1、微電子概論結(jié)課論文紡織學(xué)院 專業(yè) ：紡織工程 班級(jí) ：紡織工程133姓名 ：鄧杰 學(xué)號(hào)：120901203淺析微電子發(fā)展及其與醫(yī)學(xué)的結(jié)合摘要 也許我們對(duì)微電子并沒(méi)有什么深入的了解，但微電子技術(shù)的應(yīng)用與影響在我們的日常生活中隨處可見(jiàn).如今信息技術(shù)已滲透到社會(huì)生產(chǎn)和生活的一切領(lǐng)域，微電子技術(shù)在醫(yī)學(xué)中的應(yīng)用也由各類醫(yī)療器械和集成電路轉(zhuǎn)變?yōu)樯镄酒?。本文將?jiǎn)述微電子技術(shù)的發(fā)展歷史現(xiàn)狀，和在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的發(fā)展趨勢(shì)和展望，增進(jìn)對(duì)微電子技術(shù)的了解。關(guān)鍵詞 微電子技術(shù)、發(fā)展、現(xiàn)代技術(shù)革命、晶體管、集成電路、財(cái)富、醫(yī)學(xué)、應(yīng)用 微電子技術(shù)是一項(xiàng)年輕的技術(shù),它發(fā)展的理論基礎(chǔ)是 19 世紀(jì)末到 20 世紀(jì) 30 年代之間

2、建立起來(lái)的現(xiàn)代物理學(xué)。它產(chǎn)生于本世紀(jì) 40 年代中期，伴隨著當(dāng)代科學(xué)技術(shù)的形成而發(fā)展起來(lái)，擴(kuò)展到科學(xué)技術(shù)的各個(gè)領(lǐng)域。它在短短的一個(gè)多世紀(jì)的時(shí)間里，憑借著飛快的發(fā)展速度和強(qiáng)大的生命力，成功地滲入人類生活的各個(gè)領(lǐng)域，并在 21 世紀(jì)里 繼續(xù)成為最具發(fā)展?jié)摿Φ募夹g(shù)之一。70 年代，光纖通信進(jìn)入實(shí)用階段。以微電子技術(shù)、電子計(jì)算機(jī)、激光、光纖通信、衛(wèi)星通信和遙感技術(shù)為主要內(nèi)容的信息技術(shù)成為新技術(shù)革命的先導(dǎo)技術(shù)。 微電子技術(shù)的發(fā)展歷史和現(xiàn)狀 19 世紀(jì)末 20 世紀(jì)初的物理學(xué)革命，為微電子技術(shù)的產(chǎn)生奠定了理論基礎(chǔ)。 半導(dǎo)體三個(gè)重要物理效應(yīng)光電導(dǎo)效應(yīng)、光生伏特效應(yīng)、整流效應(yīng)的發(fā)現(xiàn)，量 子力學(xué)的建立和材料物理

3、的發(fā)展，都起到了理論推動(dòng)作用。 1946 年 1 月，Bell 實(shí)驗(yàn)室正式成立了半導(dǎo)體研究小組，成員為肖克萊、理 論物理學(xué)家巴丁、實(shí)驗(yàn)物理學(xué)家布拉頓。在系統(tǒng)的研究過(guò)程中，巴丁提出了表面 態(tài)理論，肖克萊給出了實(shí)現(xiàn)放大器的場(chǎng)效應(yīng)基本設(shè)想，巴丁設(shè)計(jì)進(jìn)行了無(wú)數(shù)次實(shí) 驗(yàn)，于 1947 年 12 月觀察到了該晶體管晶體管結(jié)構(gòu)的放大特效，標(biāo)志著世界上 第一個(gè)點(diǎn)接觸型晶體管的誕生。1952 年 5 月，英國(guó)科學(xué)家達(dá)默第一次提出了集成電路的構(gòu)想。1958 年，以 德克薩斯儀器公司的科學(xué)家基爾比為首的研究小組研制出世界上第一塊集成電 路。 晶體管和集成電路的發(fā)明，拉開(kāi)了人類進(jìn)入電子時(shí)代的序幕，對(duì)人類社會(huì)的 所有領(lǐng)

4、域產(chǎn)生了并且還正在產(chǎn)生著深遠(yuǎn)影響。 隨著晶體管和集成電路的發(fā)明與應(yīng)用， 微電子技術(shù)進(jìn)入了一個(gè)飛速發(fā)展的時(shí) 期。1965年，美國(guó)硅谷西安童半導(dǎo)體公司的 Gordon Moore 博士通過(guò)研究了半導(dǎo)體工業(yè)的發(fā)展數(shù)據(jù)，1971 年提出了著名的“摩爾定 于 律”集成電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縮 小 倍。微電子技術(shù)是近五十年來(lái)發(fā)展最快的技術(shù)。 從最基本的機(jī)構(gòu)單元 pn 結(jié)，到簡(jiǎn)單的接觸雙極型晶體管和結(jié)型晶體管，再 到 MOS 場(chǎng)效應(yīng)晶體管；從雙極集成電路，到數(shù)字集成電路，再到 MOS 集成電 路，每一次進(jìn)步都是一次技術(shù)上的巨大飛躍。 作為微電子技術(shù)的核心，集成電路（IC

5、）經(jīng)歷了小規(guī)模、中規(guī)模、大規(guī)模、 超大規(guī)模階段，目前已進(jìn)入甚大規(guī)模階段，其集成度不斷提高、功耗延遲積（優(yōu) 值）和特征尺寸不斷縮小、集成規(guī)模不斷增大。各方面的性能不斷優(yōu)化，價(jià)格卻 在不斷降低如此一來(lái)，產(chǎn)品的升級(jí)換代不僅導(dǎo)致性能品質(zhì)的提升，價(jià)格也變 得越來(lái)越便宜，性價(jià)比不斷提高，在人類生活中也越來(lái)越受到歡迎，得到了廣泛 的應(yīng)用。 集成電路的制造工藝主要包括以下內(nèi)容。 圖形裝換技術(shù)：主要是光刻和刻蝕技術(shù)； 薄膜制備技術(shù)：主要是外延、氧化、化學(xué)氣相淀積、物理氣相淀積等； 摻雜工藝：主要是擴(kuò)散與離子注入； 其他工藝：接觸與互連、隔離技術(shù)、封裝技術(shù)和輔助工藝等。 隨著集成電路規(guī)模的發(fā)展，工藝的不斷提高，其

6、種類趨于繁多，應(yīng)用環(huán)境的 變化，集成電路的設(shè)計(jì)也起著越來(lái)越大的作用。尤其是電子設(shè)計(jì)自動(dòng)化 EDA 工 具的應(yīng)用， 在保證實(shí)際準(zhǔn)確性的同時(shí)， 大大縮短了設(shè)計(jì)周期， 降低了設(shè)計(jì)的成本。目前，我們已經(jīng)進(jìn)入納米時(shí)代。0.25 微米的 CMOS 工藝技術(shù)已進(jìn)入大量生產(chǎn)，以該項(xiàng)技術(shù)制作出來(lái)的 256Mb 的 DRAM 和 600MHz 的微處理器芯片上，每片上的集成的晶體管數(shù)已經(jīng)達(dá)到了 108-109 數(shù)量級(jí)；10nm 的器件已經(jīng)在實(shí) 驗(yàn)室研制成功,相應(yīng)的柵氧化層只有 1.0-2.0nm；90nm-32nm 工藝已進(jìn)入規(guī)模生產(chǎn)，晶體管本身寬度只有30nm-50nm. 微電子產(chǎn)業(yè)發(fā)展高速、輻射面廣，極大地影

7、響了社會(huì)的方方面面，已經(jīng)被列為是支柱產(chǎn)業(yè)之一。 微電子技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)和展望 價(jià)廉、可靠、體積小、重量輕的微電子產(chǎn)品，使電子產(chǎn)品面貌一新；微電子技術(shù)產(chǎn)品和微處理器不再是專門用于科學(xué)儀器世界的貴族，而落戶于各式各樣的普及型產(chǎn)品之中，進(jìn)人普通百姓家。例如電子玩具、游戲機(jī)、學(xué)習(xí)機(jī)及其他家用電器產(chǎn)品等。就連汽車這種傳統(tǒng)的機(jī)械產(chǎn)品也滲透進(jìn)了微電子技術(shù)，采用微電子技術(shù)的電子引擎監(jiān)控系統(tǒng)。汽車安全防盜系統(tǒng)、出租車的計(jì)價(jià)器等已得到廣泛應(yīng)用，現(xiàn)代汽車上有時(shí)甚至要有十幾個(gè)到幾十個(gè)微處理器?，F(xiàn)代的廣播電視系統(tǒng)更是使微電子技術(shù)大有用武之地的領(lǐng)域，集成電路代替了彩色電視機(jī)中大部分分立元件組成的功能電路，使電視機(jī)電路簡(jiǎn)捷清

8、楚，維修方便，價(jià)格低廉。由于采用微電子技術(shù)的數(shù)字調(diào)諧技術(shù)，使電視機(jī)可以對(duì)多達(dá)100個(gè)頻道任選，而且大大提高了聲音、圖像的保真度。微電子技術(shù)作為新技術(shù)革命的前導(dǎo)技術(shù)，在各高新技術(shù)領(lǐng)域中大顯神通，以 其無(wú)以匹敵的巨大威力，帶動(dòng)了計(jì)算機(jī)技術(shù)、通信技術(shù)、生物技術(shù)、空間技術(shù)等 的飛速進(jìn)展。由于中央處理器的集成化，微型計(jì)算機(jī)在 7080 年代迅速普及， 并進(jìn)入了辦公室和家庭。微電子技術(shù)對(duì)人類社會(huì)發(fā)展的影響是難以估量的。 目前，微電子技術(shù)發(fā)展方興未艾。各國(guó)政府對(duì)它極為重視。70 年代，在日本政府扶植和資助下，日本 5 家公司組成 “超大規(guī)模集成電路技術(shù)研究組合”，通過(guò)共同研究取得很大成功。美國(guó)半導(dǎo)體制造技術(shù)

9、聯(lián)合體，進(jìn)行了 19871993 年的合作研究。 西歐實(shí)施了歐洲聯(lián)合亞微米硅計(jì)劃，時(shí)間從 1989 年到 1996 年。 中國(guó)引進(jìn)的 3 微米技術(shù)生產(chǎn)線已于 1990 年投產(chǎn)， “1 微米兆位計(jì)劃”已列為 國(guó)家重點(diǎn)發(fā)展項(xiàng)目。 新技術(shù)革命又稱現(xiàn)代技術(shù)革命，也有人將它稱為繼蒸汽機(jī)、電力之后的第三 次技術(shù)革命。它產(chǎn)生于本世紀(jì) 40 年代中期，伴隨著當(dāng)代科學(xué)技術(shù)的形成而發(fā)展 起來(lái)，擴(kuò)展到科學(xué)技術(shù)的各個(gè)領(lǐng)域。它首先在西方發(fā)達(dá)資本主義國(guó)家興起，逐步 向其他國(guó)家和地區(qū)輻射，直至席卷全球。以微電子技術(shù)為基礎(chǔ)的信息技術(shù)是新技 術(shù)革命的主導(dǎo)技術(shù)和主要標(biāo)志。它開(kāi)辟了人類歷史上的新時(shí)代信息時(shí)代。微電子作為一個(gè)非常有活

10、力的領(lǐng)域，依然在不斷快速發(fā)展。一些技術(shù)已經(jīng)投入應(yīng)用，在社會(huì)各個(gè)方面為人類提供便利；而另一些技術(shù)還處于試驗(yàn)階段，有待 科學(xué)家們的繼續(xù)研究。 目前，微電子領(lǐng)域的前沿技術(shù)包括微電子制造工藝、微電子材料的研究、超 大規(guī)模集成電路的設(shè)計(jì)以及 MEMS 技術(shù)等。 微加工工藝是制造 MEMS 的主要手段， IC 制造技術(shù) 含 、微機(jī)械加工技術(shù)和特殊微加工技術(shù)。目前微電子的制造工藝采用光刻和刻 蝕等微加工方法，將大的材料制造為小的結(jié)構(gòu)和器件，并與電路集成，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng) 微型化。 對(duì)半導(dǎo)體材料的研究也是微電子領(lǐng)域的熱門。由最原始的元素半導(dǎo)體，到化合物半導(dǎo)體 ，乃至熱門的有機(jī)半導(dǎo)體和無(wú)定型半導(dǎo)體。半導(dǎo)體材料的改 變必

11、然會(huì)引起半導(dǎo)體器件性能的改變。隨著研究的深入，新型寬禁帶半導(dǎo)體材料 的開(kāi)發(fā)可能會(huì)在極大程度上決定半導(dǎo)體器件的性能。 集成電路的設(shè)計(jì)必須考慮多方面的因素，要求速度更快、面積更小、功能更 多。隨著微電子技術(shù)的發(fā)展，集成電路設(shè)計(jì)方法學(xué)也發(fā)生了變遷從傳統(tǒng)的純手工 設(shè)計(jì)，“自底而上”的設(shè)計(jì)方式，單純的仿真驗(yàn)證，單一發(fā)展到自動(dòng)綜合、布局布 線，“自頂而下”中間相遇”的設(shè)計(jì)方式，多種驗(yàn)證方法相結(jié)合，數(shù)模、軟件協(xié)同等，“ 將極大程度上提高集成電路設(shè)計(jì)效率。 MEMS 技術(shù)是利用集成電路制造技術(shù)和微加工技術(shù)把一系列微結(jié)構(gòu)制造在 一塊或多塊芯片上的微型集成系統(tǒng)。MEMS 的出現(xiàn)是芯片不再局限于處理電信 號(hào)為目的的

12、集成電路，其功能拓展到了機(jī)、光、電、化學(xué)、生物等領(lǐng)域。微電子技術(shù)與醫(yī)學(xué)中結(jié)合應(yīng)用 生物體本身就是一個(gè)精細(xì)的復(fù)雜系統(tǒng),它形成的生物信息處理的優(yōu)異特性將會(huì)給電子學(xué)以重要的啟示,使電子信息科學(xué)以其為一個(gè)發(fā)展研究方向。在生物醫(yī)學(xué)與電子學(xué)交叉作用部分中最活躍、最前沿、作用力最大的一項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)就是微電子技術(shù)。生物芯片是上世紀(jì)80年代提出的,最初指的是分子電子器件。試圖把生物活性分子或有機(jī)功能分子進(jìn)行組裝,構(gòu)建一個(gè)微功能的單元以實(shí)現(xiàn)信息的獲取、存儲(chǔ)、處理和傳輸?shù)裙δ?來(lái)研制仿生信息處理系統(tǒng)和生物計(jì)算機(jī)。上世紀(jì)90年代以來(lái),其概念發(fā)生了變化。生物芯片指的是集成了數(shù)目巨大的生命信息,可以進(jìn)行各種生物反應(yīng),具有多

13、種操作功能、可以對(duì) DNA/RNA 分子、活體細(xì)胞、蛋白分子乃至人體軟組織等進(jìn)行快速并行分析和處理的微器件,簡(jiǎn)稱之為片上的縮微實(shí)驗(yàn)室。其材料的選擇很廣泛,可以用半導(dǎo)體工業(yè)中常用的硅還可以用如玻璃、陶瓷或塑料等其他材料。目前已有多種生物芯片出現(xiàn),而最具代表性的是基因芯片,聚合酶鏈擴(kuò)增反應(yīng)(PCR)、毛細(xì)管電泳等芯片。生物芯片的技術(shù)主要是依賴于分子生物學(xué)、微加工與微電子等三方面技術(shù)的進(jìn)步和發(fā)展,它是將生命科學(xué)研究中所涉及的許多分析步驟,利用微電子、微機(jī)械、化學(xué)、物理和計(jì)算機(jī)等技術(shù),使樣品檢測(cè)、分析過(guò)程能夠連續(xù)化、集成化、微型化和自動(dòng)化。 微電子技術(shù)在生物醫(yī)學(xué)中起的關(guān)鍵作用，生物醫(yī)學(xué)的發(fā)展對(duì)微電子技

14、術(shù)起的巨大推進(jìn)作用。隨著微電子技術(shù)與生物醫(yī)學(xué)的進(jìn)一步發(fā)展,這兩者的相互作用將越來(lái)越大,微電子技術(shù)的發(fā)展將為生物醫(yī)學(xué)帶來(lái)巨大的變革,同樣生物醫(yī)學(xué)也將會(huì)給微電子技術(shù)的創(chuàng)新提供嶄新的思路。 微電子技術(shù)發(fā)展到如今，已經(jīng)成為人類生活不可或缺的一個(gè)部分。在 21世紀(jì)里，微電子技術(shù)將在現(xiàn)在的基礎(chǔ)上繼續(xù)發(fā)展，為人類創(chuàng)造更大的財(cái)富，是人 類的社會(huì)生活更加便利與美好。中國(guó)的集成電路產(chǎn)業(yè)起步于1965年，經(jīng)過(guò)30多年的發(fā)展，現(xiàn)已初步形成了包括設(shè)計(jì)、制造、封裝業(yè)共同發(fā)展的產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)。芯片生產(chǎn)技術(shù)已達(dá)到8英時(shí)、0.25微米-0.18微米水平。但總體來(lái)講，我國(guó)集成電路產(chǎn)業(yè)比較弱小，1999年銷售額僅占國(guó)際市場(chǎng)份額的0.7%，只能滿足國(guó)內(nèi)市場(chǎng)需求的16%。要提高我國(guó)微電子技術(shù)的整體水平，我們還需要長(zhǎng)期的艱苦努力。回顧20世紀(jì)后50年，展望21世紀(jì)前50年，即百年的微電