微电子技术的现状及其发展趋势

程晓芳

(陕西国防工业职业技术学院，陕西西安710300)

微电子技术是建立在以集成电路为核心的各种半导体器件基础上的高新电子技术，特点是体积小、重量轻、可靠性高、工作速度快，微电子技术对信息时代具有巨大的影响。

1 微电子技术的发展历史和现状

微电子技术是19世纪末，20世纪初开始发展起来的新兴技术，它在20世纪迅速发展，成为近代科技的一门重要学科。其发展史实际就是集成电路的发展史。

衡量微电子技术发展的重要标志是大规模集成电路的集成度，至今为止微电子技术的发展基本上都在遵循着“摩尔定律”，即单个芯片上的器件数每18个月增长1倍，DRAM储存量3年提高到原来的4倍，其发展历程如下。1947年底，美国贝尔实验室研制成了世界上第一个晶体管，微电子技术开始萌芽。体积微小的晶体管使集成电路的出现有了可能。之后，美国得克萨斯仪器公司的基比尔于1958年制成了第一个集成电路的模型，1959年德州仪器公司宣布发明集成电路。同年，美国著名的仙童子公司将一整套制造微型晶体管的“平面工艺”移到集成电路的制作中，很快集成电路由实验室实验阶段转到工业生产阶段。1962年MOS场效应管试制成功，1964年成功制出PMOS集成电路。与分立元件电路相比，集成电路的体积大大减小，同时功耗低，可靠性好，工艺简单，更适合于大量生产。

至今集成电路的集成度已提高了500万倍左右，特征尺寸缩小了近200倍，单个器件成本下降了约100万倍，单片集成度达到数亿个晶体管。

2 微电子技术的应用

微电子技术的应用非常广泛，可以说微电子无处不在。美国每年由计算机完成的工作量超过4 000亿人的手工工作量;日本每个家庭平均拥有100个芯片;无论是日常生活的电视机，洗衣机，手机，计算机，银行储蓄卡和信用卡，小区智能卡，电子手表，玩具等家用消耗品，还是大到传统工业的汽车工业、印刷工业和国防工业的导弹、卫星、火箭等都离不开这小小的芯片，可以说应用及其广泛。微电子技术渗透到了人们生活的各个领域，在人们的生产生活中发挥着极其重要的作用，已经和社会建立了一种相互依存的某种关系。

集成电路被广泛应用于社会的各个行业。微电子技术对各种传统产业具有强有力的带动作用，几乎所有的传统产业与微电子技术结合，利用芯片更新技术，都可给传统产业注入活力。例如，像汽车的电子化使传统的汽车工业渗透进了微电子技术，采用微电子技术的电子引擎监控系统、汽车安全防盗系统、出租车的计价器等已得到广泛应用，现代汽车上有时甚至要有十几个到几十个微处理器［1］。又如，印刷工业采用了微电子技术排版不再采用铅字，文字的增添、删除、编排，字体的选取等都在计算机上进行，在很短的时间内就可以全部按需要设置完成，与传统印刷工业改动一字就要涉及全局已不可同日而语。

集成电路的应用不仅在工业方面，在商业方面，由于微电子技术及计算机的应用，使传统的账册产生了根本的变化，账目的登录、统计、查询、存储都产生了根本的改变，于是有了大超市、大商场，这在20年前是不可想象的。如果说传统行业引入微电子技术后提高了生产效率，那么微电子技术与其他技术的结合和渗透又发展成新的技术。

微电子技术在轻武器中的许多应用正在研制中，如数字地图计划:为了给士兵提供需要的一切信息，可把天气数据、情报、敌友军的位置、空中成像等一切信息融合到一起，以数字方式存储，并通过无线计算机网络送到任何需要的地方，甚至是前线。如果将这种数字地图直接接入武器，不仅可以大大提高武器的精度，而且能使后勤得到可靠保障。随着电子、材料、光学、机械等各方面技术的发展，微电子技术必将广泛地应用于轻武器，发挥更大的作用。

总之，微电子技术已经渗透到诸如现代通信、计算机技术、医疗卫生、环境工程、能源、交通、自动化生产等各个方面，成为一种既代表国家现代化水平又与人民生活息息相关的高新技术。

3 国内微电子技术的发展现状

近几年，在国家相关政策的大力支持下，国内硅基微电子技术水平不断提高，与国际先进水平的距离逐渐缩小。

我国微电子技术发展的特点:一、超深亚微米集成技术研究逐渐接近国际先进水平。二、集成电路设计水平提高，规模增大。经过近几年的发展，芯片设计水平明显提高，目前我国自主设计的芯片产品已涉及CPU、数字信号处理器、高端IC卡、数字电视和多媒体、3G手机以及信息安全等六大领域。IC设计水平已达到0.13 μm，具有自主知识产权的核心芯片的开发及其产业化也取得了可观的突破。逐渐从过去的“低端模仿”走向以技术创新为主的“高端替代”。

微电子技术是当代科学技术中发展速度最快的技术之一，但是由于我国的微电子技术与国际先进水平差距较大，要在短期内赶上或超过是很不现实的，我国微电子各方面都落后于国外。国家正在逐步加大扶持力度，制定一系列相关政策去吸引资金和人才，形成可持续发展的微电子产业和科研体系。

4 微电子技术的发展趋势

21世纪的微电子技术将从目前的3G时代逐步发展到3T时代，即存储量由Gb发展到Tb，集成电路中器件的速度由GHz发展到THz，数据传输速率由Gbps发展到Tbps。

以硅基CMOS电路为主流工艺，21世纪硅微电子技术的发展趋势主要体现在三方面:一是继续增大晶圆尺寸和缩小器件的特征尺寸。发达国家和地区正在向纳米阶段进军。二是集成电路(IC)将发展成为系统集成芯片(SOC)。SOC进一步发展，可以将各种物理的、化学的和生物的敏感器和执行器与信息处理系统集成在一起，从而完成从信息获取、处理、存储、传输到执行的系统功能，这是一个更广义上的系统集成芯片。SOC是微电子设计领域的一场革命，21世纪将是SOC技术真正快速发展的时期。三是微电子技术与其它学科相结合。典型例子是微机电系统技术(MEMS)和生物芯片［2］。前者是微电子技术与机械、材料、传感器等多学科交叉产生的，后者则是与生物工程技术结合的产物。

21世纪人类将全面进入信息化社会，对微电子信息技术将不断提出更高的发展要求，微电子技术仍将继续是21世纪中最为重要的和最有活力的高科技领域之一。

［1］余修武.微电子技术与新技术革命［J］.制造业自动化，2010，32(11):95 －96.

［2］宋奇.浅谈微电子技术的应用［J］.数字电子技术与应用，2011(3):153.