微电子学中的辩证法原理(IC)

课程名称自然辩证法概论

姓名xxx

学号G140120104

专业电路与系统

任课教师XXX

开课时间2014-2015学年第二学期课程论文提交时间：2015年 6 月15 日

摘要

微电子技术作为近几十年高速发展的学科，它已经从多个方面影响着我们的生活，改变我们的生活。作为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学科，微电子为我们架起了从微观到宏观的桥梁。集成电路技术（IC）是微电子学的核心技术，近年来正在高速发展着。自然辩证法作为一门研究自然界和科学技术一般规律的学科，对微电子学的发展可起到指导作用。本文从自然辩证法的角度浅谈微电子学中存在的部分辩证法原理。

关键词：微电子学； IC（集成电路）设计；自然辩证法

1、绪论

微电子技术是当代信息技术的一大基石，1947年美国贝尔实验室的肖克来、波拉坦和巴丁发明了晶体管，1958年在德州仪器公司工作的Jack Kilby发明了世界上第一块IC。以上两项革命性的发明推进人类社会进入微电子时代和信息时代。随着科学技术的发展，微电子已经进入到日常生活的各个领域，比如我们平日使用的公交卡、银行卡和一卡通，其内的芯片使用的是微电子技术，计算机和各类电子产品、汽车引擎、通讯系统都离不开微电子技术。

进入21世纪以来，我国信息产业在生产和科研方面都大大加快了发展速度，并已经成为国民经济发展的支柱产业之一。作为信息技术的基础的微电子技术的发展，特别是微电子半导体行业的发展，已经成为衡量一个国家综合国力的重要标志。自然辩证法的发展同自然科学的发展是紧密相连的，20世纪以来自然科学突飞猛进，极大地扩大和加深了人类对自然界的认识，20世纪自然科学的发展已经在更加广阔的范围和更加深刻的程度上揭示了自然界的辩证法和自然科学辩证法，在实际上为自然科学界所广泛接受。如辩证唯物主义哲学原理、世界观和方法论为指导，对现代科学技术的新成就进行概括，较深刻地揭示了自然物质系统的辩证法。

微电子学是电子学的一门分支学科，主要是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学科。它以实现电路和系统的集成为目的的。微电子学中实现的电路和系统又分为IC和集成系统，是微小化的；在微电子学中的空间尺寸通常是以微米（um）和纳米（nm）为单位的。

自然辩证法是研究自然界和科学技术发展一般规律以及人类认识自然和改造自然一般方法的学科，它是马克思主义理论的重要组成部分，是对于人类认识自然和改造自然的成果与活动进行科学概括与总结的产物。

微电子学、自然辩证法在一般人看来，一个属于理工科的范畴，另一个属于文科的范畴。它们彼此在不同的圈子，怎么会联系在一起，其实任何事物都存在两面性，在微电子中许多领域都用到了自然辩证法的原理，可以说，自然辩证法对微电子学具有指导的作用。

2、微电子技术的研究与发展

2.1、微电子技术的发展进程

微电子是电子信息科学与技术的一门前沿学科。微电子学的诞生是与半导体晶体管的发明为标志的，晶体管是人类历史上最伟大的发明之一，是固体物理、半导体物理、材料科学等取得一系列重大突破后的必然结果。微电子学是脱胎于电子学和固体学的一门交叉性的技

术学科，其核心是集成电路技术。

集成电路（IC）技术的发展才40余年的历史。但是集成电路技术已经从小规模（SSI）、中规模（MSI）、大规模（LSI）、超大规模（VLSI）,发展到现在的巨大规模（ULSI）(集成度大于108元件/芯片)，是当今世界上发展最快的高技术之一。近几十年来，微电子技术一直按照摩尔定律的指数增长规律发展的。其基本内容是，在集成电路的单个芯片上集成的元件数，即集成电路的集成度每18个月增加一倍，即集成度每三年翻两倍，而且集成电路芯片的需求量也以相同的速度增加，微电子技术已经成为整个信息社会发展的基石，这是由集成电路的本质所决定的。信息社会的进步取决于人们对信息的掌握和利用程度，而集成电路恰恰是将信息的获取、传递、处理、存储、交换等功能集成在一个小小的芯片上，而这种芯片又可以低成本、高可靠性、大批量地生产出来，且功耗低、体积小，从而可在前所未有的广度和深度上得到推广应用，成为现代工农业、国防和科学技术的技术基础。综观微电子的发展史，微电子学是在物理学发展和突破的基础上建立起来的，而微电子技术的每一步发展都是以物理学成果为基础的。

2.2、微电子技术的发展限制及挑战

随着器件特征尺寸的不断缩小，特别是在进入到纳米尺度的范围内，微电子技术的这种一维发展模式将面临着一系列物理限制的挑战，这些挑战有来自于基本物理规律的物理极限，也有来自于材料、技术、器件、系统和传统理论方面的物理限制为了面对这些挑战，微电子技术将由一维发展模式向多维发展模式方向转变，微电子技术的发展将进入一个新的发展阶段，体现出一些新的发展特征!

1）、物理规律的限制。随着器件特征尺寸缩小，量子效应变得显著，这些传统的微电子学理论需要利用量子力学理论对其进行改造。虽然在微观的原子尺度上，量子力学方法已建立起了一套完备的分析计算方法，但由于涉及极大的运算量和存储量，实际很难应用到多电子系统的固态电子学，因此，亟需发展一种全新的方法。

2）、材料方面的限制。传统的微电子工艺技术，如光学光刻工艺、离子注入工艺等将接近其物理极限，无法满足器件进一步缩小的制备需要，解决该限制的途径是寻找新的工艺方法和途径。

3）、材料方面的限制。主要是传统的微电子材料，如硅衬底材料、二氧化硅绝缘材料、多晶硅及其硅化物和金属导电材料等无法满足微电子技术进一步发展的需要。为了解决这方面的限制问题，需要引入一些新的材料到微电子技术中来。

4）、器件方面的限制。按照摩尔定律预测，由于器件特征尺寸的研究水平缩小，MOS 器件开关过程仅需要少数几个电子参与，MOS器件的经典理论将不适用；而到2020年，器件的开关过程仅需一个电子的参与，由此，必须要采用新的器件结构（如量子开关器件）和