论文 微电子学与集成电路.doc

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1、微电子学与集成电路 微电子学与集成电路经过几年的努力，我来到了大学，并学的是电子信息工程，起初我对他并不是很了解，觉得无聊，但是，在老师的引导下，我渐渐的对它产生了浓厚的兴趣，特别是在学了微电子技术与集成电路后，我觉得它对电子产品的发展实在是太重要了。微电子学是研究使电子产品微小化的科学，也是一门综合性很强的科学，它涉及到固体物理学，量子力学，热力学与统计物理学，材料科学，化学，半导体器件物理，电子线路，计算机辅助设计，图论，集成电路工艺和测试等多个领域。微电子学与集成电路关系到信息产业，电子工业，航天工业，机械工业，自动化，国防工业等多个国民经济各部门的发展，因而，集成电路的生产能力是反映一

2、个国家科学技术和基础过夜水平，微电子正在成为一个国家级学技术水平的重要标志之一，它的发展引起了电子信息科学技术的新飞跃。微电子的发展历程微电子技术是随着集成电路，尤其是超大型规模集成电路而发展起来的一门新的技术。微电子技术包括系统电路设计、器件物理、工艺技术、材料制备、自动测试以及封装、组装等一系列专门的技术，微电子技术是微电子学中的各项工艺技术的总和。它是是在电子电路和系统的超小型化和微型化过程中逐渐形成和发展起来的。二次大战中、后期，由于军事需要对电子设备提出了不少具有根本意义的设想，并研究出一些有用的技术。1947年晶体管的发明，后来又结合印刷电路组装使电子电路在小型化的方面前进了一大步

3、。到1958年前后已研究成功以这种组件为基础的混合组件。集成电路技术是通过一系列特定的加工工艺，将晶体管、二极管等有源器件和电阻、电容等无源器件，按照-定的电路互连，“集成”在一块半导体单晶片上，执行特定电路或系统功能。微电子技术是高科技和信息产业的核心技术。微电子产业是基础性产业，之所以发展得如此之快，除了技术本身对国民经济的巨大贡献之外，还与它极强的渗透性有关。另外，现代战争将是以集成电路为关键技术、以电子战和信息战为特点的高技术战争。 集成电路是通过一些特定的加工工艺，将晶体三极管，二极管等有源器件和电阻，电容等物源器件，按照设计电路互连，集成在一块半导体晶片，封装在外壳内的电路组成元件

4、，通过引线完成集成电路芯片与外界连接，。生产集成电路非为三个环节：1，电路设计。2芯片加工。3芯片的封装测试。它是在50年代后半期硅平面晶体管技术和更早的金属真空涂膜学技术基础上发展起来的。1964年出现了磁双极型集成电路产品。1962年生产出晶体管晶体管理逻辑电路和发射极藉合逻辑电路。MOS集成电路出现。由于MOS电路在高度集成方面的优点和集成电路对电子技术的影响，集成电路发展越来越快。70年代，微电子技术进入了以大规模集成电路为中心的新阶段。随着集成密度日益提高，集成电路正向集成系统发展，电路的设计也日益复杂、费时和昂贵。实际上如果没有计算机的辅助，较复杂的大规模集成电路的设计是不可能的。

5、70年代以来，集成电路利用计算机的设计有很大的进展。制版的计算机辅助设计、器件模拟、电路模拟、逻辑模拟、布局布线的计算辅助设计等程序，都先后研究成功，并发展成为包括校核、优化等算法在内的混合计算机辅助设计，乃至整套设备的计算机辅助设计系统。集成电路制造的计算机管理，也已开始实现。此外，与大规模集成和超大规模集成的高速发展相适应，有关的器件材料科学和技术、测试科学和计算机辅助测试、封装技术和超净室技术等都有重大的进展。电子技术发展很快，在工艺技术上，微细加工技术，如电子束、离子束、X射线等复印技术和干法刻蚀技术日益完善，使生产上在到亚微米以至更高的光刻水平，集成电路的集成弃将超大型越每片1061

6、07个元件，以至达到全图片上集成一个复杂的微电子系统。高质量的超薄氧化层、新的离子注入退火技术、高电导高熔点金属以其硅化物金属化和浅欧姆结等一系列工艺技术正获得进一步的发展。在微电子技术的设计和测试技术方面，随着集成度和集成系统复杂性的提高，冗余技术、容错技术，将在设计技术中得到广泛应用。微电子学是研究在固体（主要是半导体）材料上构成的微小型化电路、电路及系统的电子学分支。作为电子学的分支学科，它主要研究电子或离子在固体材料中的运动规律及其应用，并利用它实现信号处理功能的科学，以实现电路的系统和集成为目的，实用性强。微电子学又是信息领域的重要基础学科，在这一领域上，微电子学是研究并实现信息获取

7、、传输、存储、处理和输出的科学，是研究信息获取的科学，构成了信息科学的基石，其发展直接影响着整个信息技术的发展。微电子科学技术的发展水平和产业规模是一个国家经济实力的重要标志。微电子学是一门综合性很强的边缘学科，其中包括了半导体器件物理、集成电路工艺和集成电路及系统的设计、测试等多方面的内容；涉及了固体物理学、量子力学、热力学与统计物理学、材料科学、电子线路、信号处理、计算机辅助设计、测试和加工、图论、化学等多个领域。微电子学是一门发展极为迅速的学科，高集成度、低功耗、高性能、高可靠性是微电子学发展的方向。信息技术发展的方向是多媒体（智能化）、网络化和个体化。要求系统获取和存储海量的多媒体信息

8、、以极高速度精确可靠的处理和传输这些信息并及时地把有用信息显示出来或用于控制。所有这些都只能依赖于微电子技术的支撑才能成为现实。超高容量、超小型、超高速、超高频、超低功耗是信息技术无止境追求的目标，是微电子技术迅速发展的动力。微电子学渗透性强，其他学科结合产生出了一系列新的交叉学科。微机电系统、生物芯片就是这方面的代表，是近年来发展起来的具有广阔应用前景的新技术。国际微电子发展的趋势是：集成电路的特征尺寸将继续缩小，集成电路(IC)将发展为系统芯片(SOC)。微电子技术和其他学科相结合将产生很多新的学科生长点，与其它产业结合成为重大经济增长点。1999年中国集成电路的总消耗量折合人民币为436

9、亿元，其中国产芯片的总量为83.8亿元人民币，占世界芯片产量的0.6%。虽然中国微电子产业的发展有了很大进步，但与发达国家相比还很落后，生产技术总体上还有2代左右的差距。国内集成电路需求的自给率很低，特别是技术含量高的产品，基本上依靠进口。 随着集成电路技术的发展，使整机、电路与元件、器件之间的明确界限被突跛，器件问题、电路问题和整机系统问题已经结合在一起，体现在一小块硅片上，这就形成了固体物理、器件工艺与电子学三者交叉的新技术学科一微电子学。随着集成电路技术的广泛渗透和延拓，它将是一个更为广泛的边缘性学科。记得老师在讲述微电子技术和集成电路时，常常说的一句话：微电子技术是信息社会的基石。实现

10、信息化的网络及其关键部件不管是各种计算机还是通讯电子装备，它们的基础都是集成电胳。1946年2月年美国莫尔学院研制成功第一台电子数值积分器和计算器的时代，那足一个由18000个电子管组成，占地150平方米，重30吨的庞然大物。设想一下，这样的计算机能够进入办公室、车间和家庭吗？以至于当时有的科学家认为全世界只要4台这样的计算机就够了，可是现在全世界计算机包括微机在内就有上亿台。这只有在1948年贝尔实验室的科学家们发明了晶体管，特别是1958年硅平面工艺的发展和集成电路的发明，之后才可能出现今天这样的以集成电路技术为基础的电子信息技术和产业。正如最近美国工程技术界评出20世纪世界最伟大20项工

11、程技术成就中第5项电子技术时谈到，“从真空管到半导体、集成电路已成为当代各行各业智能工作的基石。”这是由其本质所决定的：社会信息化的程度取决于对信息的掌握、处理能力和应用程度，而集成电路正是集信息处理、存储、传输于一个小小的芯片中。当前微电子技术发展已进入系统集成芯片的时代.可将整个系统或子系统集成在一个硅芯片上。进一步发展，可以将各种物理的、化学的和生物的敏感器(执行信息获取功能)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。可以认为这是微电子技术又一次革命性变革。它已如同细胞组成人体一样，成为现代工农业、国防装备和家

12、庭耐用消费品的细胞。现在集成电路产业产值年增长率大于15%，在技术上，集成度以年增长率46%的速率持续发展，世界上还没有一个产业能以这样的速度持续发展。1990年日本以集成电路为基础的电子工业产值超过号称为第一产业的汽车工业而成为第-一大产业。2000年以集成电路为基础的电子信息产业成为世界第一大产业。集成电路的原料是地球上除氧以外含量最丰富的元素-硅，这样一块黑褐色小片，肉眼看上去.没有任何令人满意的地方，但经过人们的创新设计和一系列创新的工艺技术加工制造，成为集成电路芯片芯片，改变着社会的生产方式和人们的生活方式，不仅成为现代产业和科学技术的基础，而且正在创造着代表信息时代的硅文化)。因此

13、有科学家认为人类继石器、青铜器、铁器时代之后正进入硅石时代。集成电路产业对国民经济的战略作用首先表现在当代食物链关系上，现代经济发展的数据表明，GDP每增长100元，需要10元左右电子工业产值和1元-3元集成电路产值的支持。据美国半导体协会(SIA)预测，到2012年，集成电路全行业销售额将达到1万亿美元，它将支恃6万亿到8万亿美元的电子装备、30万亿美元的电子信息服务业和约50万亿美元GDP。21世纪经济是信息经济，目前发达国家信息产业产值已占国民经济总产值的40%-60%，国民经济总产值增长部分的65%与集成电路有关。因此，抓住了集成电路产业发展，就能促进国民经济的高速发展。上世纪90年代

14、以来，美国经济持续高速发展，主要得益于IT产业的发展，而它的基础是微电子技术。实际上，不仅计算机更新换代，即使是家电的更新换代都基于微电子技术的进步。电子装备，包拆机械装置，其灵巧程度直接关系到它的高附加值和市场竞争力，都依赖于集成电路芯片的“智慧”程度和使用程度。在信息社会时代，产品以其信息含量的多少和处理信息能力的强弱，决定着其附加值的高低，从而决定它在国际市场分工中的地位。如果我们不发展集成电路产业，将使我们的IT行业只能停留在装配业水平上，挣的是“辛苦钱”，在国际分工中我们将只能处于低附加值的低端上。微电子产业的发展规模和科学技术水平已成为衡量一个国际综合实力的重要标志。几乎所有的传统

15、产业只要与微电子技术结合，用集成电路芯片进行智能改造，就会使传统产业重新焕发青春。例如微机控制的数控机床己不再是传统的机床；又如汽车的电子化导致汽车工业的革命，目前先进的现代化汽车，其电子装备已占其总成本的70%。进入信息化社会，集成电路成为武器的-个组成单元，于是电子战、智能武器应运而生。雷达的精确定位和导航，战略导弹的减重增程，战术导弹的精确制导，巡航导弹的图形识别与匹配.以及各类卫星的有效载荷和寿命的提高等等，其核心技术都是微电子技术。目前，集成电路在整机中的应用，以计算机最大，通讯次之，第三位则是消费类电子。集成电路枝术是一种使其他所有工业黯然失色，又使其他工业得以繁荣发展的技术。中国

16、集成电路的发展：中国的集成电路产业起步于1965年，经过30多年的发展，现已初步形成了包括设计、制造、封装业共同发展的产业结构。芯片生产技术已达到8英寸、0.25微米-0.18微米水平。但总体来讲，我国集成电路产业比较弱小，1999年销售额仅占国际市场份额的0.7%，只能满足国内市场需求的16%。要提高我国微电子技术的整体水平，我们还需要长期的艰苦努力。我国高校微电子专业目前所开专业课程包括：半导体物理与器件、集成电路原理与设计、近代物理实验、固体物理导论、微机电系统技术基础、薄膜材料与薄膜技术等。1目前中国微电子存在的主要问题有：1.缺乏高标准和可持续发展的长远规划和措施以及建立微电子产业群

17、体的目标。2.机制上不适应微电子产业自身发展的要求。产业投资方式单一；投资和其它政策方面的决策太慢，使发展滞后；科研和产业严重脱节，而且科研和开发的投资严重不足。3.缺乏系统的市场战略。国内市场被国外大公司瓜分。对于有战略意义而且量大面广的如中央处理器（CPU）和存储器等关键芯片市场没有给予足够的重视和决心自主研制开发的决心。整机设计开发与芯片厂脱节，产品不能配套生产。4.政策环境不适应现代化微电子产业的发展。我国微电子企业资金有较大一部分是贷款，加之增值税过重，使得企业负担很重。5.微电子领域人才流失现象严重，缺乏吸引和激励人才的有效措施。建议：制订加速中国微电子产业发展的目标。5年内达到：

18、以多元投资模式建成一定规模的产业群，其中一半以上企业在技术、市场和管理上中国有主导权。组织和引进优秀人才，大力研发新一代核心生产工艺技术，积累自主的知识产权，使中国微电子芯片生产制造工艺技术达到与国际水平只差一代。集成电路产量到2005年由目前的占世界产量的0.6%提高到2%左右。通过10年左右的努力，掌握集成电路设计、生产的关键技术，提高国内外市场占有率和国内市场的自给率，占世界产量从2%提高到4%，自给率达到30%左右；满足国防工业和信息安全对集成电路的需求；形成能够良性循环的科研、生产体系；产业与科学技术水平与当时的国际水平相当。为保证上述目标的实现，建议“十五”期间实施以下9项措施：1

19、.成立国家微电子管理委员会：直属中央，赋予权利和责任，实行一元化的领导，用“两弹一星”精神，按系统工程思路有机地制定出科研、开发和生产的长期发展战略，管理好微电子产业。2.为实现可持续发展，以自主研究和开发0.18微米以下硅集成电路大生产技术为突破口，逐步掌握核心技术。建设3-5条8英寸以上的硅生产线，并掌握其技术、市场和管理的主导权。同时，以多元化模式5年内共建成6-10条（含上述“自主”的3-5条）大生产线，初步形成产业群。建设产业群的多元模式可采用政府先导、贷款政策的倾斜、吸引和利用外资、港澳台的资金和鼓励引导集体和私营等非国有经济涉足微电子行业等措施相结合。这样5年内国家需投入股本金4

20、.5-7.5亿美元，贴息3-5亿美元。3.建设好集成电路设计业的基础环境，给予优惠政策，吸引投资，突破重点，放活一片。建立国家级有知识产权的设计模块（IP）库和服务、复用机制。组织突破以CPU和存储器为代表的集成电路设计核心技术。4.以最快的速度建设一条砷化镓器件和集成电路的生产线。发展射频（RF）领域的砷化镓集成电路目前尚不需要十分苛刻的微细加工技术，符合中国的国情，抓住时机建设一条砷化镓民用电路生产线，可扭转我国通讯市场单纯依赖进口砷化镓芯片的局面。该生产线投资约需4亿元人民币。5.抓住机遇研究开发新一代关键的微电子专用设备。国家应组织力量以充足的投资，选准方向，加强与国际的合作，开展以瞄

21、准可用于0.1-0.13微米光刻的193纳米准分子激光投影光刻机为重点的专用设备中的关键技术研究并达到实用化。同时开展电子束和X射线光刻等新一代光刻机等关键设备的技术攻关，为占领未来微电子技术的制高点做好专用设备技术方面的准备。6.建立国家级微电子研究开发中心。集中国家有限的人力和财力，建立独立的国家级微电子研究开发中心。国家应有长远的投资规划，并能逐步吸引大企业入资。把国内有优势的高校和研究所力量更好地组织起来，形成一支稳定、有效的研发力量。该中心的任务：密切与产业的结合，开发新一代微电子核心工艺技术以及市场有大量需求的高档产品，转移到大生产线上，并且在开发新一代微电子工艺的基础上开发我国微

22、电子关键设备。同时，针对10年以后我国微电子产业的需求，开展新一代系统芯片中新工艺、新器件和新结构电路的前瞻性、战略性研究。该中心定位于：支持高校和研究所进行创新性研究，并将成果加以验证、集成和中试，最终发展成为自主知识产权的源泉，并转移到产业界，从而实现我国微电子产业的自主和可持续发展。该中心一次性投入约需50亿元人民币，今后每年投入35亿人民币，中心也应当从企业和市场中得到部分经费来源。7.实施“微电子人才培养和引进工程”，以最大的力度吸引国外优秀的微电子技术和管理人才，尤其是事业有成的国外留学生；制订出优惠政策，扭转微电子人才大量外流的趋势；近期内应订出计划，大量培养出一批微电子工艺开发

23、、设计和系统应用人才。8.产业的发展很大程度上靠机制创新和各种优惠政策，应制订出符合微电子产业发展的现代企业的集资机制和能使其良性发展的优惠税收及其它政策。9.从系统工程观点出发，制订微电子市场发展战略（包括国内市场和国际市场的占领）。从政策、技术和组织诸方面提出并落实几点对策：下决心占领通用芯片市场；由国家组织专项重点工程，从整机到自主设计芯片，建立起整机业与芯片业的战略联盟；国家采取非关税保护措施，努力加大国产芯片的市场空间。加快发展我国的微电子产业已经成为刻不容缓的大事。政府除了继续加大资金的投入外，目前至关重要的是如何转换机制，制订系统的市场战略和更加优惠的政策，吸引资金和人才。调动一切积极因素，既大力发展自主的民族微电子产业，又形成良好的投资环境吸引外资投入我国的微电子产业，尽快形成产业群；同时加大对科学研究与人才培养的投入，形成植根于中国、可持续发展的微电子产业和科学研究体系，抓住机遇迎接挑战。 因此，我们应该好好学习基础知识，了解国际电子发展知识，我相信，在国家的正确领导和鼓励下，在我们新一代青年的努力下微电子技术和集成电路会有一个质的飞跃。