2023年微电子技术的发展

第微电子技术的发展

摘要：70年代中期以后，出现了以微电子技术为核心的新兴技术群。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。今天，信息技术已渗透到社会生产和生活的一切领域，并产生了巨大而深远的影响。信息产业正逐步取代传统工业而跃居主导地位。从某种意义上说，人类社会己进入了信息时代。

关键词：微电子技术、信息技术新技术革命

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。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。微电子技术是信息技术的基础。信息技术是新技术革命的核心技术之一。微电子技术是采用微细加工工艺，在微小的半导体结构内制成微型电子线路或系统的技术。它是伴随集成电路技术而发展起来的一门新技术。微电子技术的形成引起电子设备和系统的设计、工艺、封装等方面的巨大变革。它最突出的成就是微处理器。1947年底，美国贝尔实验室研制成了世界上第一个晶体管，微电子技术开始萌芽。50年代末期，集成电路出现了。这一发明的功绩应属于美国得克萨斯仪器公司的基尔比和仙童公司研究与开发部的诺伊斯。早在1958年，基尔比就开始了对集成电路的探索。当时他正参与美国军方的一项微型组件研制。这种微型组件由晶体管、电阻、电容等元器件装配到一片陶瓷基片上，然后叠成立体结构。它的焊点多，制作技术复杂，可靠性差，成本较高。基尔比便想设计出一种更优越的微型电路。他的方案是用一块半导体材料制成由若干晶体管和电阻、电容组成的功能电路。在公司负责人的支持下，经过坚韧不拔的努力，他终于在1959年初制成了包括电阻、电容和晶体管的单块锗晶体触发器。同年2月6日，基尔比向美国专利局申请了专利。不久，这种集成触发电路在美国无线电工程师协会公诸于世，被人称为硅晶体管后的“最重要的开发成果”。

几乎与此同时，仙童公司的诺伊斯等人也在从事集成电路的研究。他们曾在肖克利手下参与半导体的研究，后来雄心勃勃地创建了仙童半导体公司，以大展宏图。正当他们信心百倍地逐鹿集成电路时，基尔比已捷足先登。但诺伊斯并未灰心丧气。经过仔细分析，他发现基尔比的设计与自己迥然不同，基尔比的集成电路的缺点在于元器件的连线采用的是热焊合金丝，并非与元件一道加工的。诺伊斯则设想把连线也变成集成电路制造过程的一部分。他和同事们经过探索，改进了晶体管制造的平面工艺，巧妙地在硅片上的二氧化硅层被刻蚀的窗口中扩散一定的材料，形成各种元器件，并利用PN结使元器件相互隔离，又在晶片表面上沉积金属作为连线。

诺伊斯等人的设计获得了成功，于1959年7月申请了专利。后来，得克萨斯公司和仙童公司为集成电路的发明权发生过争执。但人们公认，基尔比和诺伊斯对集成电路的发展都做出了重大贡献。集成电路的诞生，标志着电子技术进入了微电子技术的新阶段。1960年，得克萨斯仪器公司和仙童公司等都研制出电阻—晶体管逻辑电路。这是一种数字集成电路系列产品。1962年，西格尼蒂克斯公司发明了性能更佳的二极管——晶体管逻辑电路，摩托罗拉公司开发出高速双极逻辑电路——发射极耦合电路。1963年，塞尔凡尼亚公司研制成更为先进的晶体管—晶体管逻辑电路。这种双极电路后来取得很大进展。

1962年，美国无线电公司的霍夫斯坦和海曼研制出金属氧化物半导体场效应管。它的集成度高，功耗低，可靠性好，工艺简单，但存在工作速度较慢、要求不同工作电压、易氧化等缺点。60年代后期。制造MOS电路的技术更加成熟，一些障碍被突破，MOS电路才获得巨大发展。1967年，仙童公司生产出世界上第一个只读存贮器。它是一个64位MOS器件。1969年，美国的英特尔公司制成了4位的4004微处理机，采用了P沟道MOS工艺。1972年，该公司开发了计算机上使用的MOS结构1024位动态随机存贮器。1975年，他们又推出了4096位动态随机存贮器。这时，使用几片集成电路片子已能组装成一台微型计算机。

集成电路自问世以来，发展异常迅猛。60年代初期，生产的是在一块芯片上包含几十个晶体管的小规模集成电路。60年代中期发展到几百甚至上千个元器件的中规模集成电路。同时，微电子学也成为一门独立的学科。进入70年代，集成电路技术发展更快，形成了1000个以上晶体管的大规模集成电路，后期甚至出现了20多万个晶体管的芯片，进入了超大规模集成电路的时代。而且集成的对象也发生了根本变化，有复杂的功能部件，也有成台整机（单片计算机）。80年代，集成电路又有长足发展，芯片上的集成元器件最多已达几百万个。预计90年代集成度将达到上千万，本世纪末可达数十亿。集成电路的这种发展速度是无与伦比的。在集成度不断提高的同时，集成电路的功能也不断完善，形成了数字集成电路、模拟集成电路和接口集成电路等几大类。

接口集成电路出现于70年代。它可以在各种不同的电子系统之间起到连接和匹配作用。集成电路的迅猛发展，与大规模集成技术密不可分。这一技术包括电路设备分析技术和手段、微细加工技术、半导体材料提纯和加工技术、检测技术、超纯和超净技术5个方面。用电子束制作集成电路光刻工序中使用的掩膜，取代了庞大昂贵的红宝石刻蚀设备，使集成电路生产过程发生了根本性变化。离子注入技术的出现，则使半导体掺杂方法得到重大改进。超纯、超净技术大大提高了半导体器件的质量。到80年代初，超纯硅的纯度已达12个9。此外，在电路设计中引进了计算机辅助设计，检测技术实现了高精度化、自动化和计算机化。80年代末，工业发达国家在超精细加工技术方面已大量采用了1微米技术，代表品种是1兆位动态存贮器。

采用0.8微米技术的4兆位动态存贮器也已投入生产。90年代，超精细加工技术将从亚微米（0.5—1）微米）向深亚微米（0.1—0.5微米）发展。1990年6月，日本宣布研制出0.3微米技术的64兆位动态存贮器原型样品。估计到202x年256兆位动态存贮器将投入生产。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，