微電子技術發展及未來趨勢展望論文

摘 要：微電子技術是目前應用最爲廣泛的高新技術之一。在相關技術不斷成熟的情況下，它已經融入到各行各業當中，無論是人類生活，還是工業生產，都已經離不開微電子技術。在信息化時代背景下，微電子技術被視爲新技術革命的核心技術，是信息產業、計算機產業、通信產業的發展的基礎。正因爲如此，國家對微電子技術愈來愈重視，所投入的資源也在不斷增加，這給微電子技術快速發展提供了充足的動力。基於此，本文對微電子技術發展進行了探討，提出了相關觀點，以供參考。

關鍵詞：微電子技術；發展；趨勢

1 微電子技術概述

從本質上來看，微電子技術的核心在於集成電路，它是在各類半導體器件不斷髮展過程中所形成的。在信息化時代下，微電子技術對人類生產、生活都帶來了極大的影響。與傳統電子技術相比，微電子技術具備一定特徵，具體表現爲以下幾個方面：

（1）微電子技術主要是通過在固體內的微觀電子運動來實現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）微電子技術可將某個子系統或電子功能部件集成於芯片當中，具有較高的集成性，也具有較爲全面的功能性。

（4）微電子技術可在晶格級微區進行工作。

2 微電子技術發展歷程概述

微電子技術誕生於20世紀40年代末。1947年，巴丁、布萊頓與肖克萊發明了晶體管，這使得電子技術有了極大的突破，也爲微電子技術的後續發展奠定了基礎。至20世紀50年代末，集成電路的出現推動了電子技術革命，這也意味着微電子技術變得愈來愈成熟，並進入了快速發展期。同時，計算機技術應用範圍的不斷拓展，也進一步促進了微電子技術的發展。至20世紀70年代，伴隨着微型計算機的出現，讓微電子技術發展達到了空前的高度，也奠定了微電子技術在高新技術當中的核心地位[2]。如今，微電子技術已走入人們的生活當中，計算機、手機、家用電器的製造、生產都離不開微電子技術的支持。同時，微電子技術也成爲了國防工業、印刷工業、汽車工業等工業生產當中不可或缺的核心技術。甚至可以說微電子技術無處不在，它已經與整個社會形成了一種相互依存的關係。相對於發達國家而言，我國微電子技術起步較晚。但近年來，我國的微電子技術取得了很大進展，特別是在納米集成技術方面有所突破，並且集成規模也變得愈來愈大。其中華爲公司在移動芯片方面已經處於國際領先地位，旗下的海思芯片已經能夠與高通、三星等芯片一較長短。如今我國已經成爲全球最大的消費類電子市場，在市?齟碳は攏?夜?⒌繾蛹際跽?逅?交菇??徊教嶸??/p>

3 微電子技術發展趨勢分析

3.1 硅基CMOS電路

在硅基技術不斷進步、不斷成熟的情況下，硅基CMOS的應用深度也在不斷提升。從硅基CMOS電路發展趨勢來看，硅晶圓片的尺寸正在不斷擴大，然而特徵尺寸（光刻加工線條）卻變得愈來愈小。早期的硅片尺寸爲2英寸居多，經過3、4、6英寸的過渡發展，如今已經達到8英寸水平[3]。近年來，集成電路製造工藝技術的進一步突破，使得硅片尺寸已經達到12英寸以上，直徑超過300mm。硅片尺寸的擴大，意味着整體生產成本能夠進一步降低。英特爾公司在集成電路芯片製造方面一直處於行業領先地位，從2011年開始英特爾便具備了成熟的32nm製造工藝。近年來，由32nm工藝到22nm工藝，再到如今主流的14nm工藝，體現了集成電路製造技術的快速發展。未來兩年內，器件的主流特徵尺寸將朝着10nm、7nm方向發展。當然，在硅基CMOS電路特徵尺寸不斷縮小的情況下，器件結構的物理性質會變得愈來愈大，不可能完全按照摩爾定律一直髮展下去，甚至可以說硅基CMOS電路已經遇到了一定的發展瓶頸。要讓其突破發展瓶頸，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展的關鍵。

3.2 生物芯片

生物芯片是微電子技術未來重要的發展方向之一。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與微電子技術的融合性產物。在陣列當中，各分子序列是預先所設定的序列點陣，並且序列與位置都是已知的[4]。以生物分子特異性作用爲基礎，可將生化分析過程集成於芯片表面，這樣便能夠實現生物成分如DNA、RNA、糖分子、蛋白質、多肽等的高通量快速檢測。在生物芯片技術水平不斷提升的過程中，其應用範圍也在逐漸擴大。例如，Santford與Affymetrize公司所生產的DNA芯片上含有超過600種的基因片段。在芯片製造過程中，先在玻璃片上蝕刻出微小溝槽，在將DNA纖維覆於溝槽上，以不同DNA纖維圖形來體現基本片段的差異性。利用電場等手段可讓某些特殊物質將部分基因的特徵表現出來，從而實現基因檢測。又如，三位美國科學家被授予了一項關於量子級神經動態計算芯片的專利。此類芯片功能性較強，可進行高速非標準運算，這給量子計算領域的發展帶來了巨大的推動力。該芯片是物理過程與生物過程的`結合產物。以仿生系統爲基礎，在接口界面通過突觸神經元連接，可實現反饋性學習，無論是運算速度，還是運算能力均具有較高水準。一旦該技術成熟後，可在民用及軍事領域大範圍應用。

3.3 集成系統

集成系統是微電子技術發展的重點方向。以往微電子芯片都是以集成電路芯片爲基礎，然而，電子信息類型及數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，並且能夠快速處理不同類型的複雜智能問題。在此需求下，SOC（系統級芯片）概念愈來愈受到關注。SOC具有極強的集成性功能，不但能夠將信息處理系統、執行器集於一體，還能集成生物、化學、物理敏感器[5]。目前，SOC已經成爲了移動終端中最爲主流的芯片解決方案。部分手機的SOC性能已經達到了很高的水平，甚至接近於桌面級CPU。以蘋果的A10芯片爲例，A10晶體管的數量已經超過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。未來隨着相關技術的不斷成熟，SOC還將具備更大的發展空間，併成爲社會生產當中不可或缺的一部分。

3.4 微電子製造工藝

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，而特徵線寬則會下降30%。特徵線條愈窄，也就意味着集成電路的工作速度愈快，並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製造技術（光刻技術、蝕刻技術、擴散氧化技術）也提出了新的要求。

（1）光刻技術。利用波長爲436nm光線，即可獲取亞微米尺寸圖形，從而得到集成度爲1M位與4M位的DRAM。然而i射線曝光設備的出現進一步提升了光刻技術整體水平。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爲248nm DUV技術及193nm DUV技術，未來納米壓印光刻技術及極紫外光刻技術均存在較大潛力，極有可能成?橄亂淮?鬧髁鞴飪碳際酢?/p>

（2）蝕刻技術。在高密度集成電路製造過程中，由於特徵尺寸的不斷縮小，對蝕刻工藝的要求也在不斷提升。隨着相關工藝的不斷成熟，採取CER等離子源及ICP高密度等離子源，並將其與靜電卡盤技術相結合，可進一步提升蝕刻效果。

（3）擴散氧化技術。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進一步提升了擴散氧化效果。採取離子注入技術，可在任意位置置入雜質，再經過低溫處理，便能得到擴散層。

3.5 立體微電子封裝

在電子產品集成度不斷提升的情況下，微電子封裝已經成爲主流封裝技術。相對於傳統封裝技術而言，微電子封裝技術具有高性能、高密度的特徵，具有更好的適用性及更高效率。從發展趨勢來看，未來微電子封裝技術將朝着少封裝、無封裝的方向發展，平面型封裝會逐漸轉向立體封裝。立體封裝是基於傳統微電子封裝技術發展而來[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。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，適用於不同類型的芯片。

4 結語

在微電子技術不斷髮展的過程中，它的影響力變得愈來愈大，並逐漸成爲了衡量國家科學技術實力的重要標誌，也體現了國家的綜合實力。未來，微電子技術還將具備更大的發展空間，它將成爲引導人類社會發展、推動技術革命的重要因素。