试论微电子技术发展面临的限制及发展前景

摘 要：社会的不断进步和经济的不断发展极大地促进了我国科学技术的发展，丰富了科学技术的种类，提升了不同技术的应用性。微电子技术是科学技术发展的产物，给当下社会不同领域的发展带来了较大的影响。为了促进微电子技术的长远发展，本文主要对微电子技术发展面临的限制及发展前景进行分析和研究。

关键词：微电子技术；发展限制；发展前景；分析和研究

中图分类号：TN40 文献标识码：A 文章编号：2096-4706（2018）05-0042-02

Limitation and Development Prospect of Microelectronic Technology Development

CHEN Jiawei

（School of Electronic Information Engineering，Hankou University，Hankou 430212，China）

Abstract：With the continuous progress of the society and the continuous development of the economy，the development of science and technology in China has been greatly promoted，the types of science and technology have been enriched，and the application of different technologies has been improved. Microelectronic technology is the product of the development of science and technology，which has a great impact on the development of different fields in the contemporary society. In order to promote the long-term development of microelectronics technology，this paper mainly analyzes and studies the limitations and prospects of microelectronic technology development.

Keywords：microelectronics technology；development constraints；development prospects；analysis and research

0 引 言

微电子技术是社会发展的产物，是科学技术发展的结晶，也是电子信息领域的关键技术。随着科学技术的不断发展，产生了不同的新型技术。在众多新型技术中，微电子技术是应用效果最好、渗透性较强的技术，对航天领域、通讯利用和计算机产业的发展具有较大影响。为了保证微电子加速的实际应用性，本文对微电子技术的发展局限和前景进行分析，并给出相关的发展建议。

1 微电子技术发展面临的限制

1.1 微电子技术的材料限制

现阶段，微电子技术在实际应用过程中，主要应用的材料为单晶硅材料和多晶硅材料。单晶硅材料和多晶硅材料实际应用性能的决定性因素包括介电常数、载流子的运作率、载流子的运作速度和饱和度、热导能力和电场的效力等。微电子技术在实际应用过程中处于高度集成状态时，会受到介电常数、载流子的运作率、载流子的运作速度和饱和度、热导能力和电场的效力的限制，导致降低微电子技术的实际应用性，阻碍微电子技术的发展[1]。

1.2 微电子技术的工艺限制

对微电子技术来说，实际运作工艺包括微细线条工艺、离子注入工艺、薄膜淀积工艺和光刻技术工艺等。光刻技术工艺是微电子技术的主要技术工艺，微电子技术在实际应用过程中主要面临限制的是光刻技术工艺。在1978年初，大众普遍认为光学技术局限在1微米之内，随着社会的发展，光电技术在实际应用的过程中延伸到了0.06微米。但在实际应用中，它会受到微电子装置的分辨率与焦深的影响，朝前运作一步都较为不便[2]。

1.3 微电子技术的物理因素限制

如今的微电子技术发展建立在硅基互补金属的氧化物半导体之上，科学研究多在研究集成电路性能的提升以及增加芯片元件容量。事实上提高集成电路性能需要合理缩小元器件，施加适应的电源电压。实质上缩小芯片的元器件会受到电压影响，同时还受到氧化层厚度、器件长度的影响。目前微电子技术还无法使用物理因素调整克服电子和离子的物理规律，这也在很大程度上限制了微电子技术的长远发展。

2 微电子技术的长远发展

2.1 改进制造工艺

伴随制作工艺的稳步提高，技术上取得了很大的创新成就，从平层的平面分布逐步发展到现在多层的多功能高密度工艺，由此微电子制造技术将朝向多功能化发展。人工超晶格工艺制作得到的器件是超晶格的半导体器件，这种元件最大的优势在于速度远超过普通导体，其速度约为普通硅半导体的10倍到100倍。在敏感集成电路中尽量缩小控制器件体积，不仅能够有效节约成本，还能让器件稳定性得到大幅提升。在集成度得到提高的同时，光刻技术也得到了良好的发展。由于透镜分辨率的提高、光刻技术的提高、光刻中出现的问题被有针对性地解决，微电子产品性能得以更充分地完善。现代的集成电路发展将逐渐呈现出摩尔定律结构，由原先的二维集成逐渐转变为三维集成，这能在很大程度上实现集成电路的重大突破。除此之外，微电子技术将向绿色化发展，向绿色化发展不仅是微电子技术的发展核心，更是社会需求导向。微电子技术中消耗的能源将得到有效控制，未来微电子技术的发展方向将以绿色环保为目标，这也是我国建设可持续发展型社会的必然要求。

2.2 芯片器件的变化

随着微电子技术的发展，芯片器件将作出适应性调整。作为集成电路中的工作平台，芯片是集成电路的基础，芯片将朝着增大的方向发展。芯片尺寸的增大会让芯片集成度大幅度增加，芯片能够提供的工作能力也会被有效增强。目前微电子芯片的尺寸能够达到12英寸，这个规模虽然并不算大，但是足以容纳十几亿个工作元件，芯片容量的发展规模也会达到可观的程度，让芯片的密度大幅提升，功能大幅提高，其性价比也得以有效提高。

此外，器件尺寸将朝缩小的方向变化，器件尺寸缩小能够让集成电路性能大幅提升，也能显现出价格优势。但是就目前来讲，缩小器件尺寸也存在一定的难度。例如Soursce中的SCE串联电阻，缩小其尺寸还需要加强对超浅结以及肖特基源漏等技术的使用，这是有待解决一大难点；又如在Substrate设置Band-to-band隧穿时，要想让SD直接隧穿，那么在此过程中一定会出现迁移退化的情况，因此还需要使用应变沟道相关技术来应对迁移率退化问题，或使用具备高迁移率的一些材料，这也是芯片器件在发展中面临的挑战。

2.3 改进电路制造材料

在微电子技术的发展中，传统的材料缺陷越来越显著，限制了微电子技术的发展。研究领域正在寻找能够替代原材料的新型材料，以打破微电子技术发展的局限。目前已经发现砷化镓等氧化物作为导体材料，这在很大程度上增加了集成电路性能，例如使用磷化铟作为超导材料制造出的微电子集成电路，它能够在很大程度上提高电路的工作温度，加快开关速度，提高其抗辐射能力等。

由于集成电路性能的提高，集成电路的应用范围逐步扩大，应用条件逐渐减少。同时有研究发现，使用有机物元原子能够储存信息，也能够由此制作出生物芯片。例如碳化硅的使用，碳化硅具有高热导性，还具有避免高电压击穿的性质，因此在微电子技术中被研发使用，使用这种材料能够在高压环境中持续工作，并且不会被高压击穿，同时它还能在高频率情况下实现对集成电路的组装，这两点也是碳化硅的重点优势，正是以此优势在微电子领域被广泛使用。另外碳化硅的使用还能实现与其他化学材料相反应，能够生成具备良好性能的化合物，继续发挥作用。

2.4 微电子技术和其他技术的联合发展

通过上文的阐述我们可以看出，微电子技术在实际应用和发展过程中存在自身的发展弊端，为了促进微电子技术的长远发展，需要应对微电子技术的限制，解决微电子限制问题，在生物领域和不同学科的基础上谋求科学的解决方法，把微电子技术和不同科学技术产品相结合，增加其与生物技术与半导体技术的联系，增加微电子技术的内涵，促进微电子技术的可持续发展。

2.4.1 生物技术

为了保证微电子技术的实际应用性，完善微电子技术的弊端，把微电子技术和生物技术结合发展，可以产生生物芯片，因此，微电子和生物技术结合发展具有实际意义。以美国为首的西方国家在上个世纪九十年代开始增加对生物芯片技术的关注度，对脱氧核糖基因和脱氧核酸基因芯片进行研究，打开了基因芯片的发展先河。生物芯片和计算机设备中的芯片设备较为相同，可以在较短时间内对生物进行多次反映，并对生物进行基因的解码等。当下把微电子技术和生物芯片技术结合发展，可以保障计算机设备的容量在原有基层上增加10亿之多。生物技术和微电子技术与生命科学结合的产物具有实际应用价值，在当下工业和农业领域应用价值较高[3]。

2.4.2 半导体技术

在科学技术发展过程中，微电子技术和半导体技术相结合是微电子技术发展的新方向。这一半导体技术与传统的技术较为不同，它由塑料材质构成，是一个塑料形式的半导体技术，和传统的硅元素构建的半导体较为不同。在进行晶体管的制作时，它把传统的硅元素换成了塑料物质，这一具有塑料特征的晶体管被称为塑料晶体管，也被称作有机的晶体管，是晶体管发展的新方向。OTFT晶体管在实际应用过程中可以进行准确的泼墨作业，具有图章印刷技术，可以保证在有效时间内完成制作。微电子技术和OTFT的结合发展可以提高微电子技术的实际应用性，保证其在不同领域都具有较好的实际应用性，可以在不同的新型产品中应用，例如可以在抛弃形式的射频过程中制作标签，应用在电子书的制作过程中，对不同电子书进行自动驱动，还可以在手机和计算机设备与个人的数字处理过程中应用，具有较好的应用性[4]。

3 结 论

综上所述，无论是社会经济的发展还是科学技术的发展，在发展的过程中都会面临相应的阻力和障碍。微电子技术在实际发展过程中也是如此，它也受到了不同的限制和阻碍，包括微电子技术的材料限制和微电子技术的工艺限制等。为了促进微电子技术的长远发展，增加微电子技术的实际使用性能以及突破微电子技术的发展弊端，首先要让微电子技术与不同领域学科结合发展，与生物技术结合发展，把微电子技术和塑料半导技术结合发展，以促进微电子技术的可持续发展。

参考文献：

[1] 魏呵呵，何刚，邓彬，等.原子层沉积技术的发展现状及应用前景 [J].真空科学与技术学报，2014，34（4）：413-420.

[2] 贾韦，宣天鹏.化学镀镍在微电子领域的应用及发展前景 [J].稀有金属快报，2007（3）：1-6.

[3] 宋长发.微电子技术发展面临的限制及发展前景 [J].沿海企业与科技，2006（12）：75-76.

[4] 徐冠华.当代科技发展趋势和我国高新技术发展及产业化对策 [J].科技与法律，1999（4）：1-29.

作者简介：陈佳伟（1996-），男，汉族，福建泰宁人，本科在读。研究方向：电子信息工程、数码设计。