微電子技術(shù)的發(fā)展

【關(guān)鍵字】發(fā)展什么是集成電路和微電子學(xué)集成電路(IntegratedCircuit，簡(jiǎn)稱IC)：一半導(dǎo)體單晶片作為基片，采用平面工藝，將晶體管、電阻、電容等元器件及其連線所構(gòu)成的電路制作在基片上所構(gòu)成的一個(gè)微型化的電路或系統(tǒng)。微電子技術(shù)微電子是研究電子在半導(dǎo)體和集成電路中的物理現(xiàn)象、物理規(guī)律，病致力于這些物理現(xiàn)象、物理規(guī)律的應(yīng)用，包括器件物理、器件結(jié)構(gòu)、材料制備、集成工藝、電路與系統(tǒng)設(shè)計(jì)、自動(dòng)測(cè)試以及封裝、組裝等一系列的理論和技術(shù)問題。微電子學(xué)研究的對(duì)象除了集成電路以外，還包括集成電子器件、集成超導(dǎo)器件等。集成電路的優(yōu)點(diǎn)：體積小、重量輕;功耗小、成本低；速度快、可靠性高；微電子學(xué)是一門發(fā)展極為迅速的學(xué)科，高集成度、低功耗、高性能、高可靠性是微電子學(xué)發(fā)展的方向；衡量微電子技術(shù)進(jìn)步的標(biāo)志要在三個(gè)方面：一是縮小芯片器件結(jié)構(gòu)的尺寸，即縮小加工線條的寬度；而是增加芯片中所包含的元器件的數(shù)量，即擴(kuò)大集成規(guī)模；三是開拓有針對(duì)性的設(shè)計(jì)應(yīng)用。微電子技術(shù)的發(fā)展歷史1947年晶體管的發(fā)明；到1958年前后已研究成功一這種組件為根底的混合組件；1958年美國的杰克基爾比發(fā)明了第一個(gè)鍺集成電路。1960年3月基爾比所在的德州儀器公司宣布了第一個(gè)集成電路產(chǎn)品，即多諧振蕩器的誕生，它可用作二進(jìn)制計(jì)數(shù)器、移位寄存器。它包括2個(gè)晶體管、4個(gè)二極管、6個(gè)電阻和4個(gè)電容，封裝在0.25英寸*0.12英寸的管殼內(nèi)，厚度為0.03英寸。這一發(fā)明具有劃時(shí)代的意義，它掀開了半導(dǎo)體科學(xué)與技術(shù)史上全新的篇章。1960年宣布發(fā)明了能實(shí)際應(yīng)用的金屬氧化物一半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管(metal-oxide-semiconductorfieldeffecttransistor，MOSFET)。1962年生產(chǎn)出晶體管——晶體管邏輯電路和發(fā)射極耦合邏輯電路；由于MOS電路在高度集成和功耗方面的優(yōu)點(diǎn)，70年代，微電子技術(shù)進(jìn)入了MOS電路時(shí)代；隨著集成密度日益提高，集成電路正向集成系統(tǒng)發(fā)展，電路的設(shè)計(jì)也日益復(fù)雜、費(fèi)事和昂貴。實(shí)際上如果沒有計(jì)算機(jī)的輔助，較復(fù)雜的大規(guī)模集成電路的設(shè)計(jì)是不可能的。微電子發(fā)展?fàn)顟B(tài)與趨勢(shì)微電子也就是集成電路，它是電子信息科學(xué)與技術(shù)的一門前沿學(xué)科。中國科學(xué)院王陽元院士曾經(jīng)這樣評(píng)價(jià)：微電子是最能體現(xiàn)知識(shí)經(jīng)濟(jì)特征的典型產(chǎn)品之一。在世界上，美國把微電子視為他們的戰(zhàn)略性產(chǎn)業(yè)，日本則把它擺到了“電子立國”的高度?？梢院敛豢鋸埖卣f，微電子技術(shù)是當(dāng)今信息社會(huì)和時(shí)代的核心競(jìng)爭(zhēng)力。在我國，電子信息產(chǎn)業(yè)已成為國民經(jīng)濟(jì)的支柱性產(chǎn)業(yè)，作為支撐信息產(chǎn)業(yè)的微電子技術(shù)，近年來在我國出現(xiàn)、崛起并以突飛猛進(jìn)的速度發(fā)展起來。微電子技術(shù)已成為衡量一個(gè)國家科學(xué)技術(shù)進(jìn)步和綜合國力的重要標(biāo)志。微電子發(fā)展?fàn)顟B(tài)1956年五校在北大聯(lián)合創(chuàng)建半導(dǎo)體專業(yè)：北京大學(xué)、南京大學(xué)、復(fù)旦大學(xué)、吉林大學(xué)、廈門大學(xué)。1982年：成立電子計(jì)算機(jī)和大規(guī)模集成電路領(lǐng)導(dǎo)小組80年代：初步形成三業(yè)（制造業(yè)、設(shè)計(jì)業(yè)、封裝與測(cè)試業(yè)）分離狀態(tài)到深圳獲批為止，科技部依次批準(zhǔn)了上海、西安、無錫、北京、成都、杭州、深圳共7個(gè)國家級(jí)IC設(shè)計(jì)產(chǎn)業(yè)化基地。我國國產(chǎn)IC約占世界半導(dǎo)體銷售額的1%,國內(nèi)市場(chǎng)滿足率不到20%。要發(fā)展我國的IC產(chǎn)業(yè)，IC設(shè)計(jì)是當(dāng)務(wù)之急，而核心技術(shù)的實(shí)現(xiàn)依賴的是高水平IC設(shè)計(jì)人才。集成電路（IC）的生產(chǎn)制造可分為三個(gè)過程：IC設(shè)計(jì)、IC制造、IC封裝和成品測(cè)試。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，根據(jù)全國半導(dǎo)體行業(yè)協(xié)會(huì)集成電路設(shè)計(jì)分會(huì)在2002年10月的統(tǒng)計(jì)，國內(nèi)從事集成電路設(shè)計(jì)的公司（或組織）約390家，2002年底己超過400家，目前己達(dá)600家。而在2000年底這一數(shù)字僅為100家左右。但是相對(duì)雨后春筍般誕生的設(shè)計(jì)公司，設(shè)計(jì)人才特別是高級(jí)人才的極度匱乏成為日益突出的大問題：一些新開辦的設(shè)計(jì)單位，公司注冊(cè)了、牌子也掛了，卻到處找不到高水平的設(shè)計(jì)師，虛位以待的情況比比皆是。更糟糕的是由于設(shè)計(jì)師的緊缺，導(dǎo)致了各用人單位之間對(duì)這類人才的惡性爭(zhēng)奪。集成電路設(shè)計(jì)是資金密集型、技術(shù)密集型和智力密集型的高科技產(chǎn)業(yè)，其中資金和技術(shù)均可以通過一些方式全面引進(jìn)，但I(xiàn)C設(shè)計(jì)人才必須以自己培養(yǎng)為主，這已經(jīng)成為業(yè)內(nèi)人士的共識(shí)。賽迪顧問認(rèn)為，隨著IC設(shè)計(jì)人才供需矛盾的日益突出，應(yīng)采用各種手段大力鼓勵(lì)不同途徑的IC設(shè)計(jì)教育和培訓(xùn)，除高等院校的正規(guī)教育外，國家應(yīng)尤其鼓勵(lì)工業(yè)界和科研界聯(lián)合運(yùn)作教育和培訓(xùn)項(xiàng)目。借助政府、高校、EDA廠商、IC設(shè)計(jì)企業(yè)以及整機(jī)企業(yè)等各方面力量，合作、交流、培訓(xùn)等多種方式相結(jié)合，為我國IC設(shè)計(jì)業(yè)培養(yǎng)不同層次的IC人才，是集成電路的發(fā)展至關(guān)重要的智力資源保障。最近幾年，很多國外公司和臺(tái)灣公司把生產(chǎn)線建到了上海。隨著我國集成電路產(chǎn)業(yè)的加速發(fā)展，由國家支持成立了以北京、上海為龍頭的7個(gè)國家級(jí)產(chǎn)業(yè)化基地，各地也出現(xiàn)了一大批集成電路企業(yè)，其中約600家是集成電路設(shè)計(jì)企業(yè)。據(jù)2001年12月上海半導(dǎo)體和IC研討會(huì)發(fā)布的消息，到2008年，中國IC產(chǎn)業(yè)對(duì)IC設(shè)計(jì)工程師的需求量將達(dá)到25萬人，而目前只有不到4000名。IC設(shè)計(jì)是新興學(xué)科，現(xiàn)在高校里，和IC最相近的專業(yè)是微電子。在短短的半年多時(shí)間里，上海中芯國際、上海宏力微電子、北京首鋼、北京信創(chuàng)、天津摩托羅拉等一批中高水平的集成電路生產(chǎn)線相繼開工建設(shè)或即將建設(shè)，形成了我國有史以來最大的一次建設(shè)集成電路生產(chǎn)線的高潮。上海還定出了宏偉的發(fā)展目標(biāo)：建成以張江高科技園區(qū)為核心，以金橋出口加工區(qū)和外2文檔收集于互聯(lián)網(wǎng)，如有不妥請(qǐng)聯(lián)系刪除.高橋保稅區(qū)為延伸的微電子產(chǎn)業(yè)基地，計(jì)劃”十五”期間吸引集成電路產(chǎn)業(yè)投資150億美元，建成并投產(chǎn)10?15條8?12英寸集成電路生產(chǎn)線及配套封裝、測(cè)試線和設(shè)計(jì)公司。北京立即跟進(jìn)，出臺(tái)了優(yōu)惠政策，為集成電路企業(yè)提供'七通一平”的土地，并優(yōu)選出八大處高科技園、北京林河工業(yè)開發(fā)區(qū)、北京經(jīng)濟(jì)開發(fā)區(qū)作為北方微電子生產(chǎn)建設(shè)基地。規(guī)劃到2005年以前，建設(shè)5?8條0.25微米以上水平的生產(chǎn)線，2005?2010年再建設(shè)10條更高水平的生產(chǎn)線。我國集成電路設(shè)計(jì)企業(yè)現(xiàn)已形成了近百家的產(chǎn)業(yè)規(guī)模，其中具備一定設(shè)計(jì)規(guī)模的單位有20多家，留學(xué)海外，學(xué)有所成，回國創(chuàng)業(yè)的海外學(xué)子已成為CAD行業(yè)的一支重要力量。除獨(dú)資設(shè)計(jì)公司外，國有集成電路設(shè)計(jì)公司2000年的總銷售額超過了10億元，其中北京華大、北京大唐微電子、杭州士蘭公司和無錫矽科4家設(shè)計(jì)公司的銷售額超過了1億元。目前，國內(nèi)每年設(shè)計(jì)的集成電路品種超過300種，大部分設(shè)計(jì)公司的技術(shù)水平在0.8?1.5微米之間，最高設(shè)計(jì)水平可達(dá)0.13微米。，中國主要的高科技城市一直盯著集成電路(IC)設(shè)計(jì)產(chǎn)業(yè)。如果說在2000年和2001年他們爭(zhēng)奪的是臺(tái)灣芯片加工服務(wù)廠(foundry)的芯片生產(chǎn)線西移項(xiàng)目的話(當(dāng)然，這種競(jìng)爭(zhēng)至今仍在繼續(xù))。那么從2001年下半年至今，他們爭(zhēng)奪的則是國家科技部的青睞--科技部手里捏著一頂名叫“國家級(jí)集成電路設(shè)計(jì)產(chǎn)業(yè)化基地”的桂冠，誰獲發(fā)一頂受益無窮。目前，我國集成電路產(chǎn)業(yè)已具備了一定的發(fā)展根底，初步形成了由8個(gè)芯片生產(chǎn)骨干企業(yè)，十幾家封裝廠、幾十家設(shè)計(jì)公司、若干個(gè)關(guān)鍵材料及專用設(shè)備儀器制造廠組成的產(chǎn)業(yè)群體，并初步形成了電路設(shè)計(jì)、芯片制造和電路封裝三業(yè)并舉的局面。中國半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)發(fā)展從產(chǎn)業(yè)熱土的長(zhǎng)江三角洲，到市場(chǎng)繁華的珠江三角洲，從長(zhǎng)于研發(fā)的北方，到人才集聚的西部，有人把這種產(chǎn)業(yè)布局，比喻是一只正在起飛的嬌燕。其中長(zhǎng)江三角洲是燕頭，京津環(huán)渤海灣地區(qū)和珠江三角洲是雙翅，而西部是燕尾。中國的IC產(chǎn)業(yè)正是以這種燕子陣形的區(qū)域格局向前推進(jìn)。現(xiàn)在我國微電子發(fā)展的主要特點(diǎn)是：在技術(shù)創(chuàng)新上已取得新的突破；產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)不斷優(yōu)化；企業(yè)規(guī)模不斷擴(kuò)大，技術(shù)水平迅速提高。發(fā)展趨勢(shì)自從IC誕生以來，IC芯片的發(fā)展基本上遵循了Intel公司創(chuàng)始人之一的GordonE.Moore1965年預(yù)言的摩爾定律。該定律說：芯片上可容納的晶體管數(shù)目每18個(gè)月便可增加一倍，即芯片集成度18個(gè)月翻一番，這視為引導(dǎo)半導(dǎo)體技術(shù)前進(jìn)的經(jīng)驗(yàn)法則。換句話說，工藝技術(shù)的進(jìn)展對(duì)IC集成度的提高起到乘積的效果，使得每個(gè)芯片可以集成的晶體管數(shù)急劇增加，其CAGR—累計(jì)平均增長(zhǎng)率達(dá)到每年58%，即三年四番（1.583=4）。第一，將以硅基CMOS電路為主流工藝。微電子技術(shù)發(fā)展的目標(biāo)是不斷地提高集團(tuán)系統(tǒng)的性能及性價(jià)比，因此要求提高芯片的集成度，這是不斷縮小半導(dǎo)體器件特征尺寸的動(dòng)源泉。以MOS技術(shù)為例，溝道長(zhǎng)度縮小可以提高集成電路的速度，同時(shí)縮小溝道長(zhǎng)度和寬度還可以減少四件尺寸，提高集成度，從而在芯片上集成更多數(shù)目的晶體管，將結(jié)構(gòu)更加復(fù)雜、性能更加完善的電子系統(tǒng)集成在一個(gè)芯片上。另外，隨著集成度的提高，系統(tǒng)的速度和可靠性也大大提高，價(jià)格大幅度下降。由于片內(nèi)信息的延遲遠(yuǎn)小于芯片間的信號(hào)延遲，這樣在縮小后，即使器件本身的性能沒有提高，整個(gè)集成系統(tǒng)的性能也會(huì)得到很大提高。也就是說，21世紀(jì)前半葉，微電子產(chǎn)業(yè)仍將以尺寸不斷縮小的硅基CMOSX藝技術(shù)為主流。第二，集成系統(tǒng)是本世紀(jì)初微電子技術(shù)發(fā)展的重點(diǎn)。迄今為止，微電子芯片一直是以成電路（IC）為根底進(jìn)行的，然后再利用這些IC芯片通過印刷電路板等技術(shù)實(shí)現(xiàn)完整的統(tǒng)。而信息系統(tǒng)的發(fā)展趨勢(shì)是高速度、低功耗、低電壓和多媒體、網(wǎng)絡(luò)化、移動(dòng)化，這就要求系統(tǒng)能夠快速地處理各種復(fù)雜的智能問題。而在傳統(tǒng)的信息系統(tǒng)中，盡管IC芯片的速度可以很高、功耗可以很小，但由于印刷電路板中IC芯片之間的延時(shí)、印刷電路板的可靠性以及重量等因素的限制，使整個(gè)系統(tǒng)集成在一個(gè)或幾個(gè)芯片上，從而構(gòu)成系統(tǒng)芯片（SYSTEMONCHIP）的集成系統(tǒng)（INTEGRATEDSYSTEM）概念。同時(shí)，飛速發(fā)展的集成電路技術(shù)已經(jīng)可以在一個(gè)芯片上集成高達(dá)10的八次方一10的九次方個(gè)晶體管，21世紀(jì)的微電子技術(shù)將從目前的3G逐步發(fā)展到3T（即存儲(chǔ)容量由G位發(fā)展到T位、集成電路器件的速度有GHZ發(fā)展到THZ、數(shù)據(jù)傳輸速度由GBPS發(fā)展到TBPS），從而為集成系統(tǒng)的快速發(fā)展奠定根底。微電子技術(shù)從IC向IS轉(zhuǎn)變不僅是一種概念上的突破，同時(shí)也是信息技術(shù)發(fā)展的必然結(jié)果，它必將導(dǎo)致又一次以微電子技術(shù)為根底的信息技術(shù)革命。目前，IS技術(shù)已經(jīng)綻露頭角，21世紀(jì)將是其真正快速發(fā)展的時(shí)期。在21世紀(jì)，將在較長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)依托0.18um--0.15um的工藝技術(shù)進(jìn)行一場(chǎng)集成系統(tǒng)的革命。第三，微電子與其他學(xué)科的結(jié)合誕生新的技術(shù)增長(zhǎng)點(diǎn)。微電子技術(shù)的強(qiáng)大生命力在于它可以低成本、大批量地生產(chǎn)出具有高可靠性和高精度的微電子機(jī)構(gòu)模塊。這種技術(shù)一旦與它學(xué)科相結(jié)合，便會(huì)誕生出一系列嶄新的學(xué)科和重大的經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)點(diǎn)，與微電子技術(shù)結(jié)合成功突出例子便是MOEMS（微光機(jī)電系統(tǒng)）技術(shù)和DNA生物芯片等。前者是微電子技術(shù)與機(jī)械、光學(xué)等領(lǐng)域結(jié)合而誕生的，后者則是與生物技術(shù)結(jié)合的產(chǎn)物。（微電子技術(shù)對(duì)現(xiàn)代人類4文檔收集于互聯(lián)網(wǎng)，如有不妥請(qǐng)聯(lián)系刪除.生活的影響極大，自從1947年第一個(gè)晶體管問世以來，微電子技術(shù)發(fā)展速猛。Intel公司的創(chuàng)始人之一Moore在上個(gè)世紀(jì)1965年研究指出，晶成電路上集成的晶體管數(shù)量每18個(gè)月將增加一倍，性能將提高一倍，而價(jià)格卻不相應(yīng)的增加，這就是所謂的摩爾定律（Moore，sLaw）。根據(jù)美國半導(dǎo)體工業(yè)協(xié)會(huì)預(yù)測(cè)，至少到2016年，集成電路（IC）線寬依然按“摩爾定律”縮小下去，2016年可以達(dá)到25nm的技術(shù)水平。根據(jù)發(fā)表的大量資料可知，在2016年以后的十幾年，芯片的特征尺寸將繼續(xù)縮小。微電子技術(shù)新的發(fā)展及應(yīng)用方向是系統(tǒng)芯片（SOC），它的發(fā)展時(shí)間可能會(huì)更長(zhǎng)。所謂的系統(tǒng)芯片是隨著微電子工藝向納米級(jí)遷移和設(shè)計(jì)復(fù)雜度增加。微電子技術(shù)的迅猛發(fā)展必將帶來又一次技術(shù)和人才的革命性變革。微電子產(chǎn)品將如同細(xì)胞組成人體一樣，成為現(xiàn)代工農(nóng)業(yè)、國防裝備和家庭耐用消費(fèi)品的細(xì)胞，改變著社會(huì)的生產(chǎn)方式和人們的生活方式。微電子技術(shù)不僅成為現(xiàn)代產(chǎn)業(yè)和科學(xué)技術(shù)的根底，而且正在創(chuàng)造著代表信息時(shí)代的硅文化。人類繼石器、青銅器、鐵器時(shí)代之后正進(jìn)入硅石時(shí)代。集成電路的研制過程集成電路雖然品種繁多，功能各異，但研制過程都可分為下述四個(gè)主要階段；（1） 系統(tǒng)和線路設(shè)計(jì)階段。（2） 版圖設(shè)計(jì)階段。（3） 工藝加工階段。（4） 成品測(cè)試和分析階段。微電子技術(shù)在軍事領(lǐng)域中的應(yīng)用微電子技術(shù)的發(fā)展及應(yīng)用，不僅提升了軍事裝備和作戰(zhàn)平臺(tái)的性能，而且導(dǎo)致了新式武器以及新兵種的產(chǎn)生。微電子技術(shù)的出現(xiàn)改變了傳統(tǒng)戰(zhàn)爭(zhēng)的模式，即從面對(duì)面的戰(zhàn)斗演變成當(dāng)今及未來的超視距作戰(zhàn)；戰(zhàn)爭(zhēng)發(fā)展的需求和軍事系統(tǒng)的發(fā)展，促使軍事電子產(chǎn)品向著小型化、輕量化和智能化的方向發(fā)展，并對(duì)微電子技術(shù)提出了高性能、高集成度、高可靠等越來越高的技術(shù)要求；軍用集成電路將在進(jìn)一步縮小線寬、增大集成度的基礎(chǔ)上，尋求在改進(jìn)集成技術(shù)、采用新型材料、研制新概念器件上的突破。由于軍事通信、雷達(dá)、導(dǎo)航、電子戰(zhàn)、火力控制