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微电子技术的应用及发展趋势

发布时间:2018-08-07 08:37

  摘要:在现代高新技术的发展模式中,微电子技术得到了市场化的普及应用。微电子技术作为信息革命的核心技术,促使了社会科学时代性的高速发展。人们的生产生活越来越离不开微电子技术,信息、通信与计算机产业的规模化发展离不开微电子技术的基础平台。微电子技术的发展将人类带入信息化时代,国家应充分关注微电子技术发展概况,综合各个行业的基础性发展与跨越式合作,动微电子技术未来优越性发展。文章对微电子技术现阶段的应用与发展概况进行简要分析,探索微电子技术的未来发展趋势。


  关键词:微电子技术;现状概述;发展趋势;


  微电子技术作为科学技术发展的最新产物,对人类的生产领域与生活领域产生了直接性的重要影响。20世纪40年代末期,晶体管的发明使微电子技术进入时代的发展中,经过后人半个世纪的不懈努力与科技创新,现代化的微电子技术已经在各个领域中得到了普遍的应用。微电子技术既是科学发展的基础,又是时代的高新技术。微电子技术的出现极大地推动了通信技术、遥测传感技术、计算机技术、航空航天技术、网络科技与家用电器产业的急速发展,现代化的战争逐渐转变为应用电子、信息的高科技战争。


  1微电子技术的概念与发展现状


  1.1微电子技术概述


  微电子技术的发展极大地改变了人们的生活方式,微电子技术的核心内容在于集成电路的设计与制造,集成电路的发展是半导体器件的不断演化。微电子技术有着传统电子技术不具备的优势与特征:微电子技术主要是通过在固体内的微观电子运动来实现信息处理或信息加工;微电子信号传递能够在极小的尺度下进行;微电子技术可将某个子系统或电子功能部件集成于芯片当中,具有较高的集成性,也具有较为全面的功能性;微电子技术可在晶格级微区进行工作。


  1.2微电子技术发展历程概述


  微电子技术开始于20世纪末期,晶体管的发明引起了革命性的进展。晶体管由巴丁、布莱顿与肖克莱在1947年发明,为微电子技术的后来发展奠定了基础。20世纪50年代是微电子技术快速发展的时期,集成电路的出现引领了电子技术的革命浪潮。20世纪70年代可以说是微电子技术发展的高峰期,微型计算机的出现奠定了微电子技术在高新技术中的核心地位。进入21世纪以来,微电子技术得到了普遍的应用,既是发展基础,也是高科技产品,计算机、手机、家用电器等各个领域的产品制造、生产都离不开微电子技术的支持。微电子技术也应用到了国防工业、印刷工业、汽车工业等工业生产建设中,其核心技术成为了行业的发展支柱。但是,时代在快速发展,国内的微电子技术应抓住发展机遇,通过创新研究与功能实践,改变国内微电子技术初步发展的弊端,与社会形成一种相互依赖的关系,实现微电子技术的可持续发展。微电子技术在国内的许多领域已经取得了傲人的成绩,尤其是集成纳米技术的研究突破,扩大了集成规模。其中,华为公司在移动芯片方面已经处于国际领先地位,旗下的海思芯片已经能够与高通、三星等芯片一较长短。


  2现阶段限制微电子技术发展的主要因素


  2.1物理规律限制


  硅基互补金属氧化物半导体(CMOS)是现阶段微电子技术的发展基础,现代的科学研究力求提升集成电路的集成性能,增加芯片的元件容量。而集成电路性能的提高需要对元器件进行合理的缩小,对集成电路施加合适的电源电压。芯片元器件的缩小会受到电源电压、氧化层厚度以及器件沟道长度等物理因素限制。但是,当前的微电子技术还无法通过物理学来克服这些电子、离子的反物理规律运行,因而在很大程度上阻碍了微电子技术的发展。


  2.2材料限制


  现阶段,微电子技术的常用材料是硅晶体,但硅晶体的材料特性限制了微电子技术的领域化发展,而且硅材料有众多的缺陷。载流子的迁移率μ、介电常数ε、击穿电场强度Ec、载流子的饱和速度vs、热导系数K等是决定材料性能的主要参数,微电子技术的载体材料的选择正在进行不断的试验,为电子技术的微型化发展做出努力。


  2.3工艺技术限制


  微电子元器件的工艺有着严格的条件限制与技术要求,主要包括微细线条加工以及高质量薄膜的离子注入控制技术工艺。最为困难的工艺在于光刻设备的利用,现阶段的光刻设备应用摩尔定律已经从1微米推进到了0.05微米,已经不可能进一步推进微化光刻设备。


  3微电子技术的应用


  3.1在生活中的应用


  在信息爆炸时代生活的我们,无时无刻不在接受微电子技术带来的影响。生活中常用的通信工具手机、每天在欣赏的电视节目、每天乘坐公交用的IC公交卡、全自动智能洗衣机、做饭用的电饭煲等,微电子技术应用于生活中的各个领域。微电子处理技术与其发挥的功能为我们的生活带来了极大的便利,提高了我们的生活品质。


  3.2在工业制造中的应用


  现代社会的高新科技带动了现代工业的快速进步,微电子技术已经普遍应用于工业生产中,并带来了巨大经济效益。信息化革命促使工业制造业抛弃了传统的生产制造模式,积极引进先进技术,在工业生产中科学合理地应用微电子技术,提高了制造企业的生产效率与产品精度。工业制造企业应顺应科学技术的发展形势,在产品制造中引进微电子技术,提高行业市场竞争力,实现企业经济效益的长足发展。例如,在汽车制造行业中,应用微电子技术提升防盗系统与监控系统的性能。将微电子技术应用到汽车的电子引擎系统中,可以有效地解决引擎不易控制等问题。现阶段国外的汽车防盗系统与手机相连,通过微电子技术实时监控汽车的防盗情况,及时地通过手机将信息反馈给车主。国内的这一技术正处于研发阶段,相信不久后就会问世,利用微电子技术更好地为人们服务,极大地提高汽车的整体性能。


  3.3在军工产业中的应用


  国家军事力量的现代化发展,离不开微电子技术的支持。利用微电子技术的优势在于改变战争的传统形式,促使现代战争向信息化转变。在信息化时代,国家军事装备的信息化程度决定了这个国家的军事力量。国家军事中融入的现代电子技术越多,军事装备的整体性能就越有提高,在战争中越能掌握先机。现代技术中的无人战斗机就是最好的例子,利用微电子技术与计算机的远程遥控,对无人机的战斗作业进行有效控制。


  4微电子技术的发展趋势


  4.1改进传统制造工艺


  微电子技术的制造工艺随着新技术的创新得到了飞跃性的进展,从最初传统的单层平面分布到现在的包含多层高密度与多层多功能的多层工艺,微电子制造技术向低成本、多功能方向发展。由人工超晶格工艺制造出来的器件叫做超晶格半导体器件,超晶格半导体器件的最大优势在于其速度比普通硅半导体的速度快10~100倍。利用敏感集成电路缩小微电子器件的体积,不仅可以节约生产成本,还能提高器件性能的整体稳定性。现代集成电路的发展趋向于摩尔定律的规划结构,从系统结构的二维集成转向三维集成,实现电路集成度的新突破,大力促进微电子技术中的集成电路发展。


  4.2更新微电子电路的制造材料


  随着集成电路的技术的不断发展,传统的硅晶体暴露出越来越多的缺陷与弊病,研究微电子技术的科学家正在寻找新材料代替硅晶体,从而打破硅晶体对于集成电路的局限性。利用砷化镓、磷化铟等氧化物半导体材料和超导材料、金刚石材料制造微电子集成电路,可以极大地提高集成电路的抗辐射能力、开关速度和工作温度,扩大集成电路的应用条件。与此同时,“生物芯片”的相关研究也取得了突破性的成就,利用有机物元原子在化学链中能储存信息的特点,制造出“生物芯片”。


  4.3增大微电路芯片尺寸


  芯片是集成电路元器件的工作平台,为集成电路提供必要的物质基础。增大芯片的尺寸可以有效提高芯片的集成度,增强芯片的工作能力。现阶段,微电子芯片可以达到12英寸,虽然芯片的规模不大,但其可以容纳十几亿个工作元件,随后的芯片容量发展规模会达到令人震惊的程度,从而大幅度综合提高芯片的功能密度与性能价格比。


  4.4器件尺寸继续缩小


  器件特征尺寸缩小对提高集成有重要的作用,使得其性价比不断提升,也是微电子技术发展的主要方向之一。而器件特征尺寸缩小也会出现相应的技术挑战。


  5结语


  综上所述,微电子技术的发展不会停滞不前,时代的发展会促使微电子技术向更多领域进行探索,推动社会的进步,并对社会经济的发展产生深刻影响。国内的微电子技术应积极进行探索创新,逐渐缩小与发达国家的差距,将我国的微电子技术与国际水平接轨,为人类的发展与进步做出杰出贡献。

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