微電子技術現狀及發展趨勢

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微電子技術作為現今電子產業發展的關鍵技術具有廣闊的發展前景，但其在發展過程中不可避免的出現一些阻礙因素影響微電子技術的發展，例如其本省存在的物理限制、材料以及工藝的都限制了微電子技術的進一步發展。而電子產品微型化又是現今社會的需求和電子產品的主流發展趨勢，微電子技術的優化與創新不但會給人們的生活生產帶來極大的便利還可以促進現有航天載人技術、信息通信技術以及電子材料制作逐漸趨于優化，朝著更高水平發展。微電子技術主要是指集成電路芯片制備、微電子封裝技術以及薄膜工藝等技術，當下，微電子技術的發展水平已逐步成為衡量一個國家綜合國力的重要考量點，所以，就有必要對微電子技術的發展進行探討，找出制約微電子技術發展的因素和對微電子技術的應用領域進行分析。文章首先對微電子技術的發展歷程與現狀進行了闡述，基于此對微電子技術的限制因素及發展方向進行了探討，最后結合微電子技術的應用分析了微電子技術發展的新領域，以期為我國微電子技術的發展提供思路參考。

1.微電子技術的發展歷程

1947年晶體管的問世為微電子技術的發展奠定了基礎，而微電子技術應用始于上世紀50年代，這一時間段是微電子技術發展較為迅猛的時期，而之后出現的集成電路更是引領了電機技術新的革命性革新，上世界70年代進入了微電子技術發展的高峰階段，這一時期內微電子技術在各個行業以及人們的日常生活生產中開始大規模應用，尤其是在微型計算機出現以后更是凸顯了微電子技術在高新技術中的關鍵作用。進入21實際后，微電子技術可以說正式進入千微電子技術的現狀及其發展趨勢廣州南方衛星導航儀器有限公司黃勁風家萬戶，并發揮重要作用。比如，小到人們在日常生活中常使用的計算機、手機以及家用電器等的生產制造，大至航天載人實現、汽車工業等都是基于微電子技術來完成的。先進，我國的微電子技術已取得長足進步，甚至一些領域處于世界領先地位，例如，在集成納米方面的研究以及成功實現擴大集成規模化，華為公司的移動芯片在全世界處于領先地位，海思芯片已于高通、三星等芯片平齊平坐。

2.微電子技術發展現狀

21世紀隨著信息技術的大規模應用微電子技術也得到了快速的發展，微電子技術并逐漸開始在信息時代中發揮重要作用，其逐漸成為影響信息時展的關鍵角色。從上文中所述的微電子技術發展歷程來說，自20世紀50年代晶體管的問世標志著微電子技術的產生，在之后的幾年間內集成電路的出現更是為現今微型計算機的發展奠定了基礎，在20世紀70年代初期集成電路在微型計算機領域的大范圍應用更是表明了微電子技術發展跨上了新的臺階。現今，隨著計算機網絡技術以及電子信息技術的大發展，以集成電路為核心的微電子技術更是發展至空前高度，相比于誕生初期的微電子技術集成化程度現今的微電機技術集成化程度整整提升了500萬倍，此外，相比于誕生初期的微電子技術產品體積與重量都有了大幅度的降低，現今一個微小的單獨集成片就可以包含近千萬個集體館，尤其是在改革開放之后，國家在微電子技術方面得讓研究力度在不斷加大，而微電子技術產業也迎來了新的發展良機，隨著我國在微電子技術方面研究的不斷深入現今已經取得驕人的成績，例如在深亞微米集成化研究方面已經在國家上取得領先地位，而我國微電子技術產業也開始有最初的簡單粗放式發展逐步向集成化和規模化發展。此外，我國在微電子芯片研究領域同樣取得可喜成績，現今集成芯片已經大范圍應用在信息通信、多媒體設備和數字信號處理技術中，但總體而言我國微電子技術的發展水平與其它發達國家還存在較大差距，因此，我國要持續增加微電子技術研發力度，從政策以及資金上給予相應支持，不斷的提升我國微電子技術創新水平，最終保證我國微電子技術緊跟時展。

3.微電子技術的限制因素及發展方向

3.1物理規律限制。微電子技術的核心在于其集成電路芯片的制造，結合微電子技術的發展歷程來看，先進的微電子技術的發展都是在不斷的突破集成電路單個芯片元件的集成數量，現今，單個芯片上能夠集成近5億各電子元器件，該集成數量已經超過特大集成規模的限制，但從物理規律角度來看，微電子技術的發展依然受到其自身客觀限制。在實際應用中通常可以通過對電子元器件尺寸的縮小來提升其IC性能，但電子元期間特征尺寸縮小的同時意味著其氧化層厚度和溝道長度同樣縮小，這樣克服元器件的“穿通效應”就變大人更加困難。例如，當量子隧道穿透效應（圖1）增加時，電子元器件的靜態功耗會變大，當靜態功耗值占比達到電路總功耗某一限值時，表明該狀態為晶體管縮小的極限值，但就現今的科技水平來看，依然無法跳出物理規律的限制。3.2材料限制。微電子技術一般常使用的材料為硅晶體，該材料由于其自身的特性在一定程度上阻礙了微電子技術的進步。現今，研究人員開始逐漸借助氧化物半導體材料和超導體材料替代常用的硅晶體材料，此外，使用碳納米管做成的晶體管更是為微電子技術的革新提供了新的思路。學者經過實驗研究得出：新納米管電路中總輸出信號是大于輸入信號，該結論的得出也表明該納米管電路是具有一定的放大功能。目前，有一些學者提出借助塑料半導體技術來制備出不易破裂的集成電路，這也為微電子技術的發展提供了新方向。3.3工藝技術限制。（一）光刻設備尺度問題。在微電子技術工藝中最為關鍵的設備為光刻機（曝光工具），此設備的制造過程復雜、成本高且其精密度要求較高，而設備分辨率以及焦深都會影響光刻技術的應用，當尺寸推進至0.05um且停滯較長時間后則會引起集成電路無法快速的進入納米時代。（二）互連引線問題。集成電路板上面積過小或單位面積內晶體管數量的變多都會使得相互連線間橫截面積縮小，電阻變大，進而造成整體電路=反應時間的增加，從另一方面來說集成電路板尺寸的縮小雖然能夠提升晶體管的工作效率，但卻造成互聯引線的反映時間增加，所以，怎么在已有集成規模條件下將互聯引線進行優化是很多專家學者研究的重點課題。（三）可靠性問題。如前文所述，集成電路在逐漸向著精細加工與小規模元器件發展，但小規模元器件的使用雖然會提升整個電路系統運行的效率但卻降低了電子元器件的使用壽命。尤其是在制造工藝方面出現的可靠性問題更是嚴重影響微電子技術的發展。（四）散熱問題。微電子技術在應用過程中出現的散熱問題主要是由封裝技術水平決定的，現今，隨著集成化朝著超規模方向的發展，在未來集成功能也必然越來越復雜，所以，在進行設計時就需要對整體電路的總功耗以及封裝技術間的關系進行衡量。

4.微電子技術發展的新領域

4.1生物芯片技術的發展與應用。微電子技術與其他學科的相互融合是其未來發展的必然趨勢，而生物芯片技術就是未來微電子技術發展的一個重要防線。對生物芯片技術的研究始于上世紀90年代，該時期研發的DNA基因芯片就與現今的計算機芯片相類似，該芯片可以在數秒內將數萬，類物種的基因進行解碼，近幾年來，隨著科學技術水平的不斷提上，人們發現可以借助有機聚合物導電材料制備生物芯片，該芯片的容量是計算機的10億倍。4.2塑料半導體技術的發展與應用。塑料半導體技術是有機化學與半導體結合產生的新學科，應用該技術所制備的塑料半導體其實質是一種新型塑料晶體管（有機薄膜晶體管），該技術的應用為晶體管的制備提供了新思路，例如，借助橡膠印發幾分鐘即可完成晶體管的制備。4.3納米技術的發展與應用。隨著科學技術水平的不斷提升，微電子技術IC線寬度在不斷縮短，而納米技術的使用能夠有效解決半導體自身存在的問題，而納米技術可以說是微電子技術的關鍵支撐。例如，通過采用碳納米管制備微電子元器件、通信設備以及顯示器等推動了半導體技術的發展，此外，基于碳納米管的電壓逆變器更是成為分子內邏輯電路制造的先河。新型納米管電路相比傳統的集成電路具有更強的輸出信號與信號增益效果，而碳納米管又能夠放大硅晶體管，因此，納米技術開始大規模用于微電子產品的制備中。

5.結語

任何技術的發展都會隨著社會需求的改變遭受到發展的阻力，微電子技術的發展同樣如此，從最初的蓬勃發展到現今的發展受阻都表明我們需要從微電子技術的工藝、制備材料以及其物理規律限制方面對制約微電子技術發展的原因進行深入的探討，為確保微電子技術的長遠進步，童謠需要我們考慮將微電子技術和其它學科進行融合，以期通過技術間的相互融合與補充實現微電子技術的可持續發展。

作者:黃勁風 單位:廣州南方衛星導航儀器有限公司