微电子科技发展关键走向

微电子技术对现代人类生活的影响极大，自从1947年第一个晶体管问世以来，微电子技术发展速猛。Intel公司的创始人之一Moore在上个世纪 1965年研究指出，晶成电路上集成的晶体管数量每18个月将增加一倍，性能将提高一倍，而价格却不相应的增加，这就是所谓的摩尔定律 （Moore,sLaw）。根据美国半导体工业协会预测，至少到2016年，集成电路（IC）线宽依然按“摩尔定律”缩小下去，2016年可以达到 25nm的技术水平。根据发表的大量资料可知，在2016年以后的十几年，芯片的特征尺寸将继续缩小。微电子技术新的发展及应用方向是系统芯片 （SOC），它的发展时间可能会更长，所谓的系统芯片是随着微电子工艺向纳米级迁移和设计复杂度增加，一种新的产品把系统做在了芯片上，该芯片被称为系统 芯片（简称SOC）。系统芯片将逐渐取代微处理器，SOC必将成为今后微电子技术发展新宠之一。另外，微电子技术还会与其它技术相融合，诞生一系列新的经 济和技术增长点，例如MEMS技术和生物芯片等。

一、微电子的集成技术

微电子器件的特征尺寸缩小将持继下去。目前，建立在以Si基材料为基础、CMOS器件为主流的半导体集成电路技术，其主流产品的特征尺寸已缩小到 0.18~0.1 m。硅基技术的高度成熟，硅基CMOS芯片应用的日益扩大，硅平面的加工工艺技术作为高新技术基础的高新加工技术也将持继下去。据国际 权威机构预测，到2012年，微电子芯片加工技术将达到400mm（16in）硅片、50nm特征尺寸，到2016年，器件的最小特征尺寸应在13nm。 然而，硅基CMOS的发展和任何事物一样，都有其产生、发展、成熟、衰亡的过程，不可能按摩尔定律揭示的规律长期的发展下去。随着特征尺寸的缩小，将达到 器件结构的诸多物理限制。当代各种集成电路发展状况，越来越接近物理限制。

采用新材料的非经典CMOS必将发展起来，高K材料和新型的栅电极；采用非经典的FET器件结构；采用新工艺技术等。在非经典CMOS迫切需要解决的问题中，功耗是一个最严峻的问题，能否圆满解决这一问题，将是制约发展非经典CMOS发展的一个重要因素。

二、正在成长的系统芯片—SOC

由芯片发展到系统芯片（SOC），是改善芯片集成技术的新举措。微电子器件的特征尺寸难于按摩尔定律无限的缩小下去，在芯片上增加集成器件是集成技术发展的另一方向。与当年从分立晶体管到集成芯片（IC）一样，系统芯片（SOC）将是微电子技术领域中又一场新的革命。

上个世纪90年代以来，集成芯片系统（SOC）讯速发展起来，它基于硅基CMOS工艺，但又不局限于CMOS和硅平面加工工艺。它是以硅基CMOS 为基础技术，将整个电子系统和子系统整个集成在一个芯片上或几个芯片上，它是集软件和硬件于一身的产物，SOC的设计是通过嵌入模拟电路、数字电路等IP 的结合体，可以具有更大的灵活性。一个典型的SOC可能包含应用处理器模块、数字信号处理器模块、存储器单元模块、控制器模块、外设接口模块等等多种模 块。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。集成系统的发展是以应用为驱动的，随着社会信息化的进程，它 将越来越重要。21世纪仅仅是SOC发展的开始，它将进入空间、进入人体、进入家庭，它将进入需要所有需要掌握信息处理的信息空间和时间。有的科学家就把 集成芯片系统—SOC称为USOC（UserSOC）。

三、MEMS技术是微电子技术新的增长点

微机电系统制造（Micro Electro MechaNIcal systems—MEMS）是微电子发展的另一方向，它的目标是把信息获取、 处理和执行一体化地集成在一起，使其成为真正的系统，也可以说是更广泛的SOC概念。MEMS不仅为传统的机械尺寸领域打开了新的大门，也真正实现了机电 一体化。因此，它被认为是微电子技术的又一次革命，对21世纪的科学技术、生产方式、人类生活都有深远影响。

微机电系统(MEMS)技术是建立在微米/纳米技术（micro/nanotechnology）基础上的21世纪前沿技术，是指对微米/纳米材料 进行设计、加工、制造、测量和控制的技术。它可将机械构件、光学系统、驱动部件、电控系统集成为一个整体单元的微型系统。这种微机电系统不仅能够采集、处 理与发送信息或指令，还能够按照所获取的信息自主地或根据外部的指令进行操作。它用微电子技术和微加工技术(包括硅体微加工、硅表面微加工、LIGA和晶 片键合等技术)相结合的制造工艺，制造出各种性能优异、价格低廉、微型化的传感器、执行器、驱动器和微系统。 微机电系统（MEMS）是近年来发展起来的 一种新型多学科交叉的技术，该技术将对未来人类生活产生极大性影响。它涉及机械、电子、化学、物理、光学、生物、材料等多学科。 微机电系统(MEMS) 的研究已取得很多成果。在微传感器方面，利用物质的各种特性研制出了各种微型传感器；在微执生器方面有微型马达、微阀、微泵及各种专用微型机械已组成微化 学系统和DNA反应室。此外，还有其它很多方面的应用。

微机电系统（MEMS）的制造，是从专用集成电路（ASIC）技术发展过来的，如同ASIC技术那样，可以用微电子工艺技术的方法批量制造。但比 ASIC制造更加复杂，这是由于 微机电系统（MEMS）的制造采用了诸如生物或者化学活化剂之类的特殊材料，是一种高水平的微米/纳米技术。微米制造技 术包括对微米材料的加工和制造。纳米制造技术和工艺，除了包括微米制造的一些技术（如离子束光刻等）与工艺外，还包括利用材料的本质特性而对材料进行分子 和原子量级的加工与排列技术和工艺等。

随着信息时代发展需要，后硅时代的将来还无法预料，但微电子方面的科学工作者普遍期望基于分子结构新方案和工作原理的发展，在基础研究方面，已有分子电子的设想，但还不能估计其技术可转换性。有机微电子技术、超导微电子技术、纳米电子技术等，都将是微电子领域新的亮点。