微电子技术现状及发展趋势

微电子技术作为现今电子产业发展的关键技术具有广阔的发展前景，但其在发展过程中不可避免的出现一些阻碍因素影响微电子技术的发展，例如其本省存在的物理限制、材料以及工艺的都限制了微电子技术的进一步发展。而电子产品微型化又是现今社会的需求和电子产品的主流发展趋势，微电子技术的优化与创新不但会给人们的生活生产带来极大的便利还可以促进现有航天载人技术、信息通信技术以及电子材料制作逐渐趋于优化，朝着更高水平发展。微电子技术主要是指集成电路芯片制备、微电子封装技术以及薄膜工艺等技术，当下，微电子技术的发展水平已逐步成为衡量一个国家综合国力的重要考量点，所以，就有必要对微电子技术的发展进行探讨，找出制约微电子技术发展的因素和对微电子技术的应用领域进行分析。文章首先对微电子技术的发展历程与现状进行了阐述，基于此对微电子技术的限制因素及发展方向进行了探讨，最后结合微电子技术的应用分析了微电子技术发展的新领域，以期为我国微电子技术的发展提供思路参考。

1.微电子技术的发展历程

1947年晶体管的问世为微电子技术的发展奠定了基础，而微电子技术应用始于上世纪50年代，这一时间段是微电子技术发展较为迅猛的时期，而之后出现的集成电路更是引领了电机技术新的革命性革新，上世界70年代进入了微电子技术发展的高峰阶段，这一时期内微电子技术在各个行业以及人们的日常生活生产中开始大规模应用，尤其是在微型计算机出现以后更是凸显了微电子技术在高新技术中的关键作用。进入21实际后，微电子技术可以说正式进入千微电子技术的现状及其发展趋势广州南方卫星导航仪器有限公司黄劲风家万户，并发挥重要作用。比如，小到人们在日常生活中常使用的计算机、手机以及家用电器等的生产制造，大至航天载人实现、汽车工业等都是基于微电子技术来完成的。先进，我国的微电子技术已取得长足进步，甚至一些领域处于世界领先地位，例如，在集成纳米方面的研究以及成功实现扩大集成规模化，华为公司的移动芯片在全世界处于领先地位，海思芯片已于高通、三星等芯片平齐平坐。

2.微电子技术发展现状

21世纪随着信息技术的大规模应用微电子技术也得到了快速的发展，微电子技术并逐渐开始在信息时代中发挥重要作用，其逐渐成为影响信息时展的关键角色。从上文中所述的微电子技术发展历程来说，自20世纪50年代晶体管的问世标志着微电子技术的产生，在之后的几年间内集成电路的出现更是为现今微型计算机的发展奠定了基础，在20世纪70年代初期集成电路在微型计算机领域的大范围应用更是表明了微电子技术发展跨上了新的台阶。现今，随着计算机网络技术以及电子信息技术的大发展，以集成电路为核心的微电子技术更是发展至空前高度，相比于诞生初期的微电子技术集成化程度现今的微电机技术集成化程度整整提升了500万倍，此外，相比于诞生初期的微电子技术产品体积与重量都有了大幅度的降低，现今一个微小的单独集成片就可以包含近千万个集体馆，尤其是在改革开放之后，国家在微电子技术方面得让研究力度在不断加大，而微电子技术产业也迎来了新的发展良机，随着我国在微电子技术方面研究的不断深入现今已经取得骄人的成绩，例如在深亚微米集成化研究方面已经在国家上取得领先地位，而我国微电子技术产业也开始有最初的简单粗放式发展逐步向集成化和规模化发展。此外，我国在微电子芯片研究领域同样取得可喜成绩，现今集成芯片已经大范围应用在信息通信、多媒体设备和数字信号处理技术中，但总体而言我国微电子技术的发展水平与其它发达国家还存在较大差距，因此，我国要持续增加微电子技术研发力度，从政策以及资金上给予相应支持，不断的提升我国微电子技术创新水平，最终保证我国微电子技术紧跟时展。

3.微电子技术的限制因素及发展方向

3.1物理规律限制。微电子技术的核心在于其集成电路芯片的制造，结合微电子技术的发展历程来看，先进的微电子技术的发展都是在不断的突破集成电路单个芯片元件的集成数量，现今，单个芯片上能够集成近5亿各电子元器件，该集成数量已经超过特大集成规模的限制，但从物理规律角度来看，微电子技术的发展依然受到其自身客观限制。在实际应用中通常可以通过对电子元器件尺寸的缩小来提升其IC性能，但电子元期间特征尺寸缩小的同时意味着其氧化层厚度和沟道长度同样缩小，这样克服元器件的“穿通效应”就变大人更加困难。例如，当量子隧道穿透效应（图1）增加时，电子元器件的静态功耗会变大，当静态功耗值占比达到电路总功耗某一限值时，表明该状态为晶体管缩小的极限值，但就现今的科技水平来看，依然无法跳出物理规律的限制。3.2材料限制。微电子技术一般常使用的材料为硅晶体，该材料由于其自身的特性在一定程度上阻碍了微电子技术的进步。现今，研究人员开始逐渐借助氧化物半导体材料和超导体材料替代常用的硅晶体材料，此外，使用碳纳米管做成的晶体管更是为微电子技术的革新提供了新的思路。学者经过实验研究得出：新纳米管电路中总输出信号是大于输入信号，该结论的得出也表明该纳米管电路是具有一定的放大功能。目前，有一些学者提出借助塑料半导体技术来制备出不易破裂的集成电路，这也为微电子技术的发展提供了新方向。3.3工艺技术限制。（一）光刻设备尺度问题。在微电子技术工艺中最为关键的设备为光刻机（曝光工具），此设备的制造过程复杂、成本高且其精密度要求较高，而设备分辨率以及焦深都会影响光刻技术的应用，当尺寸推进至0.05um且停滞较长时间后则会引起集成电路无法快速的进入纳米时代。（二）互连引线问题。集成电路板上面积过小或单位面积内晶体管数量的变多都会使得相互连线间横截面积缩小，电阻变大，进而造成整体电路=反应时间的增加，从另一方面来说集成电路板尺寸的缩小虽然能够提升晶体管的工作效率，但却造成互联引线的反映时间增加，所以，怎么在已有集成规模条件下将互联引线进行优化是很多专家学者研究的重点课题。（三）可靠性问题。如前文所述，集成电路在逐渐向着精细加工与小规模元器件发展，但小规模元器件的使用虽然会提升整个电路系统运行的效率但却降低了电子元器件的使用寿命。尤其是在制造工艺方面出现的可靠性问题更是严重影响微电子技术的发展。（四）散热问题。微电子技术在应用过程中出现的散热问题主要是由封装技术水平决定的，现今，随着集成化朝着超规模方向的发展，在未来集成功能也必然越来越复杂，所以，在进行设计时就需要对整体电路的总功耗以及封装技术间的关系进行衡量。

4.微电子技术发展的新领域

4.1生物芯片技术的发展与应用。微电子技术与其他学科的相互融合是其未来发展的必然趋势，而生物芯片技术就是未来微电子技术发展的一个重要防线。对生物芯片技术的研究始于上世纪90年代，该时期研发的DNA基因芯片就与现今的计算机芯片相类似，该芯片可以在数秒内将数万，类物种的基因进行解码，近几年来，随着科学技术水平的不断提上，人们发现可以借助有机聚合物导电材料制备生物芯片，该芯片的容量是计算机的10亿倍。4.2塑料半导体技术的发展与应用。塑料半导体技术是有机化学与半导体结合产生的新学科，应用该技术所制备的塑料半导体其实质是一种新型塑料晶体管（有机薄膜晶体管），该技术的应用为晶体管的制备提供了新思路，例如，借助橡胶印发几分钟即可完成晶体管的制备。4.3纳米技术的发展与应用。随着科学技术水平的不断提升，微电子技术IC线宽度在不断缩短，而纳米技术的使用能够有效解决半导体自身存在的问题，而纳米技术可以说是微电子技术的关键支撑。例如，通过采用碳纳米管制备微电子元器件、通信设备以及显示器等推动了半导体技术的发展，此外，基于碳纳米管的电压逆变器更是成为分子内逻辑电路制造的先河。新型纳米管电路相比传统的集成电路具有更强的输出信号与信号增益效果，而碳纳米管又能够放大硅晶体管，因此，纳米技术开始大规模用于微电子产品的制备中。

5.结语

任何技术的发展都会随着社会需求的改变遭受到发展的阻力，微电子技术的发展同样如此，从最初的蓬勃发展到现今的发展受阻都表明我们需要从微电子技术的工艺、制备材料以及其物理规律限制方面对制约微电子技术发展的原因进行深入的探讨，为确保微电子技术的长远进步，童谣需要我们考虑将微电子技术和其它学科进行融合，以期通过技术间的相互融合与补充实现微电子技术的可持续发展。

作者:黄劲风 单位:广州南方卫星导航仪器有限公司