你该知道的微电子技术知识

你该知道的微电子技术知识

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微电子技术是十九世纪末,二十世纪初开始发展起来的以半导体集成电路为核心的高新电子技术,它在二十世纪迅速发展,成为近代科技的一门重要学科。微电子技术作为电子信息产业的基础和心脏,对航天航空技术、遥测传感技术、通讯技术、计算机技术、网络技术及家用电器产业的发展产生直接而深远的影响。尤其是微电子技术是军用高技术的核心和基础。军用高技术的迅猛发展，武器装备的巨大变革，在某种意义来说就是微电子技术迅猛发展和广泛应用的结果。微电子技术的渗透性最强，对国民经济和现代科学技术发展起着巨大的推动作用，其发展水平和发展规模已成为衡量一个国家军事、经济实力和技术进步的重要标志。正因为如此、世界各国都把微电子技术作为最要害的技术列在高技术的首位，使其成为争夺技术优势的最重要的领域。

一、基本概念

简介：微电子技术是随着集成电路,尤其是超大规模集成电路而发展起来的一门新的技术。它包括系统电路设计、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,是微电子学中的各项工艺技术的总和。微电子技术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,其核心是集成电路,即通过一定的加工工艺,将晶体管、二极管等有源器件和电阻、电容等无源器件,按照一定的电路互联,采用微细加工工艺,集成在一块半导体单晶片(如硅和砷化镓)上,并封装在一个外壳内,执行特定电路或系统功能。与传统电子技术相比,其主要特征是器件和电路的微小型化。它把电路系统设计和制造工艺精密结合起来,适合进行大规模的批量生产,因而成本低,可靠性高。

图1 微电子技术中元器件发展演变

特点：微电子技术当前发展的一个鲜明特点就是：系统级芯片（System On Chip，简称SOC）概念的出现。在集成电路（IC）发展初期，电路都从器件的物理版图设计入手，后来出现了IC单元库，使用IC设计从器件级进入到逻辑级，这样的设计思路使大批电路和逻辑设计师可以直接参与IC设计，极大的推动了IC产业的发展。由于IC设计与工艺技术水平不断提高，集成电路规模越来越大，复杂程度越来越高，已经可以将整个系统集成为一个芯片。正是在需求牵引和技术推动的双重作用下，出现了将整个系统集成在一个IC芯片上的系统级芯片的概念。其进一步发展，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。很多研究表明，与由IC组成的系统相比，由于SOC设计能够综合并全盘考虑整个系统的各种情况，可以在同样的工艺技术条件下实现更高性能的系统指标。微电子技术从IC 向SOC转变不仅是一种概念上的突破，同时也是信息技术发展的必然结果。目前，SOC技术已经崭露头角，21世纪将是SOC技术真正快速发展的时期。

微电子技术的另一个显着特点就是其强大的生命力，它源于可以低成本、大批量地生产出具有高可靠性和高精度的微电子结构模块。这种技术一旦与其他学科相结合，便会诞生出一系列崭新的学科和重大的经济增长点。作为与微电子技术成功结合的典型例子便是MEMS（微电子机械系统或称微机电系统）技术和生物芯片等。前者是微电子技术与机械、光学等领域结合而诞生的，后者则是与生物工程技术结合的产物。

应用领域：

从产生之日起,以半导体和集成电路为基础的微电子技术就在国民生产中发挥了重大作用。微电子技术为现代信息技术奠定了基础 ,它已渗入电力、电信、计算机、生产自动化等现代高科技的各个领域。每一次微电子技术的进步 ,都大大推动了工业、农业、国防等各个领域技术的进步。

现在,以微电子技术为基础的计算机技术、通信技术等在现代社会发挥了重大作用,它们已成为现代信息社会的标志。计算机技术是现代信息技术的核心,每天都有大量的数据依赖计算机采集、整理和分析, 微电子技术使得计算机的性能大大提高,导弹、火箭、卫星、雷达、航天飞机等的飞速发展无不得益于微电子技术的进步。同时,计算机的大批量生产也成为可能,从而使计算机不再只是放在科研院所作科学计算, 而是以飞快的速度得到普及,广泛应用于辅助设计、生产管理、学习娱乐等方面, 在日常生活中发挥了重大作用。导弹、火箭、卫星、雷达、航天飞机的迅速发展无不得益于微电子技术的发展。现代通信技术则为快速、大量的信息交流提供了基础。现在 ,人们已在地球上建起了由程控交换机、通信卫星、光纤网络、各类终端等现代通信工具构成的覆盖全球的通信网络, 当今,你无论在那个地方都能通过有线或无线网络了解到地球上正在发生的事情。

分类：

微电子技术分类可按内容分类，也可按集成电路产业分类。

按内容分类可分为三部分: 一是微电子材料制造。它包括各种半导体基材的制造, 最主要的是硅晶片的生产制造; 二是微电子制造技术。主要的是集成电路芯片的制造技术。它包含了薄膜工艺、图形技术、掺杂工艺及热处理技术; 三是微电子封装及装联技术。主要包括 IC 芯片的封装和表面组装技术。

按集成电路产业分类。微电子技术可以分为四个层次。第一个层次是研究开发微电子生产线上的各种工艺设备、材料和药剂。这些设备的加工尺寸是微米和亚微米级的,所以这些设备的精密度是极为高超的。各种材料和药剂的纯度和洁净度同样也是极为高超的。第二个层次是建立集成电路生产过程的工艺规范,即从原料到最终产品的全部工艺过程并加以规范化。按照这个规范可以重复地生产出符合设计规格和达到预定良品率的集成电路产品。工艺规范按不同的工艺特点分成几大类。制定工艺规范的工作,一部分是继承过去的成果,一部分在实验室

或实验性生产设施上进行,一部分在正式生产线上完成。第三个层次是产品设计,这是介于对产品所提出的性能规格要求与生产过程的工艺规范之间的桥梁。使用的手段是计算机辅助设计。它以所设计的集成电路的性能参数和结构的基本框架作为CAD的输入数据。以工艺规程作为CAD算法和软件建模的根据。设计的结果是各种掩模图形、生产过程的各种工艺参数、控制参数和文档资料。第四个层次是集成电路的验证测试。验证测试不但用于最终产品的检测,也用于设计过程中间阶段的正确性检查和生产过程的中间测试等许多场合。验证测试的方法是CAD产生的,各种测试设备和测试过程一般也都是计算机控制自动进行的。

上面四个技术层次的阶段成果结合在一起就构成了一定水平的集成电路生产线。这四个层次都是高技术而且发展极为迅速,阶段成果层出不穷,每隔二三年就上升一个新的台阶,出现相应的集成电路生产线。世界上没有任何别的产业在技术的复杂程度和更新周期之快等方面可以与微电子产业相类比。

二、应用

微电子技术的应用随着信息时代的到来,微电子技术在生们的生产生活中得到了非常广泛的应用。在如今普及率非常高的电脑和手机,它们的技术支持就是微电子技术。微电子技术的应用主要可以从以下几个方面来认识。

微电子技术在生活中的应用：随着科技的进步和人们生活水平的提高,生活质量也得到了很大的提升。每天起床的闹钟,上下班的乘坐公共汽车需要用到的卡,去银行存钱需要用到银行储蓄卡,开车需要用到导航仪,无聊时听歌,玩手机,看电影电视,洗衣服的洗衣机,烧饭的电饭煲等等,这些东西都需要以芯片来进行工作,芯片就是微电子技术的应用。可以看出,我们每天的生活都离不开微电子技术。

微电子技术在工业制造方面的应用：除了生活中,微电子技术还在工业制造中得到了广泛的应用。随着社会的进步,传统的工业制造已经无法适应社会的生产需要,而通过对微电子技术的应用之后,很多传统行业都得到了重新发展的机会,技术创新已经成为工业制造中非常关键的一个取得优势的方法。在汽车工业中,微电子技术的应用主要在监控系统和防盗系统以及计价系统中。在监控系统中