摘 要：社會(huì)的不斷進(jìn)步和經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展極大地促進(jìn)了我國(guó)科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，豐富了科學(xué)技術(shù)的種類，提升了不同技術(shù)的應(yīng)用性。微電子技術(shù)是科學(xué)技術(shù)發(fā)展的產(chǎn)物，給當(dāng)下社會(huì)不同領(lǐng)域的發(fā)展帶來(lái)了較大的影響。為了促進(jìn)微電子技術(shù)的長(zhǎng)遠(yuǎn)發(fā)展，本文主要對(duì)微電子技術(shù)發(fā)展面臨的限制及發(fā)展前景進(jìn)行分析和研究。

關(guān)鍵詞：微電子技術(shù)；發(fā)展限制；發(fā)展前景；分析和研究

中圖分類號(hào)：TN40 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：2096-4706（2018）05-0042-02

Limitation and Development Prospect of Microelectronic Technology Development

CHEN Jiawei

（School of Electronic Information Engineering，Hankou University，Hankou 430212，China）

Abstract：With the continuous progress of the society and the continuous development of the economy，the development of science and technology in China has been greatly promoted，the types of science and technology have been enriched，and the application of different technologies has been improved. Microelectronic technology is the product of the development of science and technology，which has a great impact on the development of different fields in the contemporary society. In order to promote the long-term development of microelectronics technology，this paper mainly analyzes and studies the limitations and prospects of microelectronic technology development.

Keywords：microelectronics technology；development constraints；development prospects；analysis and research

0 引 言

微電子技術(shù)是社會(huì)發(fā)展的產(chǎn)物，是科學(xué)技術(shù)發(fā)展的結(jié)晶，也是電子信息領(lǐng)域的關(guān)鍵技術(shù)。隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，產(chǎn)生了不同的新型技術(shù)。在眾多新型技術(shù)中，微電子技術(shù)是應(yīng)用效果最好、滲透性較強(qiáng)的技術(shù)，對(duì)航天領(lǐng)域、通訊利用和計(jì)算機(jī)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展具有較大影響。為了保證微電子加速的實(shí)際應(yīng)用性，本文對(duì)微電子技術(shù)的發(fā)展局限和前景進(jìn)行分析，并給出相關(guān)的發(fā)展建議。

1 微電子技術(shù)發(fā)展面臨的限制

1.1 微電子技術(shù)的材料限制

現(xiàn)階段，微電子技術(shù)在實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中，主要應(yīng)用的材料為單晶硅材料和多晶硅材料。單晶硅材料和多晶硅材料實(shí)際應(yīng)用性能的決定性因素包括介電常數(shù)、載流子的運(yùn)作率、載流子的運(yùn)作速度和飽和度、熱導(dǎo)能力和電場(chǎng)的效力等。微電子技術(shù)在實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中處于高度集成狀態(tài)時(shí)，會(huì)受到介電常數(shù)、載流子的運(yùn)作率、載流子的運(yùn)作速度和飽和度、熱導(dǎo)能力和電場(chǎng)的效力的限制，導(dǎo)致降低微電子技術(shù)的實(shí)際應(yīng)用性，阻礙微電子技術(shù)的發(fā)展[1]。

1.2 微電子技術(shù)的工藝限制

對(duì)微電子技術(shù)來(lái)說(shuō)，實(shí)際運(yùn)作工藝包括微細(xì)線條工藝、離子注入工藝、薄膜淀積工藝和光刻技術(shù)工藝等。光刻技術(shù)工藝是微電子技術(shù)的主要技術(shù)工藝，微電子技術(shù)在實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中主要面臨限制的是光刻技術(shù)工藝。在1978年初，大眾普遍認(rèn)為光學(xué)技術(shù)局限在1微米之內(nèi)，隨著社會(huì)的發(fā)展，光電技術(shù)在實(shí)際應(yīng)用的過(guò)程中延伸到了0.06微米。但在實(shí)際應(yīng)用中，它會(huì)受到微電子裝置的分辨率與焦深的影響，朝前運(yùn)作一步都較為不便[2]。

1.3 微電子技術(shù)的物理因素限制

如今的微電子技術(shù)發(fā)展建立在硅基互補(bǔ)金屬的氧化物半導(dǎo)體之上，科學(xué)研究多在研究集成電路性能的提升以及增加芯片元件容量。事實(shí)上提高集成電路性能需要合理縮小元器件，施加適應(yīng)的電源電壓。實(shí)質(zhì)上縮小芯片的元器件會(huì)受到電壓影響，同時(shí)還受到氧化層厚度、器件長(zhǎng)度的影響。目前微電子技術(shù)還無(wú)法使用物理因素調(diào)整克服電子和離子的物理規(guī)律，這也在很大程度上限制了微電子技術(shù)的長(zhǎng)遠(yuǎn)發(fā)展。

2 微電子技術(shù)的長(zhǎng)遠(yuǎn)發(fā)展

2.1 改進(jìn)制造工藝

伴隨制作工藝的穩(wěn)步提高，技術(shù)上取得了很大的創(chuàng)新成就，從平層的平面分布逐步發(fā)展到現(xiàn)在多層的多功能高密度工藝，由此微電子制造技術(shù)將朝向多功能化發(fā)展。人工超晶格工藝制作得到的器件是超晶格的半導(dǎo)體器件，這種元件最大的優(yōu)勢(shì)在于速度遠(yuǎn)超過(guò)普通導(dǎo)體，其速度約為普通硅半導(dǎo)體的10倍到100倍。在敏感集成電路中盡量縮小控制器件體積，不僅能夠有效節(jié)約成本，還能讓器件穩(wěn)定性得到大幅提升。在集成度得到提高的同時(shí)，光刻技術(shù)也得到了良好的發(fā)展。由于透鏡分辨率的提高、光刻技術(shù)的提高、光刻中出現(xiàn)的問(wèn)題被有針對(duì)性地解決，微電子產(chǎn)品性能得以更充分地完善?，F(xiàn)代的集成電路發(fā)展將逐漸呈現(xiàn)出摩爾定律結(jié)構(gòu)，由原先的二維集成逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)槿S集成，這能在很大程度上實(shí)現(xiàn)集成電路的重大突破。除此之外，微電子技術(shù)將向綠色化發(fā)展，向綠色化發(fā)展不僅是微電子技術(shù)的發(fā)展核心，更是社會(huì)需求導(dǎo)向。微電子技術(shù)中消耗的能源將得到有效控制，未來(lái)微電子技術(shù)的發(fā)展方向?qū)⒁跃G色環(huán)保為目標(biāo)，這也是我國(guó)建設(shè)可持續(xù)發(fā)展型社會(huì)的必然要求。

2.2 芯片器件的變化

隨著微電子技術(shù)的發(fā)展，芯片器件將作出適應(yīng)性調(diào)整。作為集成電路中的工作平臺(tái)，芯片是集成電路的基礎(chǔ)，芯片將朝著增大的方向發(fā)展。芯片尺寸的增大會(huì)讓芯片集成度大幅度增加，芯片能夠提供的工作能力也會(huì)被有效增強(qiáng)。目前微電子芯片的尺寸能夠達(dá)到12英寸，這個(gè)規(guī)模雖然并不算大，但是足以容納十幾億個(gè)工作元件，芯片容量的發(fā)展規(guī)模也會(huì)達(dá)到可觀的程度，讓芯片的密度大幅提升，功能大幅提高，其性價(jià)比也得以有效提高。

此外，器件尺寸將朝縮小的方向變化，器件尺寸縮小能夠讓集成電路性能大幅提升，也能顯現(xiàn)出價(jià)格優(yōu)勢(shì)。但是就目前來(lái)講，縮小器件尺寸也存在一定的難度。例如Soursce中的SCE串聯(lián)電阻，縮小其尺寸還需要加強(qiáng)對(duì)超淺結(jié)以及肖特基源漏等技術(shù)的使用，這是有待解決一大難點(diǎn)；又如在Substrate設(shè)置Band-to-band隧穿時(shí)，要想讓SD直接隧穿，那么在此過(guò)程中一定會(huì)出現(xiàn)遷移退化的情況，因此還需要使用應(yīng)變溝道相關(guān)技術(shù)來(lái)應(yīng)對(duì)遷移率退化問(wèn)題，或使用具備高遷移率的一些材料，這也是芯片器件在發(fā)展中面臨的挑戰(zhàn)。

2.3 改進(jìn)電路制造材料

在微電子技術(shù)的發(fā)展中，傳統(tǒng)的材料缺陷越來(lái)越顯著，限制了微電子技術(shù)的發(fā)展。研究領(lǐng)域正在尋找能夠替代原材料的新型材料，以打破微電子技術(shù)發(fā)展的局限。目前已經(jīng)發(fā)現(xiàn)砷化鎵等氧化物作為導(dǎo)體材料，這在很大程度上增加了集成電路性能，例如使用磷化銦作為超導(dǎo)材料制造出的微電子集成電路，它能夠在很大程度上提高電路的工作溫度，加快開關(guān)速度，提高其抗輻射能力等。

由于集成電路性能的提高，集成電路的應(yīng)用范圍逐步擴(kuò)大，應(yīng)用條件逐漸減少。同時(shí)有研究發(fā)現(xiàn)，使用有機(jī)物元原子能夠儲(chǔ)存信息，也能夠由此制作出生物芯片。例如碳化硅的使用，碳化硅具有高熱導(dǎo)性，還具有避免高電壓擊穿的性質(zhì)，因此在微電子技術(shù)中被研發(fā)使用，使用這種材料能夠在高壓環(huán)境中持續(xù)工作，并且不會(huì)被高壓擊穿，同時(shí)它還能在高頻率情況下實(shí)現(xiàn)對(duì)集成電路的組裝，這兩點(diǎn)也是碳化硅的重點(diǎn)優(yōu)勢(shì)，正是以此優(yōu)勢(shì)在微電子領(lǐng)域被廣泛使用。另外碳化硅的使用還能實(shí)現(xiàn)與其他化學(xué)材料相反應(yīng)，能夠生成具備良好性能的化合物，繼續(xù)發(fā)揮作用。

2.4 微電子技術(shù)和其他技術(shù)的聯(lián)合發(fā)展

通過(guò)上文的闡述我們可以看出，微電子技術(shù)在實(shí)際應(yīng)用和發(fā)展過(guò)程中存在自身的發(fā)展弊端，為了促進(jìn)微電子技術(shù)的長(zhǎng)遠(yuǎn)發(fā)展，需要應(yīng)對(duì)微電子技術(shù)的限制，解決微電子限制問(wèn)題，在生物領(lǐng)域和不同學(xué)科的基礎(chǔ)上謀求科學(xué)的解決方法，把微電子技術(shù)和不同科學(xué)技術(shù)產(chǎn)品相結(jié)合，增加其與生物技術(shù)與半導(dǎo)體技術(shù)的聯(lián)系，增加微電子技術(shù)的內(nèi)涵，促進(jìn)微電子技術(shù)的可持續(xù)發(fā)展。

2.4.1 生物技術(shù)

為了保證微電子技術(shù)的實(shí)際應(yīng)用性，完善微電子技術(shù)的弊端，把微電子技術(shù)和生物技術(shù)結(jié)合發(fā)展，可以產(chǎn)生生物芯片，因此，微電子和生物技術(shù)結(jié)合發(fā)展具有實(shí)際意義。以美國(guó)為首的西方國(guó)家在上個(gè)世紀(jì)九十年代開始增加對(duì)生物芯片技術(shù)的關(guān)注度，對(duì)脫氧核糖基因和脫氧核酸基因芯片進(jìn)行研究，打開了基因芯片的發(fā)展先河。生物芯片和計(jì)算機(jī)設(shè)備中的芯片設(shè)備較為相同，可以在較短時(shí)間內(nèi)對(duì)生物進(jìn)行多次反映，并對(duì)生物進(jìn)行基因的解碼等。當(dāng)下把微電子技術(shù)和生物芯片技術(shù)結(jié)合發(fā)展，可以保障計(jì)算機(jī)設(shè)備的容量在原有基層上增加10億之多。生物技術(shù)和微電子技術(shù)與生命科學(xué)結(jié)合的產(chǎn)物具有實(shí)際應(yīng)用價(jià)值，在當(dāng)下工業(yè)和農(nóng)業(yè)領(lǐng)域應(yīng)用價(jià)值較高[3]。

2.4.2 半導(dǎo)體技術(shù)

在科學(xué)技術(shù)發(fā)展過(guò)程中，微電子技術(shù)和半導(dǎo)體技術(shù)相結(jié)合是微電子技術(shù)發(fā)展的新方向。這一半導(dǎo)體技術(shù)與傳統(tǒng)的技術(shù)較為不同，它由塑料材質(zhì)構(gòu)成，是一個(gè)塑料形式的半導(dǎo)體技術(shù)，和傳統(tǒng)的硅元素構(gòu)建的半導(dǎo)體較為不同。在進(jìn)行晶體管的制作時(shí)，它把傳統(tǒng)的硅元素?fù)Q成了塑料物質(zhì)，這一具有塑料特征的晶體管被稱為塑料晶體管，也被稱作有機(jī)的晶體管，是晶體管發(fā)展的新方向。OTFT晶體管在實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中可以進(jìn)行準(zhǔn)確的潑墨作業(yè)，具有圖章印刷技術(shù)，可以保證在有效時(shí)間內(nèi)完成制作。微電子技術(shù)和OTFT的結(jié)合發(fā)展可以提高微電子技術(shù)的實(shí)際應(yīng)用性，保證其在不同領(lǐng)域都具有較好的實(shí)際應(yīng)用性，可以在不同的新型產(chǎn)品中應(yīng)用，例如可以在拋棄形式的射頻過(guò)程中制作標(biāo)簽，應(yīng)用在電子書的制作過(guò)程中，對(duì)不同電子書進(jìn)行自動(dòng)驅(qū)動(dòng)，還可以在手機(jī)和計(jì)算機(jī)設(shè)備與個(gè)人的數(shù)字處理過(guò)程中應(yīng)用，具有較好的應(yīng)用性[4]。

3 結(jié) 論

綜上所述，無(wú)論是社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展還是科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，在發(fā)展的過(guò)程中都會(huì)面臨相應(yīng)的阻力和障礙。微電子技術(shù)在實(shí)際發(fā)展過(guò)程中也是如此，它也受到了不同的限制和阻礙，包括微電子技術(shù)的材料限制和微電子技術(shù)的工藝限制等。為了促進(jìn)微電子技術(shù)的長(zhǎng)遠(yuǎn)發(fā)展，增加微電子技術(shù)的實(shí)際使用性能以及突破微電子技術(shù)的發(fā)展弊端，首先要讓微電子技術(shù)與不同領(lǐng)域?qū)W科結(jié)合發(fā)展，與生物技術(shù)結(jié)合發(fā)展，把微電子技術(shù)和塑料半導(dǎo)技術(shù)結(jié)合發(fā)展，以促進(jìn)微電子技術(shù)的可持續(xù)發(fā)展。

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作者簡(jiǎn)介：陳佳偉（1996-），男，漢族，福建泰寧人，本科在讀。研究方向：電子信息工程、數(shù)碼設(shè)計(jì)。