当前微电子学与集成电路分析

张明文

（武夷学院，福建　武夷山　354300）

当前微电子学与集成电路分析

张明文

（武夷学院，福建武夷山354300）

在社会不断发展的过程中，科学技术也得到了进一步发展，其中集成电路和微电子学的发展尤为迅速。对于集成电路来讲，它的基片是半导体单晶片，在相应的平面工艺下，将电阻、晶体管以及电容等一系列的元器件，通过连线在电路制作的基片上进而形成一个微型化的系统或者是电路。相对集成电路来讲，微电子的研究更为广阔，它不仅要研究电子在半导体和集成电路中的物理现象，还要研究它们之间的物理规律，以便使这些物理规律以及现象得到更好的应用。

微电子；集成电路；半导体晶片；物理规律

对于微电子学和集成电路来讲，在一定程度上可以视为包含与被包含的关系，因为，微电子学研究的对象不仅包括集成电路，还有集成超导器件以及集成电子器件等一系列的期间。集成电路的体积以及功耗都比较小、可靠性高而成本相对来讲比较低、重量轻且速度快，同样，也正是它的这些优势促使了其快速发展。就目前来看，要想衡量微电子技术是否进步，主要从以下3个方面进行：首先，加工线条的宽度是否得到有效缩小；其次，集成规模是否得到有效扩大；再次，是否开拓出一些有针对性的设计应用。

1　微电子技术发展的历程、状态以及特点

20世纪40年代末晶体管问世，经过不断发展；到50年代末以组件为基础的混合元件腾空而出，首个锗集成电路就此而诞生；60年代初发明了半导体场效应晶体管，在接下来的过程中开始大量生产晶体管；从70年代开始，人类进入了MOS电路时代。在集成密集不断提高的过程中，集成电路开始向集成系统方向发展。在发展的过程中，电路的设计开始越来越复杂、过程越来越复杂、费用越来越高。如果只是单纯地依靠人工而没有计算机的辅助，根本无法完成那些大规模集成电路的设计。

集成电路是微电子的一种，电子信息科学与技术是一门相对前沿的学科。从世界范围上来看，微电子已经成为美国的战略性产业，对于日本来讲，则将它放在“电子立国的”重要地位。由此可见，在信息化社会快速发的今天，微电子技术已经成为当前最具核心竞争力的技术。据有关数据统计，我国集成电路设计企业有将近100家，但是，具有一定设计规模的企业只有20多家，那些在国外留学并学有所成而回国创业的人才，都是CAD行业的重要力量。在社会不断发展的过程中，我国的集成电路已经具备了相应的发展基础，并具有如下特点：第一，在技术创新方面已经取得了突破性的进展；第二，在产业结构上开始不断地优化；第三，企业的规模越来越大，相应的技术水平得到了快速提高。

2　当今微电子技术的发展方向

2.1硅基互补金属氧化物半导体（Complementary Metal Oxide Semiconductor，CMOS）电路将会成为主流工艺

随着科学技术的不断发展，微电子技术发展的目标也有所提高，所以，无论是集成电路的性能，还是集成电路的性价比都得到了相应的提高，在这样的基础上，芯片的集成度必须得到一定的提高，唯有如此，半导体器件特征尺寸才会不断地缩小。以MOS技术为例进行简要分析，要想集成电路的速度有所提高，沟道长度必须进行相应缩小。通过缩小沟道的长度以及宽度可以有效地减少4件尺度，进而科学有效地提高集成度，以便在芯片上集成数目较多的晶体管，如此一来，一个性能完善、结构复杂的电子系统将会集成在一个芯片上。除此之外，在集成度越来越高的情况下，系统无论是在速度上，还是在可靠性上都得到了大幅度的提高，而价格却下降了许多。对于芯片内的信息来讲，它的延迟远远小于芯片之间信号的延迟，在缩小之后，器件自身性能没有得到有效提高的情况下，整个集成系统在性能上也将会得到大幅度的提高。由此可见，21世纪初期，在整个微电子行业中尺寸逐渐缩小的硅基CMOS工艺技术将成为微电子的主流。

2.2在21世纪初期集成系统将成为微电子技术发展的重点内容

在微电子发展的过程中，集成电路（Integrated Circuit，IC）都是微电子芯片的基础，利用这些芯片通过印刷电路板等一系列的技术来实现一个完整的系统。对于信息系统来讲，它的发展速度相对来讲比较快、功耗和电压相对来讲比较低、媒体相对来讲比较多，进而实现了移动化以及网络化，在这样的大环境下，系统必须要快速、准确地处理各种相对来讲比较复杂的智能问题。对于传统的信息系统来讲，IC芯片的速度虽然很高、耗能相对来讲也比较少，但是，受到IC芯片之间存在的相应延时、印刷电路板的质量、印刷电路板的可靠性等一系列因素的限制，进而使整个系统集成在几个甚至是一个芯片上，由此而产生了系统芯片的集成系统。在社会不断发展的过程中，集成电路技术也得到了快速的发展，甚至发展成在一个芯片上可以集成多达109的晶体管。微电子技术在发展的过程中，已经从3G逐渐发展到3T，因此，它为集成系统的高速发展奠定了坚实的基础。对于微电子技术来讲，它从IC向IS方向转变，不仅仅是单纯概念上的突破，更是信息技术发展的必然。

2.3由于微电子技术与其他技术相结合而产生了一系的列新技术

对于微电子技术来讲，它不仅成本低而且可以进行大批量的生产。对于这种技术它的优势是不言而喻的，所以，一旦它与其他技术相结合，便会产生相应的新科学技术，进而促进国民经济的增长，就目前来讲，比较熟悉的有微光机电系统（Micro Optical Electro Mechanical System，MOEMS）技术以及脱氧核糖核酸（Deoxyribonucleic Acid，DNA）生物芯片等。对于MOEMS技术来讲，它是微电子技术与光学、机械等一系列领域的结合而产生的一种新技术；对于DNA生物芯片来讲，它是与生物技术相结合而得到的一种新产物。在今后发展的过程中，芯片的特征尺寸还会再不断缩小，系统芯片将会是微电子技术发展以及应用的新方向，这里所说的系统芯片是微电子技术不断发展的环境下逐渐向纳米级方向迁移以及设计。由此可见，微电子技术的高速发展将会带来一次具有革命性人才以及技术的变革。

3　当前微电子技术的应用

就目前来讲，微机电系统（Micro Electro Mechanical System，MEMS）是微电子技术应用的主要方向。对于微机电系统制造而言，它主要是获取相应的信息、再通过相应的处理以及执行一体化的集成在一起，进而形成一个真正的系统，在某种程度上可以看作为更为广阔的系统芯片概念。MEMS技术是以纳米技术或者是微米技术为基础的高端技术。它可以将光学系统、机械构件、电控系统、驱动部件来集成一个整体单元的微型系统。这种微机电的应用范围非常的广泛，不仅仅可以处理、采集、发生信息或者是指令，还可以根据其所获得的信息或者是指令来进行相应的操作。对于这种微电子技术与微加工技术相结合的制造工艺来讲，制造出来的驱动器、传感器以及执行器等产品的性能相对来讲都比较好、价格相对来讲都比较低、形状相对来讲都比较小，该技术对人类未来的发展将会产生不可估量的影响。

4　结语

在社会不断发展的过程中，微电子技术的应用范围越来越广，例如在日常生活、军工需求、科研方面中，都得到了广泛地应用，由此可见，微电子技术将成为衡量一个国家发展状况以及国民经济的重要标准。对于我国来讲，微电子技术的发展还处于初级阶段，很多产品还必需要从国外进口，所以，要坚持不懈地研究微电子技术，以便我国微电子产业得到更好的发展。

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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

项目名称：深亚微米下高性能流水线型模数转换器的系统级建模及仿真；项目编号：JB14100。

张明文（1986— ），男，河南南阳，硕士，助教；研究方向：集成电路设计与应用。