浅谈我国微电子技术的发展前景

江一堃

微电子技术渗透在我们生活中的方方面面，应用于各个领域中，对医疗、军事、工业生产起到了至关重要的作用，在信息化时代中将会起到引领发展的关键作用，其发展已成为了大势所趋。但我国微电子行业人力资本的缺失使得微电子行业实际发展速度与预期相差甚远，而掌握着高端技术的发达国家严格限制着集成电路核心技术的出口。由于我国自主研发水平较低，高端设备不能自给，一旦进口受到了限制，电子产品生产将会受到巨大打击。特别中兴通讯遭到美国政府制裁后，国家更加重视微电子技术的发展。在这内外因素的阻碍下，我们更应找准发展方向，发挥我国电子产品市场广阔，教育水平高的优势，逐步缩小与世界领先水平的差距。

本文将对微电子技术的概念进行阐述，分析我国微电子技术发展的现状以及面临的挑战，同时对微电子技术的具体应用进行分析以及对未来的发展趋势进行探讨。

1 概述

微电子技术是建立在以集成电路为核心，以各类半导体材料为基础的高新电子技术。微电子技术是在微电子学领域中各项工艺技术的统称，包含半导体材料制备、半导体工艺、电路系统设计、自动测试等专业技术。其特点是高度集成化、体积小、重量轻、效率高。相较于传统电子技术，微电子技术具有前者不具备的优势与特征：微电子技术是通过固体内微观电子运动来实现信息处理和加工，可深入到极小尺度下进行精细化调整，微电子技术的集成特征使其能够将子系统或电子功能部件集成到芯片中，具有较全面的功能性；微电子技术主要由大规模的集成电路构成，其运行功率远超传统电子技术。以上优势促使微电子技术成为信息时代的宠儿。

自从改革开放以来，我国的微电子技术就获得了比较大的发展。众所周知，衡量微电子技术发展水平的一项重要指标就是大规模电路在芯片上的集成度，而现在的集成度与最初相比提高了500万倍。与其余国家相比较，我国发展微电子技术的优势主要在于我国的人口巨大，需求较多，相对应的市场就比较广阔，人们对电子产品的需求远远超过我国实际供应能力。但是这也恰恰暴露了我国在电子产品自给水平的落后。据统计，我国的CPU自给率不到1%，IGPT芯片自给率不到5%，MCU仅为15%，而DRAM甚至全部依靠国外进口，这些芯片占了我国进口的70%，也就意味着我国绝大部分芯片都来源于各个发达国家。这是我国急需改变的现状，不能因为表面上的发展而忽略真正问题所在。所以，我们更加需要大力研发相应的技术，提高生产的效率与产品的质量[1]。

在发展的过程中，难免会遇到很多的困难，如今我国微电子技术的发展主要面临着3个因素的制约。

1.1 工艺技术限制

现阶段，微电子的工艺技术主要采用光刻技术，而我国暂时无法自主生产高水平的光刻设备，甚至光刻胶也依靠进口。如今世界最顶尖工艺能在光刻设备应用摩尔定律中推进到0.05μm，而我国还在深亚微米级之外徘徊。缺少自主研发的先进制造工艺，很难在EDA和制造工艺相结合的这部分技术有大的突破。

1.2 人才短缺

我国微电子技术正处于朝阳时期，发展条件较为艰难，少有极富创造力的人才和肯吃苦的制造人员。而新生代人才尚未成型，中生代处于就业转型的时期，也导致了微电子行业并未迎来人才涌现的盛景，反而在近两年来加剧了人才短缺的情况。由于缺少人才的加入，我国的生产水平难以提高，这就大大减缓了我国微电子技术发展的速度，难以与发达国家相竞争。

1.3 发达国家的掣肘

我国发展速度处于高峰期，以美国为主的发达国家限制了我国对核心技术的进口，导致本就缺少高精尖设备的我国在微观工艺技术难有所为。由于缺乏核心技术，我国微电子的竞争力不足，就难以在利润上有所收获。缺乏利润的投入，就更加难以实现技术的升级换代，这样就形成了恶性循环，难以在技术上有所突破。

2 发展趋势

微电子技术已从3G发展到3T，信息储存量也从GB发展到了TB，集成电路的各个器件发展到了THz，信息传输速度得到了很大提升。未来几年，晶体尺寸将会逐渐增大，各个元器件尺寸将会不断缩小，对于雕刻技术的微观尺度要求也会随之加深。如今微电子技术在材料和工艺上的问题是微电子技术进步的关键所在。传统工艺方面主要从系统结构的二维集成转向三维集成，实现电路集成度的突破，并利用超晶格半导体器件替换普通硅半导体，提高运行速率至原来的10～100倍；而材料方面，科学家正寻找新材料替代硅晶体，突破硅对集成电路的局限性，当下较为可行的例子有砷化镓、磷化铟等氧化物半导体材料和超导材料、金刚石材料，可有效降低工作温度，提高集成电路抗辐射能力和开关速度，而由于CMOS晶体管很难再缩小，人们对碳纳米管的呼声也越来越高；利用有机元原子在化学链中能储存信息的特点制造出的生物芯片也是当今较为先进的材料。我国应紧跟微电子技术发展趋势，扭转电子产品制造的劣势[2]。

3 应用

生活中，微电子技术无处不在，它真实地改变着我们生活中的点点滴滴。手机、电脑、电视、空调的核心甚至IC公交卡都应用到了微电子技术，而智能家居，智能用电更是与微电子技术紧密结合，在背后默默为我们服务。据统计，美国每年由计算机完成的工作量超过4 000亿人年手工工作量，而日本每个家庭平均拥有100个芯片。它无时无刻发挥着功能，给我们带来了一个多姿多彩的世界[3]。

工业制造中，微电子技术普遍应用于各项生产当中。它的应用极大地促进了工业制造的精确度和生产效率，并有效降低了生产成本。例如汽车引擎，随着微电子技术的发展，汽车引擎的性能也在逐渐提升，无论是机械效率，引擎控制还是反应速度都得到了长足的进步。而手机对汽车的远程控制更是微电子技术发展的成果。微电子技术对工业的改变是极为显著且成功的。

军工产业中，微电子技术更是起到了颠覆性的作用。它促使战争的传统形式向现代信息化转变。以前的战争重工业的强弱是决定性的，而如今国家军事装备的信息化程度是国家军事力量的决定性因素。无人机是现代战争的代表，也是微电子技术与军工结合的标志性成品。利用微电子技术可以对无人机进行远程遥控，使侦查任务的风险和损失大大降低。而通信系统之间的攻击也是通过微电子技术发动，典型例子海湾战争的胜利就是通过瓦解敌方通信系统而取得[4]。

生物医学中电子学分支也是由微电子学、生物和医学等多学科交叉的学科，其作用是使生物医学更加精确和机械化。典型的例子有生物传感器，其工作原理对生物物质起反应并将物质浓度转化为电信号。比如葡萄糖传感器就能通过电信号来检测葡萄糖浓度，可应用于血糖监测等医疗技术。种类丰富的生物传感器可应用于广泛的产业，具有很高的选择性。

4 结语

综上所述，随着信息时代的不断发展，微电子技术的发展不断加快，微电子技术在我国发展中扮演着愈加重要的角色，可以说没有微电子技术，就没有现在的格局。微电子技术对社会的巨大改变只会让它的前景越来越明朗，而我国也需要重视微电子技术在自主研发方面的培养，发掘我国的技术潜力，不断缩小与发达国家之间的差距，将我国的微电子技术与国际相接轨，将技术发展进行到底[5]。