微電子

       微電子技術(shù)是研究信息載體的技術(shù)，構(gòu)成了信息科學(xué)的基石，其發(fā)展水平直接影響整個(gè)信息技術(shù)的發(fā)展水平，其理論基礎(chǔ)是19世紀(jì)末到20世紀(jì)30年代期間建立起來的現(xiàn)代物理學(xué)。

       微電子技術(shù)包括系統(tǒng)電路設(shè)計(jì)、器件物理、工藝技術(shù)、材料制備、自動(dòng)測(cè)試以及封裝、組裝等一系列專門的技術(shù)，涉及固體物理、熱力學(xué)、統(tǒng)計(jì)物理學(xué)、材料科學(xué)、量子力學(xué)、電子線路、信號(hào)處理、計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)、測(cè)試與加工等多個(gè)學(xué)科領(lǐng)域，微電子技術(shù)是微電子學(xué)中的各項(xiàng)工藝技術(shù)的總和。

       微電子這一名詞最初是指尺度在微米量級(jí)，通過控制電子的行為進(jìn)行功能表達(dá)。隨著器件尺寸的不斷縮小進(jìn)入納米尺度，微電子這一名詞的內(nèi)涵也在不斷擴(kuò)大，現(xiàn)在一般認(rèn)為微電子泛指包含微米和納米尺度的電子學(xué)。當(dāng)然，有時(shí)為了便于區(qū)分，也會(huì)采用納電子、微納電子等說法。

門類

       電子科學(xué)與技術(shù)類

發(fā)展

       微電子技術(shù)包括系統(tǒng)電路設(shè)計(jì)、器件物理、工藝技術(shù)、材料制備、自動(dòng)測(cè)試以及封裝、組裝等一系列專門的技術(shù)，微電子技術(shù)是微電子學(xué)中的各項(xiàng)工藝技術(shù)的總和。 微電子技術(shù)是在電子電路和系統(tǒng)的超小型化和微型化過程中逐漸形成和發(fā)展起來的，第二次大戰(zhàn)中、后期，由于軍事需要對(duì)電子設(shè)備提出了不少具有根本意義的設(shè)想，并研究出一些有用的技術(shù)。

       1947年晶體管的發(fā)明，后來又結(jié)合印刷電路組裝使電子電路在小型化的方面前進(jìn)了一大步。到1958年前后已研究成功以這種組件為基礎(chǔ)的混合組件。集成電路的主要工藝技術(shù)，是在50年代后半期硅平面晶體管技術(shù)和更早的金屬真空涂膜技術(shù)基礎(chǔ)上發(fā)展起來的。1964年出現(xiàn)了磁雙極型集成電路產(chǎn)品。1962年生產(chǎn)出晶體管——晶體管邏輯電路和發(fā)射極耦合邏輯電路。MOS集成電路出現(xiàn)。由于MOS電路在高度集成方面的優(yōu)點(diǎn)和集成電路對(duì)電子技術(shù)的影響，集成電路發(fā)展越來越快。

       70年代，微電子技術(shù)進(jìn)入了以大規(guī)模集成電路為中心的新階段。隨著集成密度日益提高，集成電路正向集成系統(tǒng)發(fā)展，電路的設(shè)計(jì)也日益復(fù)雜、費(fèi)時(shí)和昂貴。實(shí)際上如果沒有計(jì)算機(jī)的輔助，較復(fù)雜的大規(guī)模集成電路的設(shè)計(jì)是不可能的。70年代以來，集成電路利用計(jì)算機(jī)的設(shè)計(jì)有很大的進(jìn)展。制版的計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)、器件模擬、電路模擬、邏輯模擬、布局布線的計(jì)算輔助設(shè)計(jì)等程序，都先后研究成功，并發(fā)展成為包括校核、優(yōu)化等算法在內(nèi)的混合計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)，乃至整套設(shè)備的計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)系統(tǒng)。集成電路制造的計(jì)算機(jī)管理，也已開始實(shí)現(xiàn)。

       此外，與大規(guī)模集成和超大規(guī)模集成的高速發(fā)展相適應(yīng)，有關(guān)的器件材料科學(xué)和技術(shù)、測(cè)試科學(xué)和計(jì)算機(jī)輔助測(cè)試、封裝技術(shù)和超凈室技術(shù)等都有重大的進(jìn)展。 電子技術(shù)發(fā)展很快，在工藝技術(shù)上，微細(xì)加工技術(shù)，如電子束、離子束、X射線等復(fù)印技術(shù)和干法刻蝕技術(shù)日益完善，使生產(chǎn)上達(dá)到亞微米以至更高的光刻水平，集成電路的集成度超大型約每片10^6—10^7個(gè)元件，以至達(dá)到全圖片上集成一個(gè)復(fù)雜的微電子系統(tǒng)。高質(zhì)量的超薄氧化層、新的離子注入退火技術(shù)、高電導(dǎo)高熔點(diǎn)金屬以及硅化物金屬化和淺歐姆結(jié)等一系列工藝技術(shù)正獲得進(jìn)一步的發(fā)展。在微電子技術(shù)的設(shè)計(jì)和測(cè)試技術(shù)方面，隨著集成度和集成系統(tǒng)復(fù)雜性的提高，冗余技術(shù)、容錯(cuò)技術(shù)，將在設(shè)計(jì)技術(shù)中得到廣泛應(yīng)用。

發(fā)展趨勢(shì)

       微電子的發(fā)展一直存在頂層設(shè)計(jì)，從早期的國際半導(dǎo)體技術(shù)路線圖(ITRS)到現(xiàn)在的國際器件與系統(tǒng)路線圖(IRDS) ，通過匯集全球頂尖科學(xué)家的智慧，對(duì)微電子器件和系統(tǒng)的發(fā)展路線進(jìn)行規(guī)劃，指導(dǎo)并推動(dòng)著微電子技術(shù)的發(fā)展，呈現(xiàn)出以下趨勢(shì)：

       器件尺寸不斷縮小、三維集成成為主流

       按照摩爾定律硅平面器件不斷等比例縮小已經(jīng)基本終結(jié)，為了在單位面積上容納更多的器件，對(duì)器件進(jìn)行三維集成成為主流，這和我們從平房轉(zhuǎn)變?yōu)闃欠康内厔?shì)十分類似。例如3D NAND存儲(chǔ)器通過增加垂直層數(shù)來獲得更大的存儲(chǔ)容量，目前已經(jīng)突破200層并仍在不斷增加層數(shù)。

       新材料的引入

       微電子技術(shù)選用以硅原料為主制成的芯片，然而隨著該技術(shù)持續(xù)多年的快速發(fā)展，材料性能已逼近極限。近年來，針對(duì)新材料體系的研發(fā)逐步加速，如高遷移率半導(dǎo)體材料、寬禁帶和超寬禁帶半導(dǎo)體、非晶氧化物半導(dǎo)體、碳基材料、二維材料等。

       新結(jié)構(gòu)的引入

       具有新型結(jié)構(gòu)的微電子器件開始凸顯其優(yōu)勢(shì)。以MOSFET為例，它的結(jié)構(gòu)從早期的平面型器件逐步發(fā)展為雙柵、立體柵、環(huán)柵等結(jié)構(gòu)。例如，如TSMC的2 nm制程GAA（gate-all-around），以及尚處于研發(fā)階段的CFET（垂直堆疊互補(bǔ)場(chǎng)效應(yīng)晶體管）等。

       新型封裝技術(shù)

       微電子封裝技術(shù)從最早的陶瓷扁平封裝出現(xiàn)至今，經(jīng)歷了由2D封裝形式向3D封裝形式轉(zhuǎn)變，并由單純后道工藝逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)榍昂蟮廊诤瞎に嚒?D封裝技術(shù)是伴隨著移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展而逐漸興起的，是同時(shí)滿足多個(gè)芯片組立體式封裝需求的有效途徑。例如，在3D IC中將多顆芯片（如堆疊的高帶寬存儲(chǔ)器HBM）進(jìn)行三維空間垂直整合，以應(yīng)對(duì)半導(dǎo)體制程受到的電子及材料的物理極限。3D封裝技術(shù)具備的主要技術(shù)優(yōu)勢(shì)在于功能性豐富、封裝密度高，同時(shí)結(jié)合TSV、FOWLP等技術(shù)大大減少了所需的引線互聯(lián)，可有效降低信號(hào)損耗，提升集成電路運(yùn)行速度。

       面向人工智能的新應(yīng)用方向

       隨著人工智能領(lǐng)域的突飛猛進(jìn)，微電子技術(shù)在該領(lǐng)域的支撐作用越來越明顯，尤其是面向AI的新架構(gòu)芯片和高算力芯片技術(shù)，已成為重要的研發(fā)方向。

       綠色環(huán)保微電子技術(shù)

       節(jié)能減排是當(dāng)今社會(huì)發(fā)展的主要趨勢(shì)。未來微電子技術(shù)必須實(shí)現(xiàn)綠色發(fā)展目標(biāo)，將沿著低功耗、高能效、環(huán)境友好等方向發(fā)展。

基本工藝

       包括 PHOTO DOPING ETCHING CMP 等，0.18um 0.22um 90納米工藝等。

微電子學(xué)

       微電子學(xué)是研究在固體（主要是半導(dǎo)體）材料上構(gòu)成的微小型化電路、電路及系統(tǒng)的電子學(xué)分支。作為電子學(xué)的分支學(xué)科，它主要研究電子或離子在固體材料中的運(yùn)動(dòng)規(guī)律及其應(yīng)用，并利用它實(shí)現(xiàn)信號(hào)處理功能的科學(xué)，以實(shí)現(xiàn)電路的系統(tǒng)和集成為目的，實(shí)用性強(qiáng)。微電子學(xué)又是信息領(lǐng)域的重要基礎(chǔ)學(xué)科，在這一領(lǐng)域上，微電子學(xué)是研究并實(shí)現(xiàn)信息獲取、傳輸、存儲(chǔ)、處理和輸出的科學(xué)，是研究信息獲取的科學(xué)，構(gòu)成了信息科學(xué)的基石，其發(fā)展水平直接影響著整個(gè)信息技術(shù)的發(fā)展。微電子科學(xué)技術(shù)的發(fā)展水平和產(chǎn)業(yè)規(guī)模是一個(gè)國家經(jīng)濟(jì)實(shí)力的重要標(biāo)志。

       微電子學(xué)是一門綜合性很強(qiáng)的邊緣學(xué)科，其中包括了半導(dǎo)體器件物理、集成電路工藝和集成電路及系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、測(cè)試等多方面的內(nèi)容；涉及了固體物理學(xué)、量子力學(xué)、熱力學(xué)與統(tǒng)計(jì)物理學(xué)、材料科學(xué)、電子線路、信號(hào)處理、計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)、測(cè)試和加工、圖論、化學(xué)等多個(gè)領(lǐng)域。微電子學(xué)是一門發(fā)展極為迅速的學(xué)科，高集成度、低功耗、高性能、高可靠性是微電子學(xué)發(fā)展的方向。信息技術(shù)發(fā)展的方向是多媒體（智能化）、網(wǎng)絡(luò)化和個(gè)體化。要求系統(tǒng)獲取和存儲(chǔ)海量的多媒體信息、以極高速度精確可靠的處理和傳輸這些信息并及時(shí)地把有用信息顯示出來或用于控制。所有這些都只能依賴于微電子技術(shù)的支撐才能成為現(xiàn)實(shí)。超高容量、超小型、超高速、超高頻、超低功耗是信息技術(shù)無止境追求的目標(biāo)，是微電子技術(shù)迅速發(fā)展的動(dòng)力。微電子學(xué)滲透性強(qiáng)，其他學(xué)科結(jié)合產(chǎn)生出了一系列新的交叉學(xué)科。微機(jī)電系統(tǒng)(MEMS)、生物芯片就是這方面的代表，是近年來發(fā)展起來的具有廣闊應(yīng)用前景的新技術(shù)。 培養(yǎng)要求：本專業(yè)學(xué)生主要學(xué)習(xí)微電子學(xué)的基本理論和基本知識(shí)，受到科學(xué)實(shí)驗(yàn)與科學(xué)思維的基本訓(xùn)練，具有良好科學(xué)素養(yǎng)，掌握大規(guī)模集成電路及新型半導(dǎo)體器件的設(shè)計(jì)、制造及測(cè)試所必需的基本理論和方法，具有電路分析、工藝分析、器件性能分析和版圖設(shè)計(jì)等的基本能力。主干學(xué)科：電子科學(xué)與技術(shù) 主要課程：半導(dǎo)體物理及實(shí)驗(yàn)、半導(dǎo)體器件物理、集成電路設(shè)計(jì)原理、集成電路工藝原理、集成電路CAD、微電子學(xué)專業(yè)實(shí)驗(yàn)和集成電路工藝實(shí)習(xí)等。

應(yīng)用

       微電子技術(shù)的應(yīng)用范圍非常廣泛，幾乎滲透到了所有高科技領(lǐng)域。以下是一些主要的應(yīng)用方向：

1. 通信技術(shù)

       微電子在移動(dòng) 通信 、衛(wèi)星通信、光纖通信等領(lǐng)域中發(fā)揮著關(guān)鍵作用。它使得高速數(shù)據(jù)傳輸和高效信號(hào)處理成為可能，是現(xiàn)代通信技術(shù)不可或缺的基礎(chǔ)。

2. 計(jì)算機(jī)技術(shù)

       微電子是現(xiàn)代計(jì)算機(jī)硬件的核心，包括微處理器、內(nèi)存芯片、圖形處理單元等。微電子技術(shù)可以將計(jì)算機(jī)所需的電路封裝得極其小巧，從而實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的高速運(yùn)轉(zhuǎn)和高效能。

3. 消費(fèi)電子產(chǎn)品

       智能手機(jī)、平板電腦、電視、音響系統(tǒng)等多種消費(fèi)電子產(chǎn)品中廣泛使用微電子組件。這些組件不僅提升了產(chǎn)品的性能，還使得產(chǎn)品更加輕便、高效。

4. 汽車行業(yè)

       在汽車行業(yè)，微電子用于增強(qiáng)車輛的安全性、舒適性和性能。例如，在智能駕駛輔助系統(tǒng)、電子控制單元等關(guān)鍵系統(tǒng)中，微電子技術(shù)發(fā)揮著重要作用。隨著新能源汽車的發(fā)展，微電子技術(shù)的應(yīng)用將更加廣泛和深入。

5. 醫(yī)療技術(shù)

       微電子在醫(yī)療設(shè)備中的應(yīng)用包括成像設(shè)備（如MRI、CT掃描）、植入式醫(yī)療設(shè)備（如心臟起搏器）和便攜式健康監(jiān)測(cè)設(shè)備等。這些設(shè)備不僅提高了醫(yī)療診斷的準(zhǔn)確性和效率，還改善了患者的生活質(zhì)量。

6. 航空航天

       在航空航天領(lǐng)域，微電子用于飛行控制系統(tǒng)、衛(wèi)星通信、航天器上的傳感器和計(jì)算系統(tǒng)等。這些系統(tǒng)對(duì)于確保飛行安全和實(shí)現(xiàn)高效通信至關(guān)重要。

7. 物聯(lián)網(wǎng)(IoT)

       微電子是實(shí)現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)的關(guān)鍵技術(shù)之一。它用于傳感器、智能設(shè)備和數(shù)據(jù)處理等環(huán)節(jié)，使得物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)高效、智能的數(shù)據(jù)采集、傳輸和處理。

8. 能源技術(shù)

       在可再生能源技術(shù)和智能電網(wǎng)中，微電子用于優(yōu)化能源的生成、分配和使用。例如，在太陽能光伏系統(tǒng)中，微電子技術(shù)可以提升光伏電池的轉(zhuǎn)換效率；在智能電網(wǎng)中，微電子組件可以實(shí)現(xiàn)對(duì)電網(wǎng)狀態(tài)的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和控制。

9. 國防和安全

       在國防領(lǐng)域，微電子用于雷達(dá)系統(tǒng)、通信設(shè)備、導(dǎo)彈導(dǎo)航系統(tǒng)和監(jiān)視設(shè)備等。這些系統(tǒng)對(duì)于確保國家安全和維護(hù)社會(huì)穩(wěn)定具有重要意義。

10. 工業(yè)自動(dòng)化和控制

       微電子技術(shù)在工業(yè)自動(dòng)化中發(fā)揮著重要作用，用于各種控制系統(tǒng)、機(jī)器人技術(shù)和過程監(jiān)控。它提高了工業(yè)生產(chǎn)的自動(dòng)化水平和效率，降低了人力成本。

       總之，微電子技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域非常廣泛，幾乎涵蓋了所有高科技領(lǐng)域。隨著技術(shù)的不斷發(fā)展和創(chuàng)新，微電子技術(shù)的應(yīng)用前景將更加廣闊和光明。