微电子概论结课论文 - - - - 浅析微电子发展

发布时间：2017-07-28 19:11:52 来源：文档文库

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微电子概论结课论文

纺织学院

专业：纺织工程

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浅析微电子发展及其与医学的结合

摘要

也许我们对微电子并没有什么深入的了解，但微电子技术的应用与影响在我们的日常生活中随处可见.如今信息技术已渗透到社会生产和生活的一切领域，微电子技术在医学中的应用也由各类医疗器械和集成电路转变为生物芯片。本文将简述微电子技术的发展历史现状，和在医学领域的发展趋势和展望，增进对微电子技术的了解。

关键词

微电子技术、发展、现代技术革命、晶体管、集成电路、财富、医学、应用

微电子技术是一项年轻的技术,它发展的理论基础是 19 世纪末到 20 世纪 30 年代之间建立起来的现代物理学。它产生于本世纪 40 年代中期，伴随着当代科学技术的形成而发展起来，扩展到科学技术的各个领域。它在短短的一个多世纪的时间里，凭借着飞快的发展速度和强大的生命力，成功地渗入人类生活的各个领域，并在 21 世纪里继续成为最具发展潜力的技术之一。70 年代，光纤通信进入实用阶段。以微电子技术、电子计算机、激光、光纤通信、卫星通信和遥感技术为主要内容的信息技术成为新技术革命的先导技术。

微电子技术的发展历史和现状

19 世纪末 20 世纪初的物理学革命，为微电子技术的产生奠定了理论基础。半导体三个重要物理效应——光电导效应、光生伏特效应、整流效应的发现，量子力学的建立和材料物理的发展，都起到了理论推动作用。

1946 年 1 月，Bell 实验室正式成立了半导体研究小组，成员为肖克莱、理论物理学家巴丁、实验物理学家布拉顿。在系统的研究过程中，巴丁提出了表面态理论，肖克莱给出了实现放大器的场效应基本设想，巴丁设计进行了无数次实验，于 1947 年 12 月观察到了该晶体管晶体管结构的放大特效，标志着世界上第一个点接触型晶体管的诞生。1952 年 5 月，英国科学家达默第一次提出了集成电路的构想。1958 年，以德克萨斯仪器公司的科学家基尔比为首的研究小组研制出世界上第一块集成电路。晶体管和集成电路的发明，拉开了人类进入电子时代的序幕，对人类社会的所有领域产生了并且还正在产生着深远影响。随着晶体管和集成电路的发明与应用，微电子技术进入了一个飞速发展的时期。1965年，美国硅谷西安童半导体公司的 Gordon Moore 博士通过研究了半导体工业的发展数据，1971 年提出了著名的“摩尔定于律”——集成电路芯片的集成度每三年提高 4 倍，而芯片加工特征尺寸每三年缩小倍。微电子技术是近五十年来发展最快的技术。从最基本的机构单元 pn 结，到简单的接触双极型晶体管和结型晶体管，再到 MOS 场效应晶体管；从双极集成电路，到数字集成电路，再到 MOS 集成电路，每一次进步都是一次技术上的巨大飞跃。作为微电子技术的核心，集成电路（IC）经历了小规模、中规模、大规模、超大规模阶段，目前已进入甚大规模阶段，其集成度不断提高、功耗延迟积（优值）和特征尺寸不断缩小、集成规模不断增大。各方面的性能不断优化，价格却

在不断降低——如此一来，产品的升级换代不仅导致性能品质的提升，价格也变得越来越便宜，性价比不断提高，在人类生活中也越来越受到欢迎，得到了广泛的应用。集成电路的制造工艺主要包括以下内容。图形装换技术：主要是光刻和刻蚀技术；薄膜制备技术：主要是外延、氧化、化学气相淀积、物理气相淀积等；掺杂工艺：主要是扩散与离子注入；其他工艺：接触与互连、隔离技术、封装技术和辅助工艺等。随着集成电路规模的发展，工艺的不断提高，其种类趋于繁多，应用环境的变化，集成电路的设计也起着越来越大的作用。尤其是电子设计自动化 EDA 工具的应用，在保证实际准确性的同时，大大缩短了设计周期，降低了设计的成本。目前，我们已经进入纳米时代。0.25 微米的 CMOS 工艺技术已进入大量生产，以该项技术制作出来的 256Mb 的 DRAM 和 600MHz 的微处理器芯片上，每片上的集成的晶体管数已经达到了 10~8-10~9 数量级；10nm 的器件已经在实验室研制成功,相应的栅氧化层只有 1.0-2.0nm；90nm-32nm 工艺已进入规模生产，晶体管本身宽度只有30nm-50nm. 微电子产业发展高速、辐射面广，极大地影响了社会的方方面面，已经被列为是支柱产业之一。

微电子技术的发展趋势和展望

价廉、可靠、体积小、重量轻的微电子产品，使电子产品面貌一新；微电子技术产品和微处理器不再是专门用于科学仪器世界的贵族，而落户于各式各样的普及型产品之中，进人普通百姓家。例如电子玩具、游戏机、学习机及其他家用电器产品等。就连汽车这种传统的机械产品也渗透进了微电子技术，采用微电子技术的电子引擎监控系统。汽车安全防盗系统、出租车的计价器等已得到广泛应用，现代汽车上有时甚至要有十几个到几十个微处理器。现代的广播电视系统更是使微电子技术大有用武之地的领域，集成电路代替了彩色电视机中大部分分立元件组成的功能电路，使电视机电路简捷清楚，维修方便，价格低廉。由于采用微电子技术的数字调谐技术，使电视机可以对多达100个频道任选，而且大大提高了声音、图像的保真度。

微电子技术作为新技术革命的前导技术，在各高新技术领域中大显神通，以其无以匹敌的巨大威力，带动了计算机技术、通信技术、生物技术、空间技术等的飞速进展。由于中央处理器的集成化，微型计算机在 70—80 年代迅速普及，并进入了办公室和家庭。微电子技术对人类社会发展的影响是难以估量的。目前，微电子技术发展方兴未艾。各国政府对它极为重视。70 年代，在日本政府扶植和资助下，日本 5 家公司组成 “超大规模集成电路技术研究组合”，通过共同研究取得很大成功。美国半导体制造技术联合体，进行了 1987—1993 年的合作研究。西欧实施了欧洲联合亚微米硅计划，时间从 1989 年到 1996 年。

中国引进的 3 微米技术生产线已于 1990 年投产， “1 微米兆位计划”已列为国家重点发展项目。新技术革命又称现代技术革命，也有人将它称为继蒸汽机、电力之后的第三次技术革命。它产生于本世纪 40 年代中期，伴随着当代科学技术的形成而发展起来，扩展到科学技术的各个领域。它首先在西方发达资本主义国家兴起，逐步向其他国家和地区辐射，直至席卷全球。以微电子技术为基础的信息技术是新技术革命的主导技术和主要标志。它开辟了人类历史上的新时代——信息时代。

微电子作为一个非常有活力的领域，依然在不断快速发展。一些技术已经投入应用，在社会各个方面为人类提供便利；而另一些技术还处于试验阶段，有待科学家们的继续研究。目前，微电子领域的前沿技术包括微电子制造工艺、微电子材料的研究、超大规模集成电路的设计以及 MEMS 技术等。微加工工艺是制造 MEMS 的主要手段， IC 制造技术含、微机械加工技术和特殊微加工技术。目前微电子的制造工艺采用光刻和刻蚀等微加工方法，将大的材料制造为小的结构和器件，并与电路集成，实现系统微型化。对半导体材料的研究也是微电子领域的热门。由最原始的元素半导体，到化合物半导体，乃至热门的有机半导体和无定型半导体。半导体材料的改变必然会引起半导体器件性能的改变。随着研究的深入，新型宽禁带半导体材料的开发可能会在极大程度上决定半导体器件的性能。集成电路的设计必须考虑多方面的因素，要求速度更快、面积更小、功能更多。随着微电子技术的发展，集成电路设计方法学也发生了变迁从传统的纯手工设计，“自底而上”的设计方式，单纯的仿真验证，单一发展到自动综合、布局布线，“自顶而下”中间相遇”的设计方式，多种验证方法相结合，数模、软件协同等，“ 将极大程度上提高集成电路设计效率。 MEMS 技术是利用集成电路制造技术和微加工技术把一系列微结构制造在一块或多块芯片上的微型集成系统。MEMS 的出现是芯片不再局限于处理电信号为目的的集成电路，其功能拓展到了机、光、电、化学、生物等领域。

微电子技术与医学中结合应用

生物体本身就是一个精细的复杂系统,它形成的生物信息处理的优异特性将会给电子学以重要的启示,使电子信息科学以其为一个发展研究方向。在生物医学与电子学交叉作用部分中最活跃、最前沿、作用力最大的一项关键技术就是微电子技术。

　　生物芯片是上世纪80年代提出的,最初指的是分子电子器件。试图把生物活性分子或有机功能分子进行组装,构建一个微功能的单元以实现信息的获取、存储、处理和传输等功能,来研制仿生信息处理系统和生物计算机。上世纪90年代以来,其概念发生了变化。生物芯片指的是集成了数目巨大的生命信息,可以进行各种生物反应,具有多种操作功能、可以对 DNA/RNA 分子、活体细胞、蛋白分子乃至人体软组织等进行快速并行分析和处理的微器件,简称之为片上的缩微实验室。其材料的选择很广泛,可以用半导体工业中常用的硅还可以用如玻璃、陶瓷或塑料等其他材料。目前已有多种生物芯片出现,而最具代表性的是基因芯片,聚合酶链扩增反应(PCR)、毛细管电泳等芯片。

　　生物芯片的技术主要是依赖于分子生物学、微加工与微电子等三方面技术的进步和发展,它是将生命科学研究中所涉及的许多分析步骤,利用微电子、微机械、化学、物理和计算机等技术,使样品检测、分析过程能够连续化、集成化、微型化和自动化。

微电子技术在生物医学中起的关键作用，生物医学的发展对微电子技术起的巨大推进作用。随着微电子技术与生物医学的进一步发展,这两者的相互作用将越来越大,微电子技术的发展将为生物医学带来巨大的变革,同样生物医学也将会给微电子技术的创新提供崭新的思路。

微电子技术发展到如今，已经成为人类生活不可或缺的一个部分。在 21世纪里，微电子技术将在现在的基础上继续发展，为人类创造更大的财富，是人类的社会生活更加便利与美好。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英时、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。回顾20世纪后50年，展望21世纪前50年，即百年的微电子科学技术发展历程，使我深切地感受到，世纪之交的微电子技术对我们既是一个重大的机遇，也是一个严峻的挑战。如果我们能够抓住这个机遇，立足创新，去勇敢地迎接这个挑战，则有可能使我国微电子技术实现腾飞，在新一代微电子技术中拥有自己的知识产权，促进我国微电子产业的发展，为迎接21世纪中叶将要到来的伟大的民族复兴奠定技术基础，以重铸中华民族的辉煌！