路的設(shè)計開始越來越復雜、過程越來越復雜、費用越來越高。如果只是單純地依靠人工而沒有計算機的輔助，根本無法完成那些大規(guī)模集成電路的設(shè)計。

集成電路是微電子的一種，電子信息科學與技術(shù)是一門相對前沿的學科。從世界范圍上來看，微電子已經(jīng)成為美國的戰(zhàn)略性產(chǎn)業(yè)，對于日本來講，則將它放在“電子立國的”重要地位。由此可見，在信息化社會快速發(fā)的今天，微電子技術(shù)已經(jīng)成為當前最具核心競爭力的技術(shù)。據(jù)有關(guān)數(shù)據(jù)統(tǒng)計，我國集成電路設(shè)計企業(yè)有將近100家，但是，具有一定設(shè)計規(guī)模的企業(yè)只有20多家，那些在國外留學并學有所成而回國創(chuàng)業(yè)的人才，都是CAD行業(yè)的重要力量。在社會不斷發(fā)展的過程中，我國的集成電路已經(jīng)具備了相應的發(fā)展基礎(chǔ)，并具有如下特點：第一，在技術(shù)創(chuàng)新方面已經(jīng)取得了突破性的進展；第二，在產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)上開始不斷地優(yōu)化；第三，企業(yè)的規(guī)模越來越大，相應的技術(shù)水平得到了快速提高。

2　當今微電子技術(shù)的發(fā)展方向

2.1硅基互補金屬氧化物半導體（Complementary Metal Oxide Semiconductor，CMOS）電路將會成為主流工藝

隨著科學技術(shù)的不斷發(fā)展，微電子技術(shù)發(fā)展的目標也有所提高，所以，無論是集成電路的性能，還是集成電路的性價比都得到了相應的提高，在這樣的基礎(chǔ)上，芯片的集成度必須得到一定的提高，唯有如此，半導體器件特征尺寸才會不斷地縮小。以MOS技術(shù)為例進行簡要分析，要想集成電路的速度有所提高，溝道長度必須進行相應縮小。通過縮小溝道的長度以及寬度可以有效地減少4件尺度，進而科學有效地提高集成度，以便在芯片上集成數(shù)目較多的晶體管，如此一來，一個性能完善、結(jié)構(gòu)復雜的電子系統(tǒng)將會集成在一個芯片上。除此之外，在集成度越來越高的情況下，系統(tǒng)無論是在速度上，還是在可靠性上都得到了大幅度的提高，而價格卻下降了許多。對于芯片內(nèi)的信息來講，它的延遲遠遠小于芯片之間信號的延遲，在縮小之后，器件自身性能沒有得到有效提高的情況下，整個集成系統(tǒng)在性能上也將會得到大幅度的提高。由此可見，21世紀初期，在整個微電子行業(yè)中尺寸逐漸縮小的硅基CMOS工藝技術(shù)將成為微電子的主流。

2.2在21世紀初期集成系統(tǒng)將成為微電子技術(shù)發(fā)展的重點內(nèi)容

在微電子發(fā)展的過程中，集成電路（Integrated Circuit，IC）都是微電子芯片的基礎(chǔ)，利用這些芯片通過印刷電路板等一系列的技術(shù)來實現(xiàn)一個完整的系統(tǒng)。對于信息系統(tǒng)來講，它的發(fā)展速度相對來講比較快、功耗和電壓相對來講比較低、媒體相對來講比較多，進而實現(xiàn)了移動化以及網(wǎng)絡(luò)化，在這樣的大環(huán)境下，系統(tǒng)必須要快速、準確地處理各種相對來講比較復雜的智能問題。對于傳統(tǒng)的信息系統(tǒng)來講，IC芯片的速度雖然很高、耗能相對來講也比較少，但是，受到IC芯片之間存在的相應延時、印刷電路板的質(zhì)量、印刷電路板的可靠性等一系列因素的限制，進而使整個系統(tǒng)集成在幾個甚至是一個芯片上，由此而產(chǎn)生了系統(tǒng)芯片的集成系統(tǒng)。在社會不斷發(fā)展的過程中，集成電路技術(shù)也得到了快速的發(fā)展，甚至發(fā)展成在一個芯片上可以集成多達109的晶體管。微電子技術(shù)在發(fā)展的過程中，已經(jīng)從3G逐漸發(fā)展到3T，因此，它為集成系統(tǒng)的高速發(fā)展奠定了堅實的基礎(chǔ)。對于微電子技術(shù)來講，它從IC向IS方向轉(zhuǎn)變，不僅僅是單純概念上的突破，更是信息技術(shù)發(fā)展的必然。

2.3由于微電子技術(shù)與其他技術(shù)相結(jié)合而產(chǎn)生了一系的列新技術(shù)

對于微電子技術(shù)來講，它不僅成本低而且可以進行大批量的生產(chǎn)。對于這種技術(shù)它的優(yōu)勢是不言而喻的，所以，一旦它與其他技術(shù)相結(jié)合，便會產(chǎn)生相應的新科學技術(shù)，進而促進國民經(jīng)濟的增長，就目前來講，比較熟悉的有微光機電系統(tǒng)（Micro Optical Electro Mechanical System，MOEMS）技術(shù)以及脫氧核糖核酸（Deoxyribonucleic Acid，DNA）生物芯片等。對于MOEMS技術(shù)來講，它是微電子技術(shù)與光學、機械等一系列領(lǐng)域的結(jié)合而產(chǎn)生的一種新技術(shù)；對于DNA生物芯片來講，它是與生物技術(shù)相結(jié)合而得到的一種新產(chǎn)物。在今后發(fā)展的過程中，芯片的特征尺寸還會再不斷縮小，系統(tǒng)芯片將會是微電子技術(shù)發(fā)展以及應用的新方向，這里所說的系統(tǒng)芯片是微電子技術(shù)不斷發(fā)展的環(huán)境下逐漸向納米級方向遷移以及設(shè)計。由此可見，微電子技術(shù)的高速發(fā)展將會帶來一次具有革命性人才以及技術(shù)的變革。

3　當前微電子技術(shù)的應用

就目前來講，微機電系統(tǒng)（Micro Electro Mechanical System，MEMS）是微電子技術(shù)應用的主要方向。對于微機電系統(tǒng)制造而言，它主要是獲取相應的信息、再通過相應的處理以及執(zhí)行一體化的集成在一起，進而形成一個真正的系統(tǒng)，在某種程度上可以看作為更為廣闊的系統(tǒng)芯片概念。MEMS技術(shù)是以納米技術(shù)或者是微米技術(shù)為基礎(chǔ)的高端技術(shù)。它可以將光學系統(tǒng)、機械構(gòu)件、電控系統(tǒng)、驅(qū)動部件來集成一個整體單元的微型系統(tǒng)。這種微機電的應用范圍非常的廣泛，不僅僅可以處理、采集、發(fā)生信息或者是指令，還可以根據(jù)其所獲得的信息或者是指令來進行相應的操作。對于這種微電子技術(shù)與微加工技術(shù)相結(jié)合的制造工藝來講，制造出來的驅(qū)動器、傳感器以及執(zhí)行器等產(chǎn)品的性能相對來講都比較好、價格相對來講都比較低、形狀相對來講都比較小，該技術(shù)對人類未來的發(fā)展將會產(chǎn)生不可估量的影響。

4　結(jié)語

在社會不斷發(fā)展的過程中，微電子技術(shù)的應用范圍越來越廣，例如在日常生活、軍工需求、科研方面中，都得到了廣泛地應用，由此可見，微電子技術(shù)將成為衡量一個國家發(fā)展狀況以及國民經(jīng)濟的重要標準。對于我國來講，微電子技術(shù)的發(fā)展還處于初級階段，很多產(chǎn)品還必需要從國外進口，所以，要堅持不懈地研究微電子技術(shù)，以便我國微電子產(chǎn)業(yè)得到更好的發(fā)展。

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Analysis of current microelectronics and integrated circuit

Zhang Mingwen
（Wuyi University， Wuyishan 354300， China）

In the process of social development， science technology also obtained the further development，among which the integrated circuit and the development of microelectronics is particularly fast. For integrated circuit， its substrate is a single chip semiconductor，under the corresponding planar process， makes a series of components such as resistors， transistors and capacitors， through the connection in the circuit substrate to form a system or circuit miniaturization. Compare to integrated circuit， microelectronics research is more wide，it not only study the physical phenomenon of electrons in the semiconductor and integrated circuit， but also study the laws of physics between them， in order to have a better application of the laws of physics as well as the phenomenon.

microelectronics； integrated circuit； semiconductor chips； physical laws

項目名稱：深亞微米下高性能流水線型模數(shù)轉(zhuǎn)換器的系統(tǒng)級建模及仿真；項目編號：JB14100。

張明文（1986— ），男，河南南陽，碩士，助教；研究方向：集成電路設(shè)計與應用。