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微电子技术的发展主要内容微电子技术概述；微电子发展历史及特点；微电子前沿技术；微电子技术在军事中的应用。

2010-11-26北京理工大学微电子所22010-11-26北京理工大学微电子所3工艺流程图厚膜、深刻蚀、次数少多次重复去除刻刻蚀牺牲层，释放结构多工艺工工艺2010-11-26工5微电子技术概述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。

微电子技术包括系统电路设计、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，微电子技术是微电子学中的各项工艺技术的总和；微电子学是一门发展极为迅速的学科，高集成度、低功耗、高性能、高可靠性是微电子学发展的方向；衡量微电子技术进步的标志要在三个方面：一是缩小芯片中器件结构的尺寸，即缩小加工线条的宽度；二是增加芯片中所包含的元器件的数量，即扩大集成规模；三是开拓有针对性的设计应用。

2010-11-26 北京理工大学微电子所 6微电子技术的发展历史1947年晶体管的发明；到1958年前后已研究成功以这种组件为基础的混合组件； 1962年生产出晶体管——晶体管逻辑电路和发射极耦合逻辑电路；由于MOS电路在高度集成和功耗方面的优点，70 年代，微电子技术进入了MOS电路时代；随着集成密度日益提高，集成电路正向集成系统发展，电路的设计也日益复杂、费时和昂贵。

实际上如果没有计算机的辅助，较复杂的大规模集成电路的设计是不可能的。

2010-11-26 北京理工大学微电子所 7微电子技术的发展特点超高速：从1958年TI研制出第一个集成电路触发器算起，到2003年Intel推出的奔腾4处理器（包含5500 万个晶体管）和512Mb DRAM（包含超过5亿个晶体管），集成电路年平均增长率达到45％；辐射面广：集成电路的快速发展，极大的影响了社会的方方面面，因此微电子产业被列为支柱产业。

2010-11-26 北京理工大学微电子所 82010-11-26北京理工大学微电子所9摩尔定律1965年，美国硅谷仙童半导体公司的戈登.摩尔，研究了1959到1965年半导体工业发展的数据，发现：如果将能够集成在一块芯片上的晶体管数量画在一个半对数坐标上，可以得到一条直线；归纳出：集成电路上可容纳的晶体管数量，大约每隔 18～24个月就会翻一番；此后半导体工业的发展也进一步地证实了这一结论： 1969年Intel 4位微处理器4004有2300只晶体管，时钟频率104KHz。

1998年Intel推出的奔腾II，32位的处理器，有750 万只晶体管，CPU 时钟450MHz，集成度提高了 260倍，而时钟频率提高了4326倍。

2010-11-26 北京理工大学微电子所 102010-11-26北京理工大学微电子所11微电子前沿技术微电子制造工艺，包括元器件的生产、测试和封装等；微电子材料的研究；超大规模集成电路/混合信号/射频集成电路设计技术； MEMS技术等。

2010-11-26北京理工大学微电子所12微电子制造工艺微加工技术（Microfabrication）是制造MEMS的主要手段。

微加工技术包括IC制造技术（如光刻、薄膜淀积、注入扩散、干法和湿法刻蚀等）、微机械加工技术（Micromachining）（如牺牲层技术、各向异性刻蚀、反应离子深刻蚀（DRIE）、 LIGA、双面光刻、键合，以及软光刻技术等）和特殊微加工技术。

目前微电子制造的主要方法也是“自上而下”的微型化过程，即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。

2010-11-26 北京理工大学微电子所 13光刻工艺示意图2010-11-26北京理工大学微电子所14光刻工艺面临的技术问题由于工艺尺寸的减小，必须使用波长更短的光源，实现越来越困难，从早期的水银灯直到现在使用的远紫外线，甚至研发中的粒子束；导致光刻设备以及掩模成本急剧上升；光刻时小尺寸图形所产生的干涉和衍射效应使得光刻图案失真越来越严重，严重影响制造出的电路的性能以及一致性；必须加以矫正，甚至在设计阶段就必须考虑这一影响，加大了投入。

2010-11-26 北京理工大学微电子所 15氧化/扩散示意图2010-11-26北京理工大学微电子所16等离子刻蚀示意图2010-11-26北京理工大学微电子所17离子注入示意图2010-11-26北京理工大学微电子所18MEMS的典型工艺过程的典型工艺过程淀积牺牲层PECVD SiO2 2μm 光刻牺牲层(a)刻蚀牺牲层(RIE) 刻蚀牺牲层(b)淀积结构层LPCVD poly-Si 1 μm(c)MEMS的典型工艺过程的典型工艺过程光刻结构层(d)刻蚀结构层(RIE) 刻蚀结构层(RIE)(e)去除牺牲层，去除牺牲层，释放结构层HF(f)半导体材料元素半导体：锗、硅、硒、硼、碲、锑等；化合物半导体：砷化镓、磷化锢、锑化锢、碳化硅、硫化镉及镓砷硅等；有机半导体：萘、蒽、聚丙烯腈、酞菁和一些芳香族化合物等；无定形半导体：氧化物玻璃和非氧化物玻璃两种。

2010-11-26北京理工大学微电子所21晶体半导体材料的制备2010-11-26北京理工大学微电子所22元素半导体元素半导体是指由单一元素晶体组成的衬底材料；如锗、硅、硒、硼、碲、锑等；硅是当前使用最广泛、工艺最成熟的半导体材料；硅材料的禁带宽度、载流子漂移率等指标适中，制备成本低；在电路指标要求较高的场合，硅材料有其缺陷。

2010-11-26北京理工大学微电子所23化合物半导体由化合物组成的半导体材料；种类繁多、特性各异；如：砷化镓主要用来制作高频电路和器件；碳化硅主要用于制作大功率、耐高温和特种环境下工作的器件；存在制作成本高昂，工艺稳定性和兼容性，设计环境缺乏等问题；对其研究和认识程度不如硅材料。

2010-11-26 北京理工大学微电子所 24有机半导体和无定形半导体有机半导体主要用于发光器件和生物芯片；无定形半导体主要用于生物芯片；这两种半导体材料是近年来的研究热点。

2010-11-26北京理工大学微电子所25集成电路设计集成电路设计面临主要问题可以分为以下三个方面：超大规模集成电路设计；高精度模拟、混合信号集成电路设计；射频集成电路设计。

目的是设计出速度更快、功耗更低、面积更小、功能更多的芯片。

2010-11-26 北京理工大学微电子所 26超大规模集成电路设计超大规模集成电路设计主要难点在于如何在最短的时间内完成千万门级电路的设计任务，并进行有效的验证；主要的技术问题如下：自动布局、布线算法；行之有效的验证方法；日益严格的功耗要求；面积和成本的考虑等。

2010-11-26 北京理工大学微电子所 27混合信号集成电路设计技术混合信号即数字信号和模拟信号的统称；将处理上述两种信号的电路集成在同一个芯片中必须解决相互的干扰问题，尤其是数字信号对于模拟信号的干扰；如果此类芯片能够完成以前一个电子系统才能完成的任务，又可以将其称为SOC（片上系统）。

此时，模数、软硬协同验证问题就必须加以解决。

2010-11-26北京理工大学微电子所28射频集成电路设计技术射频集成电路是近几年研究的热点，过去使用 AsGa等宽禁带材料实现；近几年随着硅工艺的改进，越来越多的设计者使用硅材料设计射频集成电路；因此，对于射频集成电路，芯片测试、多芯片封装、不同制造工艺的融合等都成为比较棘手的问题。

2010-11-26北京理工大学微电子所29设计方法学的变迁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；从纯手工设计到自动综合、布局布线；从“自底向上”的设计方式发展到“自顶向下”的设计方式，直至“中间相遇”的设计方式；从单纯的仿真验证到多种验证方式相结合；从单一平台到数模、软硬协同等。

宏单元2010-11-26北京理工大学微电子所30SOCSOC（System On Chip）是一类复杂芯片，其功能涵盖一个电子系统全部的功能；上图是一个软件无线电的示意图，包含射频、 ADC以及软件控制的数字部分。

北京理工大学微电子所2010-11-2631FPGA2010-11-26北京理工大学微电子所32MEMS技术MEMS (Microelectromechancial Systems) :微电子机械系统也称微系统或微机械,是利用集成电路制造技术和微加工技术把微结构、微传感器、微执行器、控制处理电路，甚至接口、通讯和电源等制造在一块或多块芯片上的微型集成系统。

MEMS的出现使芯片远远超越了以处理电信号为目的的集成电路，其功能拓展到机、光、热、电、化学、生物等领域。

2010-11-26 北京理工大学微电子所 33MEMS的定义MEMS是尺寸在微米到毫米量级的集成系统；典型MEMS包括微机械结构、传感器、执行器和控制电路，可以实现测量、信息处理和执行功能。

光声模拟传感字器号转换理处信号数信－字数数字－模拟信号转换器行执机械能电能电机械光/电2010-11-26电典型微系统的功能组成34MEMS的特点MEMS的一般特点尺寸结构微小：微米到毫米多能量域系统：力、热、电、光、生、化无所不包基于但不限于集成电路技术和微加工技术制造不完全是宏观对象的按比例缩小宏观物理学规律仍旧成立，但是控制因素发生了变化MEMS的衍生特点可以大批量生产成本低、功耗小多样性、复杂性、难度大2010-11-26北京理工大学微电子所35MEMS的分类信息领域光开关及其阵列、RF MEMS开关、数字微镜器件（DMD）、MEMS可调电容、电感等传感器领域压力、流量、温度、湿度、气体传感器微加速度计、微机械陀螺生物领域生物芯片、微型流体通道分析系统、毛细管电泳、芯片实验室（LOC）2010-11-26北京理工大学微电子所36集成电路的老化、测试技术由于制造工艺的偏差和变化，制造出来的产品会偏离设计指标，因此必须对批量产品进行测试；同时为了减小芯片在正常使用过程中的失效概率，还需对芯片进行老化工艺；由于芯片的功能和复杂程度日益提高，测试和老化的难度也在提高；例如，对于一个CPU来说，进行一次完整的老化、测试流程可能耗时数月之久，花费数百万美元。

2010-11-26 北京理工大学微电子所 37微电子技术在军事领域中的应用微电子技术的发展及应用，不仅提升了军事装备和作战平台的性能，而且导致了新式武器以及新兵种的产生。

微电子技术的出现改变了传统战争的模式，即从面对面的战斗演变成当今及未来的超视距作战；战争发展的需求和军事系统的发展，促使军事电子产品向着小型化、轻量化和智能化的方向发展，并对微电子技术提出了高性能、高集成度、高可靠等越来越高的技术要求；军用集成电路将在进一步缩小线宽、增大集成度的基础上，寻求在改进集成技术、采用新型材料、研制新概念器件上的突破。