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微電子技術(shù)發(fā)展及未來趨勢展望論文
摘 要：微電子技術(shù)是目前應(yīng)用最為廣泛的高新技術(shù)之一。在相關(guān)技術(shù)不斷成熟的情況下，它已經(jīng)融入到各行各業(yè)當中，無論是人類生活，還是工業(yè)生產(chǎn)，都已經(jīng)離不開微電子技術(shù)。在信息化時代背景下，微電子技術(shù)被視為新技術(shù)革命的核心技術(shù)，是信息產(chǎn)業(yè)、計算機產(chǎn)業(yè)、通信產(chǎn)業(yè)的發(fā)展的基礎(chǔ)。正因為如此，國家對微電子技術(shù)愈來愈重視，所投入的資源也在不斷增加，這給微電子技術(shù)快速發(fā)展提供了充足的動力�；诖耍疚膶ξ㈦娮蛹夹g(shù)發(fā)展進行了探討，提出了相關(guān)觀點，以供參考。
關(guān)鍵詞：微電子技術(shù)；發(fā)展；趨勢
1 微電子技術(shù)概述
從本質(zhì)上來看，微電子技術(shù)的核心在于集成電路，它是在各類半導(dǎo)體器件不斷發(fā)展過程中所形成的。在信息化時代下，微電子技術(shù)對人類生產(chǎn)、生活都帶來了極大的影響。與傳統(tǒng)電子技術(shù)相比，微電子技術(shù)具備一定特征，具體表現(xiàn)為以下幾個方面：
�。�1）微電子技術(shù)主要是通過在固體內(nèi)的微觀電子運動來實現(xiàn)信息處理或信息加工。
�。�2）微電子信號傳遞能夠在極小的尺度下進行。
�。�3）微電子技術(shù)可將某個子系統(tǒng)或電子功能部件集成于芯片當中，具有較高的集成性，也具有較為全面的功能性。
�。�4）微電子技術(shù)可在晶格級微區(qū)進行工作。
2 微電子技術(shù)發(fā)展歷程概述
微電子技術(shù)誕生于20世紀40年代末。1947年，巴丁、布萊頓與肖克萊發(fā)明了晶體管，這使得電子技術(shù)有了極大的突破，也為微電子技術(shù)的后續(xù)發(fā)展奠定了基礎(chǔ)。至20世紀50年代末，集成電路的出現(xiàn)推動了電子技術(shù)革命，這也意味著微電子技術(shù)變得愈來愈成熟，并進入了快速發(fā)展期。同時，計算機技術(shù)應(yīng)用范圍的不斷拓展，也進一步促進了微電子技術(shù)的發(fā)展。至20世紀70年代，伴隨著微型計算機的出現(xiàn)，讓微電子技術(shù)發(fā)展達到了空前的高度，也奠定了微電子技術(shù)在高新技術(shù)當中的核心地位[2]。如今，微電子技術(shù)已走入人們的生活當中，計算機、手機、家用電器的制造、生產(chǎn)都離不開微電子技術(shù)的支持。同時，微電子技術(shù)也成為了國防工業(yè)、印刷工業(yè)、汽車工業(yè)等工業(yè)生產(chǎn)當中不可或缺的核心技術(shù)。甚至可以說微電子技術(shù)無處不在，它已經(jīng)與整個社會形成了一種相互依存的關(guān)系。相對于發(fā)達國家而言，我國微電子技術(shù)起步較晚。但近年來，我國的微電子技術(shù)取得了很大進展，特別是在納米集成技術(shù)方面有所突破，并且集成規(guī)模也變得愈來愈大。其中華為公司在移動芯片方面已經(jīng)處于國際領(lǐng)先地位，旗下的海思芯片已經(jīng)能夠與高通、三星等芯片一較長短。如今我國已經(jīng)成為全球最大的消費類電子市場，在市場刺激下，我國微電子技術(shù)整體水平還將進一步提升。
3 微電子技術(shù)發(fā)展趨勢分析
3.1 硅基CMOS電路
在硅基技術(shù)不斷進步、不斷成熟的情況下，硅基CMOS的應(yīng)用深度也在不斷提升。從硅基CMOS電路發(fā)展趨勢來看，硅晶圓片的尺寸正在不斷擴大，然而特征尺寸（光刻加工線條）卻變得愈來愈小。早期的硅片尺寸為2英寸居多，經(jīng)過3、4、6英寸的過渡發(fā)展，如今已經(jīng)達到8英寸水平[3]。近年來，集成電路制造工藝技術(shù)的進一步突破，使得硅片尺寸已經(jīng)達到12英寸以上，直徑超過300mm。硅片尺寸的擴大，意味著整體生產(chǎn)成本能夠進一步降低。英特爾公司在集成電路芯片制造方面一直處于行業(yè)領(lǐng)先地位，從2011年開始英特爾便具備了成熟的32nm制造工藝。近年來，由32nm工藝到22nm工藝，再到如今主流的14nm工藝，體現(xiàn)了集成電路制造技術(shù)的快速發(fā)展。未來兩年內(nèi)，器件的主流特征尺寸將朝著10nm、7nm方向發(fā)展。當然，在硅基CMOS電路特征尺寸不斷縮小的情況下，器件結(jié)構(gòu)的物理性質(zhì)會變得愈來愈大，不可能完全按照摩爾定律一直發(fā)展下去，甚至可以說硅基CMOS電路已經(jīng)遇到了一定的發(fā)展瓶頸。要讓其突破發(fā)展瓶頸，必然需要新材料的支持。高K材料、新型柵電極及新制造工藝將是促使其進一步發(fā)展的關(guān)鍵。
3.2 生物芯片
生物芯片是微電子技術(shù)未來重要的發(fā)展方向之一。生物芯片是一種微陣列雜交型芯片，其中微陣列主要由各類生物信息分子所夠成，包括DNA、RNA、多肽等。它是典型的生物技術(shù)與微電子技術(shù)的融合性產(chǎn)物。在陣列當中，各分子序列是預(yù)先所設(shè)定的序列點陣，并且序列與位置都是已知的[4]。以生物分子特異性作用為基礎(chǔ)，可將生化分析過程集成于芯片表面，這樣便能夠?qū)崿F(xiàn)生物成分如DNA、RNA、糖分子、蛋白質(zhì)、多肽等的高通量快速檢測。在生物芯片技術(shù)水平不斷提升的過程中，其應(yīng)用范圍也在逐漸擴大。例如，Santford與Affymetrize公司所生產(chǎn)的DNA芯片上含有超過600種的基因片段。在芯片制造過程中，先在玻璃片上蝕刻出微小溝槽，在將DNA纖維覆于溝槽上，以不同DNA纖維圖形來體現(xiàn)基本片段的差異性。利用電場等手段可讓某些特殊物質(zhì)將部分基因的特征表現(xiàn)出來，從而實現(xiàn)基因檢測。又如，三位美國科學家被授予了一項關(guān)于量子級神經(jīng)動態(tài)計算芯片的專利。此類芯片功能性較強，可進行高速非標準運算，這給量子計算領(lǐng)域的發(fā)展帶來了巨大的推動力。該芯片是物理過程與生物過程的結(jié)合產(chǎn)物。以仿生系統(tǒng)為基礎(chǔ)，在接口界面通過突觸神經(jīng)元連接，可實現(xiàn)反饋性學習，無論是運算速度，還是運算能力均具有較高水準。一旦該技術(shù)成熟后，可在民用及軍事領(lǐng)域大范圍應(yīng)用。
3.3 集成系統(tǒng)
集成系統(tǒng)是微電子技術(shù)發(fā)展的重點方向。以往微電子芯片都是以集成電路芯片為基礎(chǔ)，然而，電子信息類型及數(shù)量的不斷增多對集成電路芯片提出了新的要求，要求其具備更低的功耗、更快的速度，并且能夠快速處理不同類型的復(fù)雜智能問題。在此需求下，SOC（系統(tǒng)級芯片）概念愈來愈受到關(guān)注。SOC具有極強的集成性功能，不但能夠?qū)⑿畔⑻幚硐到y(tǒng)、執(zhí)行器集于一體，還能集成生物、化學、物理敏感器[5]。目前，SOC已經(jīng)成為了移動終端中最為主流的芯片解決方案。部分手機的SOC性能已經(jīng)達到了很高的水平，甚至接近于桌面級CPU。以蘋果的A10芯片為例，A10晶體管的數(shù)量已經(jīng)超過30億，其整體性能較上一代A9芯片提升了約40%，所集成的GPU性能較A9也有50%的提升，但整體能耗卻下降了30%。同時，SOC當中還集成了數(shù)字信號處理器模塊、控制器模塊、存儲器單元模塊等多個模塊，可以勝任各種任務(wù)。未來隨著相關(guān)技術(shù)的不斷成熟，SOC還將具備更大的發(fā)展空間，并成為社會生產(chǎn)當中不可或缺的一部分。
3.4 微電子制造工藝
穆爾定則指出，集成電路的集成度每3年左右就會成倍增長，而特征線寬則會下降30%。特征線條愈窄，也就意味著集成電路的工作速度愈快，并且單元功能消耗功率也會一定幅度下降。集成電路集成度的不斷增大對相關(guān)制造技術(shù)（光刻技術(shù)、蝕刻技術(shù)、擴散氧化技術(shù)）也提出了新的要求。
�。�1）光刻技術(shù)。利用波長為436nm光線，即可獲取亞微米尺寸圖形，從而得到集成度為1M位與4M位的DRAM。然而i射線曝光設(shè)備的出現(xiàn)進一步提升了光刻技術(shù)整體水平。利用i射線曝光可獲得半微米尺寸及深亞微米尺寸圖形，得到16M位與64M位的DRAM。目前主流的光刻技術(shù)為248nm DUV技術(shù)及193nm DUV技術(shù)，未來納米壓印光刻技術(shù)及極紫外光刻技術(shù)均存在較大潛力，極有可能成為下一代的主流光刻技術(shù)。
（2）蝕刻技術(shù)。在高密度集成電路制造過程中，由于特征尺寸的不斷縮小，對蝕刻工藝的要求也在不斷提升。隨著相關(guān)工藝的不斷成熟，采取CER等離子源及ICP高密度等離子源，并將其與靜電卡盤技術(shù)相結(jié)合，可進一步提升蝕刻效果。
（3）擴散氧化技術(shù)。以往的氣體擴散法需要在高溫條件下長時間擴散，才能獲得擴散層。新一代的離子注入技術(shù)進一步提升了擴散氧化效果。采取離子注入技術(shù)，可在任意位置置入雜質(zhì)，再經(jīng)過低溫處理，便能得到擴散層。
3.5 立體微電子封裝
在電子產(chǎn)品集成度不斷提升的情況下，微電子封裝已經(jīng)成為主流封裝技術(shù)。相對于傳統(tǒng)封裝技術(shù)而言，微電子封裝技術(shù)具有高性能、高密度的特征，具有更好的適用性及更高效率。從發(fā)展趨勢來看，未來微電子封裝技術(shù)將朝著少封裝、無封裝的方向發(fā)展，平面型封裝會逐漸轉(zhuǎn)向立體封裝。立體封裝是基于傳統(tǒng)微電子封裝技術(shù)發(fā)展而來[6]。立體封裝可將兩個及以上的芯片在單個封裝中進行堆疊，即實現(xiàn)正方向上的多芯片堆疊。換句話說，立體封裝是一種典型的堆疊封裝技術(shù)。通過立體封裝能夠大幅度提升組裝密度，提升幅度可達200%至300%。目前立體封裝主要包括三種形式，即有源基板立體封裝、疊層立體封裝及埋置型立體封裝。上述三種封裝方式各具特點，適用于不同類型的芯片。
4 結(jié)語
在微電子技術(shù)不斷發(fā)展的過程中，它的影響力變得愈來愈大，并逐漸成為了衡量國家科學技術(shù)實力的重要標志，也體現(xiàn)了國家的綜合實力。未來，微電子技術(shù)還將具備更大的發(fā)展空間，它將成為引導(dǎo)人類社會發(fā)展、推動技術(shù)革命的重要因素。
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