- 相關(guān)推薦
21世紀的硅微電子學(xué)
摘 要 本文展望了21世紀微電子技術(shù)的發(fā)展趨勢。認為： 21世紀初的微電子技術(shù)仍將以硅基CMOS電路為主流工藝，但將突破目前所謂的物理“限制”，繼續快速發(fā)展；集成電路將逐步發(fā)展成為集成系統；微電子技術(shù)將與其它技術(shù)結合形成一系列新的增長(cháng)點(diǎn)，例如微機電系統（MEMS）、DNA芯片等。具體地講，SOC設計技術(shù)、超微細光刻技術(shù)、虛擬工廠(chǎng)技術(shù)、銅互連及低K互連絕緣介質(zhì)、高K柵絕緣介質(zhì)和柵工程技術(shù)、SOI技術(shù)等將在近幾年內得到快速發(fā)展。21世紀將是我國微電子產(chǎn)業(yè)的黃金時(shí)代。
關(guān)鍵詞 微電子技術(shù) 集成系統 微機電系統 DNA芯片
1 引 言
綜觀(guān)人類(lèi)社會(huì )發(fā)展的文明史，一切生產(chǎn)方式和生活方式的重大變革都是由于新的科學(xué)發(fā)現和新技術(shù)的產(chǎn)生而引發(fā)的，科學(xué)技術(shù)作為革命的力量，推動(dòng)著(zhù)人類(lèi)社會(huì )向前發(fā)展。從50多年前晶體管的發(fā)明到目前微電子技術(shù)成為整個(gè)信息社會(huì )的基礎和核心的發(fā)展歷史充分證明了“科學(xué)技術(shù)是第一生產(chǎn)力”。信息是客觀(guān)事物狀態(tài)和運動(dòng)特征的一種普遍形式，與材料和能源一起是人類(lèi)社會(huì )的重要資源，但對它的利用卻僅僅是開(kāi)始。當前面臨的信息革命以數字化和網(wǎng)絡(luò )化作為特征。數字化大大改善了人們對信息的利用，更好地滿(mǎn)足了人們對信息的需求；而網(wǎng)絡(luò )化則使人們更為方便地交換信息，使整個(gè)地球成為一個(gè)“地球村”。以數字化和網(wǎng)絡(luò )化為特征的信息技術(shù)同一般技術(shù)不同，它具有極強的滲透性和基礎性，它可以滲透和改造各種產(chǎn)業(yè)和行業(yè)，改變著(zhù)人類(lèi)的生產(chǎn)和生活方式，改變著(zhù)經(jīng)濟形態(tài)和社會(huì )、政治、文化等各個(gè)領(lǐng)域。而它的基礎之一就是微電子技術(shù)�？梢院敛豢鋸埖卣f(shuō)，沒(méi)有微電子技術(shù)的進(jìn)步，就不可能有今天信息技術(shù)的蓬勃發(fā)展，微電子已經(jīng)成為整個(gè)信息社會(huì )發(fā)展的基石。
50多年來(lái)微電子技術(shù)的發(fā)展歷史，實(shí)際上就是不斷創(chuàng )新的過(guò)程，這里指的創(chuàng )新包括原始創(chuàng )新、技術(shù)創(chuàng )新和應用創(chuàng )新等。晶體管的發(fā)明并不是一個(gè)孤立的精心設計的實(shí)驗，而是一系列固體物理、半導體物理、材料科學(xué)等取得重大突破后的必然結果。1947年發(fā)明點(diǎn)接觸型晶體管、1948年發(fā)明結型場(chǎng)效應晶體管以及以后的硅平面工藝、集成電路、CMOS技術(shù)、半導體隨機存儲器、CPU、非揮發(fā)存儲器等微電子領(lǐng)域的重大發(fā)明也都是一系列創(chuàng )新成果的體現。同時(shí)，每一項重大發(fā)明又都開(kāi)拓出一個(gè)新的領(lǐng)域，帶來(lái)了新的巨大市場(chǎng)，對我們的生產(chǎn)、生活方式產(chǎn)生了重大的影響。也正是由于微電子技術(shù)領(lǐng)域的不斷創(chuàng )新，才能使微電子能夠以每三年集成度翻兩番、特征尺寸縮小倍的速度持續發(fā)展幾十年。自1968年開(kāi)始，與硅技術(shù)有關(guān)的學(xué)術(shù)論文數量已經(jīng)超過(guò)了與鋼鐵有關(guān)的學(xué)術(shù)論文，所以有人認為，1968年以后人類(lèi)進(jìn)入了繼石器、青銅器、鐵器時(shí)代之后硅石時(shí)代（silicon age）〖1〗。因此可以說(shuō)社會(huì )發(fā)展的本質(zhì)是創(chuàng )新，沒(méi)有創(chuàng )新，社會(huì )就只能被囚禁在“超穩態(tài)”陷阱之中。雖然創(chuàng )新作為經(jīng)濟發(fā)展的改革動(dòng)力往往會(huì )給社會(huì )帶來(lái)“創(chuàng )造性的破壞”，但經(jīng)過(guò)這種破壞后，又將開(kāi)始一個(gè)新的處于更高層次的創(chuàng )新循環(huán)，社會(huì )就是以這樣螺旋形上升的方式向前發(fā)展。
在微電子技術(shù)發(fā)展的前50年，創(chuàng )新起到了決定性的作用，而今后微電子技術(shù)的發(fā)展仍將依賴(lài)于一系列創(chuàng )新性成果的出現。我們認為：目前微電子技術(shù)已經(jīng)發(fā)展到了一個(gè)很關(guān)鍵的時(shí)期，21世紀上半葉，也就是今后50年微電子技術(shù)的發(fā)展趨勢和主要的創(chuàng )新領(lǐng)域主要有以下四個(gè)方面：以硅基CMOS電路為主流工藝；系統芯片（System On A Chip，SOC）為發(fā)展重點(diǎn)；量子電子器件和以分子（原子）自組裝技術(shù)為基礎的納米電子學(xué)；與其他學(xué)科的結合誕生新的技術(shù)增長(cháng)點(diǎn)，如MEMS，DNA Chip等。
2 21世紀上半葉仍將以硅基CMOS電路為主流工藝
微電子技術(shù)發(fā)展的目標是不斷提高集成系統的性能及性能價(jià)格比，因此便要求提高芯片的集成度，這是不斷縮小半導體器件特征尺寸的動(dòng)力源泉。以MOS技術(shù)為例，溝道長(cháng)度縮小可以提高集成電路的速度；同時(shí)縮小溝道長(cháng)度和寬度還可減小器件尺寸，提高集成度，從而在芯片上集成更多數目的晶體管，將結構更加復雜、性能更加完善的電子系統集成在一個(gè)芯片上；此外，隨著(zhù)集成度的提高，系統的速度和可靠性也大大提高，價(jià)格大幅度下降。由于片內信號的延遲總小于芯片間的信號延遲，這樣在器件尺寸縮小后，即使器件本身的性能沒(méi)有提高，整個(gè)集成系統的性能也可以得到很大的提高。
自1958年集成電路發(fā)明以來(lái)，為了提高電子系統的性能，降低成本，微電子器件的特征尺寸不斷縮小，加工精度不斷提高，同時(shí)硅片的面積不斷增大。集成電路芯片的發(fā)展基本上遵循了Intel公司創(chuàng )始人之一的Gordon E．Moore 1965年預言的摩爾定律，即每隔三年集成度增加4倍，特征尺寸縮小倍。在這期間，雖然有很多人預測這種發(fā)展趨勢將減緩，但是微電子產(chǎn)業(yè)三十多年來(lái)發(fā)展的狀況證實(shí)了Moore的預言[2]。而且根據我們的預測，微電子技術(shù)的這種發(fā)展趨勢還將在21世紀繼續一段時(shí)期，這是其它任何產(chǎn)業(yè)都無(wú)法與之比擬的
【21世紀的硅微電子學(xué)】相關(guān)文章：
硅薄膜的制備及光學(xué)性能研究03-01