微電子

       微電子技術是研究信息載體的技術，構成了信息科學的基石，其發(fā)展水平直接影響整個信息技術的發(fā)展水平，其理論基礎是19世紀末到20世紀30年代期間建立起來的現(xiàn)代物理學。

       微電子技術包括系統(tǒng)電路設計、器件物理、工藝技術、材料制備、自動測試以及封裝、組裝等一系列專門的技術，涉及固體物理、熱力學、統(tǒng)計物理學、材料科學、量子力學、電子線路、信號處理、計算機輔助設計、測試與加工等多個學科領域，微電子技術是微電子學中的各項工藝技術的總和。

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

門類

       電子科學與技術類

發(fā)展

       微電子技術包括系統(tǒng)電路設計、器件物理、工藝技術、材料制備、自動測試以及封裝、組裝等一系列專門的技術，微電子技術是微電子學中的各項工藝技術的總和。 微電子技術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，由于軍事需要對電子設備提出了不少具有根本意義的設想，并研究出一些有用的技術。

       1947年晶體管的發(fā)明，后來又結合印刷電路組裝使電子電路在小型化的方面前進了一大步。到1958年前后已研究成功以這種組件為基礎的混合組件。集成電路的主要工藝技術，是在50年代后半期硅平面晶體管技術和更早的金屬真空涂膜技術基礎上發(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)點和集成電路對電子技術的影響，集成電路發(fā)展越來越快。

       70年代，微電子技術進入了以大規(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，電路的設計也日益復雜、費時和昂貴。實際上如果沒有計算機的輔助，較復雜的大規(guī)模集成電路的設計是不可能的。70年代以來，集成電路利用計算機的設計有很大的進展。制版的計算機輔助設計、器件模擬、電路模擬、邏輯模擬、布局布線的計算輔助設計等程序，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)的混合計算機輔助設計，乃至整套設備的計算機輔助設計系統(tǒng)。集成電路制造的計算機管理，也已開始實現(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，有關的器件材料科學和技術、測試科學和計算機輔助測試、封裝技術和超凈室技術等都有重大的進展。 電子技術發(fā)展很快，在工藝技術上，微細加工技術，如電子束、離子束、X射線等復印技術和干法刻蝕技術日益完善，使生產(chǎn)上達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個元件，以至達到全圖片上集成一個復雜的微電子系統(tǒng)。高質(zhì)量的超薄氧化層、新的離子注入退火技術、高電導高熔點金屬以及硅化物金屬化和淺歐姆結等一系列工藝技術正獲得進一步的發(fā)展。在微電子技術的設計和測試技術方面，隨著集成度和集成系統(tǒng)復雜性的提高，冗余技術、容錯技術，將在設計技術中得到廣泛應用。

發(fā)展趨勢

       微電子的發(fā)展一直存在頂層設計，從早期的國際半導體技術路線圖(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家的智慧，對微電子器件和系統(tǒng)的發(fā)展路線進行規(guī)劃，指導并推動著微電子技術的發(fā)展，呈現(xiàn)出以下趨勢：

       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，為了在單位面積上容納更多的器件，對器件進行三維集成成為主流，這和我們從平房轉變?yōu)闃欠康内厔菔诸愃?。例?span id="bgnuisc" class="hrefStyle">3D NAND存儲器通過增加垂直層數(shù)來獲得更大的存儲容量，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

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

       新結構的引入

       具有新型結構的微電子器件開始凸顯其優(yōu)勢。以MOSFET為例，它的結構從早期的平面型器件逐步發(fā)展為雙柵、立體柵、環(huán)柵等結構。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（垂直堆疊互補場效應晶體管）等。

       新型封裝技術

       微電子封裝技術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封裝形式轉變，并由單純后道工藝逐漸轉變?yōu)榍昂蟮廊诤瞎に嚒?D封裝技術是伴隨著移動互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展而逐漸興起的，是同時滿足多個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器HBM）進行三維空間垂直整合，以應對半導體制程受到的電子及材料的物理極限。3D封裝技術具備的主要技術優(yōu)勢在于功能性豐富、封裝密度高，同時結合TSV、FOWLP等技術大大減少了所需的引線互聯(lián)，可有效降低信號損耗，提升集成電路運行速度。

       面向人工智能的新應用方向

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

       綠色環(huán)保微電子技術

       節(jié)能減排是當今社會發(fā)展的主要趨勢。未來微電子技術必須實現(xiàn)綠色發(fā)展目標，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

       微電子學是研究在固體（主要是半導體）材料上構成的微小型化電路、電路及系統(tǒng)的電子學分支。作為電子學的分支學科，它主要研究電子或離子在固體材料中的運動規(guī)律及其應用，并利用它實現(xiàn)信號處理功能的科學，以實現(xiàn)電路的系統(tǒng)和集成為目的，實用性強。微電子學又是信息領域的重要基礎學科，在這一領域上，微電子學是研究并實現(xiàn)信息獲取、傳輸、存儲、處理和輸出的科學，是研究信息獲取的科學，構成了信息科學的基石，其發(fā)展水平直接影響著整個信息技術的發(fā)展。微電子科學技術的發(fā)展水平和產(chǎn)業(yè)規(guī)模是一個國家經(jīng)濟實力的重要標志。

       微電子學是一門綜合性很強的邊緣學科，其中包括了半導體器件物理、集成電路工藝和集成電路及系統(tǒng)的設計、測試等多方面的內(nèi)容；涉及了固體物理學、量子力學、熱力學與統(tǒng)計物理學、材料科學、電子線路、信號處理、計算機輔助設計、測試和加工、圖論、化學等多個領域。微電子學是一門發(fā)展極為迅速的學科，高集成度、低功耗、高性能、高可靠性是微電子學發(fā)展的方向。信息技術發(fā)展的方向是多媒體（智能化）、網(wǎng)絡化和個體化。要求系統(tǒng)獲取和存儲海量的多媒體信息、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的支撐才能成為現(xiàn)實。超高容量、超小型、超高速、超高頻、超低功耗是信息技術無止境追求的目標，是微電子技術迅速發(fā)展的動力。微電子學滲透性強，其他學科結合產(chǎn)生出了一系列新的交叉學科。微機電系統(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用前景的新技術。 培養(yǎng)要求：本專業(yè)學生主要學習微電子學的基本理論和基本知識，受到科學實驗與科學思維的基本訓練，具有良好科學素養(yǎng)，掌握大規(guī)模集成電路及新型半導體器件的設計、制造及測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計等的基本能力。主干學科：電子科學與技術 主要課程：半導體物理及實驗、半導體器件物理、集成電路設計原理、集成電路工藝原理、集成電路CAD、微電子學專業(yè)實驗和集成電路工藝實習等。

應用

       微電子技術的應用范圍非常廣泛，幾乎滲透到了所有高科技領域。以下是一些主要的應用方向：

1. 通信技術

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

2. 計算機技術

       微電子是現(xiàn)代計算機硬件的核心，包括微處理器、內(nèi)存芯片、圖形處理單元等。微電子技術可以將計算機所需的電路封裝得極其小巧，從而實現(xiàn)計算機系統(tǒng)的高速運轉和高效能。

3. 消費電子產(chǎn)品

       智能手機、平板電腦、電視、音響系統(tǒng)等多種消費電子產(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)、電子控制單元等關鍵系統(tǒng)中，微電子技術發(fā)揮著重要作用。隨著新能源汽車的發(fā)展，微電子技術的應用將更加廣泛和深入。

5. 醫(yī)療技術

       微電子在醫(yī)療設備中的應用包括成像設備（如MRI、CT掃描）、植入式醫(yī)療設備（如心臟起搏器）和便攜式健康監(jiān)測設備等。這些設備不僅提高了醫(yī)療診斷的準確性和效率，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算系統(tǒng)等。這些系統(tǒng)對于確保飛行安全和實現(xiàn)高效通信至關重要。

7. 物聯(lián)網(wǎng)(IoT)

       微電子是實現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)的關鍵技術之一。它用于傳感器、智能設備和數(shù)據(jù)處理等環(huán)節(jié)，使得物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)能夠實現(xiàn)高效、智能的數(shù)據(jù)采集、傳輸和處理。

8. 能源技術

       在可再生能源技術和智能電網(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，微電子技術可以提升光伏電池的轉換效率；在智能電網(wǎng)中，微電子組件可以實現(xiàn)對電網(wǎng)狀態(tài)的實時監(jiān)測和控制。

9. 國防和安全

       在國防領域，微電子用于雷達系統(tǒng)、通信設備、導彈導航系統(tǒng)和監(jiān)視設備等。這些系統(tǒng)對于確保國家安全和維護社會穩(wěn)定具有重要意義。

10. 工業(yè)自動化和控制

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

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