導(dǎo)語：如何才能寫好一篇微電子器件，這就需要搜集整理更多的資料和文獻(xiàn)，歡迎閱讀由公務(wù)員之家整理的十篇范文，供你借鑒。

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關(guān)鍵詞：微電子；靜電防護(hù)；ESD

引言

為了防護(hù)微電子器件，電路設(shè)計(jì)者對(duì)電子器件進(jìn)行靜電防護(hù)。電路保護(hù)的設(shè)計(jì)要考慮很多的因素，要不斷進(jìn)行試驗(yàn)。其中ESD是對(duì)微電子器件一個(gè)較大的威脅。ESD嚴(yán)重影響著微電子器件的質(zhì)量，威脅著器件的整體工作。ESD對(duì)微電子器件制造業(yè)是一個(gè)巨大的威脅。解決ESD問題，是當(dāng)前微電子生產(chǎn)的一個(gè)重要課題。ESD問題的解決，對(duì)整個(gè)行業(yè)的發(fā)展有重要的影響。

1 ESD分析

由于電荷的積累，物體表面帶上靜電，電荷發(fā)生移動(dòng)，就是發(fā)生了ESD。ESD包括四個(gè)階段。第一階段，電荷的產(chǎn)生。電荷的產(chǎn)生是由于摩擦、感應(yīng)的現(xiàn)象。兩種不同的材料接觸或摩擦，電荷通過絕緣體傳播，而導(dǎo)體間電荷的轉(zhuǎn)移是由于兩個(gè)物體的電勢(shì)不同造成的。第二階段，電荷的轉(zhuǎn)移。電荷發(fā)生轉(zhuǎn)移是由于兩個(gè)物體的電勢(shì)不同，當(dāng)兩個(gè)物體的電勢(shì)平衡，電荷的轉(zhuǎn)移也就停止了。第三階段，器件響應(yīng)。電荷發(fā)生轉(zhuǎn)移時(shí)，器件的感應(yīng)?，F(xiàn)階段，要解決電荷重新分布的問題。第四階段，u估。對(duì)器件的效果進(jìn)行評(píng)估。判斷期間失效與否，如失效，確認(rèn)失效原因及失效屬性。

2 微電子器件在生產(chǎn)中的靜電

對(duì)微電子器件生產(chǎn)中靜電的研究中，最重要的現(xiàn)象是靜電破壞。對(duì)器件的靜電釋放，分析如下：

第一種來源是工作人員。微電子器件的生產(chǎn)過程中，一定離不開工作人員的接觸。而器件與人接觸，就一定會(huì)產(chǎn)生靜電。一般摩擦產(chǎn)生的靜電，有幾萬伏的靜電勢(shì)，這樣微電子器件就很容易被損壞。而微電子器件生產(chǎn)中，大量的靜電無法釋放，微電子器件的安全無法保證，所以，微電子器件的生產(chǎn)過程中一定會(huì)有微電子器件被破壞，而工作人員產(chǎn)生的靜電又不太容易避免，一些靜電釋放設(shè)備等并不能完全保證靜電的全部釋放。而工作人員在生產(chǎn)過程中一定會(huì)有行為動(dòng)作，這就無法避免的產(chǎn)生靜電，這就使微電子器件的生產(chǎn)有一定的阻礙，也影響IT行業(yè)的發(fā)展[1]。

第二種來源是設(shè)備機(jī)械。在微電子器件的生產(chǎn)過程中，設(shè)備一定會(huì)存儲(chǔ)大量的靜電，而這些靜電的釋放，必定會(huì)造成大量微電子器件的損壞。且企業(yè)為了增加生產(chǎn)量，在許多的工藝上都采用自動(dòng)化設(shè)備，這些設(shè)備的運(yùn)行更是會(huì)產(chǎn)生大量靜電。在微電子器件加工時(shí)，靜電就會(huì)在各個(gè)工藝流程中釋放，大量的微電子器件就會(huì)失效[2]。這對(duì)微電子器件的生產(chǎn)影響也是較大的，且無法避免。

第三種是其他來源。一些工作服、座椅、包裝材料等是由高分子材料制作的，所以他們都會(huì)帶有一定的靜電，有很高的電勢(shì)，在微電子生產(chǎn)時(shí)它們的釋放，又會(huì)損壞一批微電子器件。

3 靜電防護(hù)

3.1 改善器件抗靜電能力

第一，靜電防護(hù)電路要設(shè)置一個(gè)低阻通路和高阻通路，在ESD發(fā)生時(shí)能輸出電荷，也能進(jìn)行正常的工作。第二，在輸入端加入一個(gè)MOS可以檢測(cè)靜電。第三，pn二極管也是防護(hù)電路經(jīng)常用到的一個(gè)構(gòu)件，對(duì)靜電防護(hù)也有重要作用。第四，在靜電防護(hù)電路中，應(yīng)加粗金屬線[3]。第五，避免90°以上的彎曲，使電路允許通過的電流更大。第六，金屬環(huán)路盡量的長(zhǎng)、遠(yuǎn)，減小或避免尖端放電產(chǎn)生的損傷。第七，設(shè)計(jì)多層布線。現(xiàn)在仿真模擬設(shè)計(jì)技術(shù)是成功率比較高的靜電防護(hù)設(shè)計(jì)。

3.2 在生產(chǎn)、運(yùn)輸時(shí)采取保護(hù)措施

防靜電地線是微電子器件制造廠需要安裝的。地線要與設(shè)備儀器都保持連接。防靜電地線要分離使用，不能與其他接地線一起使用。防靜電腕表是操作人員一定要佩戴的，腕表要與皮膚接觸。防靜電地線連接完成后，較高的靜電就難以形成。操作人員最好要穿戴防靜電的工作服。微電子器件生產(chǎn)的廠房?jī)?nèi)，我們應(yīng)采用不易產(chǎn)生靜電，且靜電較易釋放的材料。此外，環(huán)境的濕度和空氣的離子濃度對(duì)靜電的產(chǎn)生也有影響。所以，要減少廠房?jī)?nèi)靜電的產(chǎn)生還要控制廠房?jī)?nèi)的溫度和濕度。在對(duì)微電子的測(cè)量與使用時(shí)，要注意周圍環(huán)境，避免周圍環(huán)境對(duì)其的影響，也是避免微電子器件的損傷。在微電子器件的運(yùn)輸?shù)冗^程中，一定要避免使用泡沫等無法防止靜電產(chǎn)生的方式，為防止器件的損害，要使用正確的防靜電材料。

4 ESD模型

微電子器件生產(chǎn)中，靜電的放電方式有：第一種，微電子器件與帶電的人體接觸；第二種，帶電微電子器件與接地物體的接觸；第三種，微電子器件與帶電的機(jī)械設(shè)備接觸；第四種，微電子器件周圍靜電場(chǎng)產(chǎn)生的強(qiáng)大電壓[4]。

根據(jù)這四種靜電放電方式，人們提出四種描述模型：第一種，人體模型即HBM，這也是比較廣泛的應(yīng)用模型。HBM模擬微電子器件與帶電的人體接觸時(shí)，靜電放電過程，從而從中尋求解決辦法。第二種，機(jī)器模型即MM模型。這種模型是模擬器件生產(chǎn)中，設(shè)備放電的情況。第三種，器件帶點(diǎn)模型即CDM模型。CDM與FIM模型的原理類似，其不同之處是電荷的來源。第四種，感應(yīng)電場(chǎng)模型即FIM.FIM模型中電場(chǎng)感應(yīng)產(chǎn)生電荷。ESD模型的建立，可以模擬微電子器件生產(chǎn)中靜電的產(chǎn)生、釋放過程、釋放原理，最重要的是尋求解決辦法，得到一個(gè)改善措施，從而促進(jìn)微電子器件生產(chǎn)的效率，使微電子器件在生產(chǎn)中，微電子器件的損害率下降，促進(jìn)微電子行業(yè)的發(fā)展。

5 靜電防護(hù)體系

微電子器件的生產(chǎn)，運(yùn)輸?shù)冗^程較多，所以受到損害的概率也就比較大，每個(gè)環(huán)節(jié)的防護(hù)都要完善。任何一個(gè)環(huán)節(jié)都有可能導(dǎo)致微電子器件的損壞。除了對(duì)工作人員服飾上的防護(hù)，生產(chǎn)設(shè)備上的防護(hù)，生產(chǎn)環(huán)境的設(shè)置，還應(yīng)追求更高層次的防護(hù)措施。靜電防護(hù)不應(yīng)只停留在防靜電用品，而應(yīng)是系統(tǒng)化的管理，這樣的防護(hù)措施才是更有效的。靜電防護(hù)系統(tǒng)的科學(xué)化、標(biāo)準(zhǔn)化、整體化也是靜電防護(hù)發(fā)展的要求。

6 結(jié)束語

在微電子器件生產(chǎn)中，為了避免靜電損傷器件，不僅技術(shù)需要加強(qiáng)，更應(yīng)對(duì)ESD體系進(jìn)行完善。建立健全ESD防護(hù)標(biāo)準(zhǔn)，加強(qiáng)規(guī)章制度的貫徹力度，對(duì)人員的管理也要加強(qiáng)。ESD防護(hù)體系是對(duì)靜電防護(hù)的有效措施。

參考文獻(xiàn)

[1]劉進(jìn)，陳永光.系統(tǒng)級(jí)測(cè)試下靜電防護(hù)器件的失效機(jī)理分析[J].半導(dǎo)體光電，2016，1（5）：698-702+724.

[2]羅靜.微電子器件的靜電防護(hù)探討[J].通訊世界，2016，6（8）：250.

篇2

關(guān)鍵詞:功率半導(dǎo)體器件 混合型器件 IGBT

中圖分類號(hào):TN31 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A 文章編號(hào):1672-3791(2012)06(a)-0044-01

20世紀(jì)80年代以來,微電子技術(shù)與電力電子技術(shù)在各自發(fā)展的基礎(chǔ)上相結(jié)合而產(chǎn)生了一代高頻化、全控型的電力集成器件,帶來了電力電子技術(shù)的新時(shí)代,實(shí)現(xiàn)了由傳統(tǒng)的電力電子技術(shù)向現(xiàn)代電力電子技術(shù)的轉(zhuǎn)變。

1 現(xiàn)代電力電子器件

現(xiàn)代電力電子器件是指全控型的電力半導(dǎo)體器件,分為三大類[1]:雙極型器件、單極型器件和混合型器件。

1.1 雙極型器件,是指在器件內(nèi)部電子和空穴兩種載流子都參與導(dǎo)電過程的半導(dǎo)體器件

這類器件具有通態(tài)壓降低、阻斷電壓高和電流容量大的特點(diǎn)。適合中大容量的變流裝置。其中,我們常見的交流裝備有:門極關(guān)斷(GTO)晶閘管、電力晶體管(GTR)、靜電感應(yīng)晶閘管(SITH)。

1.2 單極型器件,是指器件內(nèi)只有一種載流子(多數(shù)載流子)參與導(dǎo)電過程的半導(dǎo)體器件

具有代表性的產(chǎn)品有電力場(chǎng)控晶體管(電力MOSFET)和靜電感應(yīng)晶體管(SIT)。單極型器件開關(guān)的時(shí)間較短,一般多在幾十納秒以下,這是因?yàn)榇蟛糠值妮d流子導(dǎo)電,無少子存儲(chǔ)效應(yīng)。

1.3 混合型器件,是指雙極型器件與單極型器件的集成混合

其主導(dǎo)器件為GTR、GTO晶閘管和SCR,將MOSFET用來做控制器件混合集成之后產(chǎn)生的器件。這種器件不僅具有GTR、GTO晶閘管和SCR等雙極型器件電流密度高、導(dǎo)通壓降低的優(yōu)點(diǎn),又具備MOSFET等單極型器件輸入阻抗高、響應(yīng)速度快的優(yōu)點(diǎn)。因此,人們開始高度重視這種新型混合器件。IGBT被人們公認(rèn)為最有發(fā)展?jié)摿Φ膹?fù)合器件之一。

2 絕緣柵雙極型晶體管(IGBT)

2.1 IGBT的地位及作用

IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor),中文我們稱之為“絕緣柵雙極晶體管”,是一種復(fù)合全控型電壓驅(qū)動(dòng)式功率半導(dǎo)體器件。它是電力電子技術(shù)的核心技術(shù),且是電機(jī)控制和功率變換器的首選器件。廣泛用于軌道交通、航空航天等戰(zhàn)略性行業(yè),具有高頻率、高電壓、大電流,易于開關(guān)等優(yōu)良性能,被業(yè)界譽(yù)為功率變流裝置的“CPU”。

它是電力電子領(lǐng)域非常理想的開關(guān)器件,其頻率特性介于MOSFET和功率晶體管之間,可正常工作在幾十Hz的頻率范圍內(nèi),故在較高頻率的大、中頻率應(yīng)用中占主要地位[2]。

2.2 IGBT的工作原理(如圖1)

IGBT和電力MOSFET有很大的淵源,可以說IGBT是根據(jù)電力MOSFET的原理發(fā)展出來的,在結(jié)構(gòu)上面,兩者有很大的相似之處。但是,IGBT具有很強(qiáng)的電流控制能力。原因歸結(jié)于兩者間結(jié)果的不同之處,即:IGBT多一個(gè)P層發(fā)射級(jí)。在IGBT導(dǎo)通時(shí),這個(gè)p層發(fā)射級(jí)可由P+注入?yún)^(qū)向N基區(qū)發(fā)射載流子(空穴),以調(diào)制漂移區(qū)的電導(dǎo)率。

IGBT的開通和關(guān)斷是由門極電壓來控制的。門極是以正向柵極電壓時(shí),MOSFET內(nèi)形成溝道并未PNP晶體管提供基極電流,從而使IGBT導(dǎo)通。在門極施以負(fù)電壓時(shí),MOSFET內(nèi)的溝道消失,PNP晶體管的基極電流被切斷,IGBT關(guān)斷。

3 IGBT的應(yīng)用領(lǐng)域

IGBT作為電機(jī)控制和功率半導(dǎo)體器件首選器件,在軌道交通、航空航天、船舶驅(qū)動(dòng)、新能源電動(dòng)汽車、風(fēng)力發(fā)電、太陽能發(fā)電、高壓變頻、工業(yè)傳動(dòng)及電力傳輸?shù)榷鄠€(gè)重要行業(yè)和領(lǐng)域廣泛運(yùn)用。目前,在軌道交通高速動(dòng)車組、大功率電力機(jī)車、城軌車輛幾乎普遍采用IGBT;在節(jié)能環(huán)保領(lǐng)域,IGBT成為節(jié)能設(shè)備最核心的部件;在電力傳輸領(lǐng)域,IGBT在柔性輸電等技術(shù)中發(fā)揮越來越大的作用。同時(shí),大功率IGBT也是諧波治理中最理想的開關(guān)器件。因此,IGBT具有良好的市場(chǎng)前景。在未來很長(zhǎng)一段時(shí)間內(nèi),為適應(yīng)全球降低CO2排放的戰(zhàn)略需要,IGBT將更加廣泛地應(yīng)用于可再生能源發(fā)電、智能配電與控制、分布式發(fā)電、電力牽引等領(lǐng)域,成為節(jié)能技術(shù)和低碳經(jīng)濟(jì)的主要支撐。

4 IGBT的發(fā)展現(xiàn)狀

IGBT是電力電子時(shí)代的新寵。它是一種很優(yōu)秀的電力電子器件,已逐漸替代了晶閘管,成為電力電子技術(shù)平臺(tái)性的器件。雖然國外的IGBT產(chǎn)業(yè)取得了很大進(jìn)展,但令人嘆惋的是,我們國家目前并未形成自己的IGBT產(chǎn)業(yè),目前我們使用的IGBT管子全部是進(jìn)口購買的。我國只能進(jìn)口國外IGBT芯片,自己進(jìn)行少量封裝。因此對(duì)于我們這樣一個(gè)擁有13億人口的大國,像IGBT這樣的基礎(chǔ)元件及其相關(guān)技術(shù),必須擁有自己的IGBT產(chǎn)業(yè)。隨著國家對(duì)電力電子技術(shù)發(fā)展的重視,相信很快就會(huì)用上自己生產(chǎn)出的IGBT。

5 IGBT的發(fā)展方向

IGBT的發(fā)展趨勢(shì)有兩個(gè)方向:超大功率模塊和超快速IGBT。其中,超大功率模塊IGBT有望取代GTO,并將其在電力系統(tǒng)、高壓直流輸電、機(jī)車牽引等方面擴(kuò)寬應(yīng)用領(lǐng)域。超快速IGBT則將在高頻開關(guān)電源等方面擴(kuò)大其應(yīng)用領(lǐng)域?？傊?超大功率、超快速、模塊化、智能化是IGBT發(fā)展的方向。

參考文獻(xiàn)

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關(guān)鍵詞 數(shù)字電子汽車衡；檢定；常見故障；維修措施

中圖分類號(hào) TH715 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A 文章編號(hào) 1673-9671-（2012）112-0204-01

數(shù)字電子汽車衡在稱重計(jì)量中應(yīng)用的很廣泛，是稱重計(jì)量中的重要工具，但是在應(yīng)用過程中出現(xiàn)的諸多故障使人煩惱。下面我們就簡(jiǎn)單分析一下數(shù)字式汽車衡檢定、常見故障、故障排除以及維修措施。

1 數(shù)字汽車衡的檢定

1.1 檢定前的分析

在進(jìn)行檢定前，應(yīng)對(duì)各個(gè)主要的部件進(jìn)行查看，主要是對(duì)稱重顯示器、稱重傳感器、秤體進(jìn)行檢查。檢查秤臺(tái)下面有無雜物，例如煤塊、水泥塊、石塊等，應(yīng)把雜物清理干凈；然后查看四角的螺絲緊挨秤體的程度、秤體的水平問題等。檢查完之后，對(duì)電子汽車衡的儀表通電，在通過足夠的預(yù)熱時(shí)間后，才可以對(duì)整機(jī)進(jìn)行檢定。

1.2 首次檢定

首次檢定是對(duì)于沒有檢定過的數(shù)字式汽車衡進(jìn)行檢定，包括對(duì)新制造、新安裝秤的檢定和進(jìn)口秤的檢定。

1.3 隨后檢定

隨后檢定也叫后續(xù)檢定，它的檢定標(biāo)準(zhǔn)是最大允許的誤差和首次檢定的最大誤差應(yīng)該相同，是對(duì)首次檢定后的任何一種檢定，它包括：修理后檢定、周期檢定、周期檢定有效期未到前的檢定、新投入使用數(shù)字汽車衡使用前申請(qǐng)的檢定。

1.4 使用中檢定

使用中檢定是檢查秤是否滿足檢定的條件，工作狀態(tài)是否良好，數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確率，還要查看檢定證書或檢定標(biāo)記是否在有效期內(nèi)，有沒有損壞檢定標(biāo)記、在檢定后有無明顯的改動(dòng)，誤差是否符合標(biāo)準(zhǔn)等，檢定項(xiàng)目和隨后檢定項(xiàng)目一樣，但其最大允許誤差是首次檢定項(xiàng)目最大誤差的兩倍，實(shí)質(zhì)上是對(duì)首次檢定和隨后檢定的監(jiān)督檢驗(yàn)。

2 數(shù)字式汽車衡故障排除

1）直接法，通過用肉眼觀察，檢查各個(gè)部件是否出現(xiàn)異常，例如脫焊、掉線、虛焊、短路、錯(cuò)接等。

2）比較法，利用萬能表進(jìn)行對(duì)疑似故障的部件兩端的電阻和電壓測(cè)量，再與正常的電阻、電壓想比較。

3）替代法，對(duì)懷疑損壞的部件，用好的電子元器件、電路板替換，觀察替換后的結(jié)果是否正常。

4）代碼診斷法，對(duì)于儀表出現(xiàn)的故障，根據(jù)它的錯(cuò)誤代碼，通過說明書查找故障代碼，就可以發(fā)現(xiàn)哪一環(huán)節(jié)出現(xiàn)故障。

5）插撥法，檢查各個(gè)部件的接觸是否連接好，可以將插件或芯片通過拔出或者插入的方式檢查。

3 數(shù)字式汽車衡的常見故障與維修

3.1 儀表不歸零或零位不穩(wěn)

1）造成數(shù)字式汽車衡不歸零或零位不穩(wěn)的重要原因是基礎(chǔ)不實(shí)。汽車衡共經(jīng)歷了三個(gè)階段：機(jī)械式、機(jī)電式、電子式，基礎(chǔ)要求隨著噸位的增大而變高。麻石基礎(chǔ)可以滿足低噸位時(shí)期的需要，但是對(duì)于大噸位的電子秤，特別是精度高的數(shù)字式電子汽車衡，基礎(chǔ)要求的就特別高，要有足夠的強(qiáng)度而且各板面間的水平高度誤差不得超過3毫米。

2）接地不良。電子汽車衡對(duì)于電阻的要求要小于4歐姆，而且要有獨(dú)立的接地，所以在做基礎(chǔ)的時(shí)候必須考慮設(shè)置接地樁。

3）限位裝置不當(dāng)。秤體安裝時(shí)，應(yīng)把橫、縱向限位裝置放在對(duì)應(yīng)的基礎(chǔ)板上，并緊固螺栓，使限位螺栓頭部與秤臺(tái)側(cè)面板的間隙保持3毫米，再鎖緊螺母。但是由于秤體具有熱脹冷縮性，所以在冬夏季節(jié)要及時(shí)調(diào)整限位螺栓，保持間隙3毫米，否則就會(huì)造成秤體被側(cè)向頂死，出現(xiàn)儀表不歸零的現(xiàn)象。

4）傳感器被損壞。傳感器被損壞是造成儀表不歸零的原因之一，可以用砝碼進(jìn)行偏載試驗(yàn)，找出有問題的傳感器，并檢查其安裝是否正常，如果正常就說明是傳感器自身的故障，需更換傳感器。

5）沒有得到良好的保養(yǎng)。使用數(shù)字式電子汽車秤的環(huán)境惡劣，灰塵垃圾較多，如果清理的不及時(shí)就會(huì)造成堵塞。比如，用于港口稱重的數(shù)字式汽車衡，會(huì)由于港口的糧食較多，容易引起鼠害，老鼠會(huì)藏匿秤體下，連接信號(hào)的導(dǎo)線會(huì)被老鼠咬斷而造成短路或斷路，影響數(shù)字式汽車衡的正常使用，因此要注意衡器的日常維護(hù)和保養(yǎng)。停機(jī)時(shí)，按照資料的要求，對(duì)每個(gè)需的地方及時(shí)補(bǔ)充油，定時(shí)更換減速機(jī)和螺旋泵承座油。另外，還要檢查電機(jī)、各個(gè)氣動(dòng)元件、壓力表、傳感器和儀表，要及時(shí)清理灰塵、雜物、及時(shí)取出過濾器積液，并按照隨機(jī)要求做好日常的維護(hù)工作。

3.2 數(shù)字秤儀表數(shù)字閃爍

儀表數(shù)字閃爍，有可能有三種情況：①儀表外面的電源不穩(wěn)定導(dǎo)致；②傳感器接頭或者接線盒，由于接觸不良或者受潮引起的；③儀表連接處和輸出電纜虛焊或接觸不良所致。如果儀表有問題，則修復(fù)儀表；更換損壞的傳感器；把接頭和接線板連接好。若接線盒潮濕則用電吹風(fēng)吹干，然后用酒精擦洗吹干。

3.3 數(shù)字儀表不顯示或者循環(huán)顯示

這類故障一般比較復(fù)雜，可能是由于儀表、傳感器性能、接線引起的問題。用萬能表檢查電源和電壓是否正常，檢查連接總線有無斷路，檢查儀表是否損壞，傳感器的損壞程度。遇到這樣的問題，應(yīng)恢復(fù)正常電源，修復(fù)儀表、處理好連接線，如果傳感器損壞則需更換。

3.4 儀表出現(xiàn)end01-erd08的錯(cuò)誤代碼

當(dāng)儀表出現(xiàn)這種提示時(shí)，則表示儀表和數(shù)字傳感器之間的通信出現(xiàn)故障，有可能是因通信中斷引起的，首先要檢查傳感器的供電是不是正常的，在接線盒內(nèi)測(cè)量end和v+間的電壓，并保證電壓在6.5v以上，如果沒有電壓或者電壓很低，則要檢查主線是否斷線，是否因傳感器短路引起。傳感器的通信線和接地線短路也會(huì)引起儀表的錯(cuò)誤，顯示end01-erd08（代碼），用萬用表的20k電阻檔位，黑表棒接傳感器的黑線，用紅表棒分別接四根信號(hào)線測(cè)量，若測(cè)量值不在9k-12k之間，則說明阻值偏大或偏小，說明傳感器損壞，需更換才可使用。

3.5 儀表標(biāo)定數(shù)據(jù)丟失

導(dǎo)致標(biāo)定數(shù)據(jù)丟失的原因可能是電源、傳感器和秤臺(tái)不接地，或者用零線代替地線，通常會(huì)導(dǎo)致傳感器通訊不穩(wěn)定、儀表和秤體帶電、甚至導(dǎo)致儀表的數(shù)據(jù)丟失，從而損害儀表。因此，現(xiàn)場(chǎng)的電源接地非常重要。例如，一臺(tái)中行數(shù)字傳感器的數(shù)字汽車衡，在初期使用時(shí)正常，但是經(jīng)過供電線路改造后，秤體和儀表的外殼有麻手的感覺，數(shù)據(jù)的穩(wěn)定性差，而且在連接打印機(jī)后出現(xiàn)總開關(guān)跳閘的現(xiàn)象。經(jīng)檢查才發(fā)現(xiàn)是由于現(xiàn)場(chǎng)電源不接地，從而使儀表地線帶電影響到設(shè)備不能正常的工作，在現(xiàn)場(chǎng)處理時(shí)，發(fā)現(xiàn)儀表變壓器已被損壞，經(jīng)重做地線、更換變壓器后，問題才得以解決。

4 結(jié)束語

本文通過對(duì)數(shù)字電子汽車衡的分析，對(duì)它的相關(guān)情況有了進(jìn)一步的了解，在以后的工作中可以根據(jù)文中提出的措施運(yùn)用到實(shí)踐中去。

參考文獻(xiàn)

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[2]賈薇，趙宏偉.淺談電子汽車衡的故障分析與修理[J].城市建設(shè)理論研究（電子版），2012，20：1-8.

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[5]張羽麗.淺談電子汽車衡檢測(cè)過程中常見的故障及處理方法[J].商品與質(zhì)量：學(xué)術(shù)觀察，2011，10.

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適當(dāng)?shù)?/p>

很多心理學(xué)家，把得到輕撫同食物、水并列為嬰兒最需要的供給品，輕撫是新生兒神經(jīng)和體格發(fā)育不可缺少的營養(yǎng)品。每次輕撫都傳遞著父母的呵護(hù)，可以增加親子間的情感交流，讓孩子感受到家人對(duì)他的關(guān)愛，因而獲得心理上的安全感――這一點(diǎn)對(duì)其心理健康成長(zhǎng)是極其重要的。經(jīng)常得到的孩子，長(zhǎng)大后會(huì)擁有自信和樂觀的性格，并懂得愛與被愛。哺乳期孩子的“皮膚饑餓”是很強(qiáng)烈的，父母或其他撫育者都應(yīng)盡量滿足孩子的需要。因此，新生兒不宜捆綁起來單獨(dú)放置在小床，最好能讓其赤身靠近母親的胸膛，與母親體膚接觸，聽到母親的心跳聲。

愉悅的哺乳活動(dòng)

孩子吃牛奶不如吃母乳，不僅營養(yǎng)上有差異，更重要的是母親喂奶可以讓孩子獲得感情上的慰籍。有關(guān)研究表明，哺乳方式與哺乳者的情緒狀態(tài)對(duì)孩子身心健康都有很大影響。國外有個(gè)保育院曾采用自動(dòng)化喂奶，喂奶時(shí)一按電鈕就往孩子嘴里灌奶，結(jié)果院里的孩子情緒很壞，患病率和死亡率都很高。后來增加了保育員，并規(guī)定抱起孩子喂奶，孩子們的情緒和健康狀況就有了很大的好轉(zhuǎn)。

許多年輕的母親都有這樣的經(jīng)驗(yàn)，有時(shí)孩子吃飽了，還會(huì)含著不肯放，表情上顯得很滿足。對(duì)許多孩子來說，依偎在媽媽懷里，吸吮著媽媽的，是件十分愉快的事情。

孩子從6個(gè)月到一周歲，是心理活動(dòng)急劇發(fā)展的時(shí)期，也是建立“母子聯(lián)結(jié)”的關(guān)鍵時(shí)期，如果這個(gè)時(shí)期讓孩子多和母親接觸，容易培養(yǎng)孩子良好的情緒；如果孩子長(zhǎng)期得不到母愛，就會(huì)出現(xiàn)夜驚、拒食、消化系統(tǒng)的功能紊亂，甚至造成發(fā)育緩慢。

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[關(guān)鍵詞]電子汽車衡 使用 維護(hù) 檢定

中圖分類號(hào)：TH715.1 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1009-914X（2015）18-0333-01

引言：SCS系列數(shù)字式汽車衡是對(duì)運(yùn)行中或靜止的貨物進(jìn)行稱重的自動(dòng)化稱重設(shè)備，適用于各種火車和散貨的計(jì)量。我公司采用的是SCS-150型電子汽車衡，它由機(jī)械稱重臺(tái)面、數(shù)字傳感器系統(tǒng)、數(shù)字稱重顯示器等組成，與之配套的設(shè)施有秤體基礎(chǔ)及控制室等。當(dāng)被稱重物或載重汽車置于秤體臺(tái)面上，在重力作用下，稱重臺(tái)面將重力傳遞至傳感器，使傳感器彈性體變形，完成力/電轉(zhuǎn)換，輸出與重量數(shù)值成正比例的電信號(hào)，經(jīng)稱重儀表處理，完成模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換、數(shù)據(jù)采集、處理、顯示等工作。其具有①高精度、高可靠性②一致性、互換性好③高穩(wěn)定性、抗干擾能力強(qiáng)④具有自我識(shí)別功能，便于故障診斷⑤具有較高的組稱靈活性⑥具有防作弊功能等特點(diǎn)。

一、電子汽車衡的日檢維護(hù)及主要技術(shù)參數(shù)

（一）技術(shù)性能指標(biāo)要求（表1）

（二）使用注意事項(xiàng)

1、汽車衡應(yīng)勻速上秤臺(tái)，速度控制在5km/h以內(nèi)；禁止在秤臺(tái)上緊急剎車，車身盡量?？吭诔芋w中間位置。

2、每次車輛上秤臺(tái)前先觀察儀表顯示是否為毛重零；打印或記錄數(shù)據(jù)前觀察儀表顯示是否穩(wěn)定。

3、當(dāng)秤上有車輛時(shí)不允許儀表斷電，如臨時(shí)斷電，在恢復(fù)上電后應(yīng)讓車輛下秤臺(tái)，待儀表恢復(fù)零點(diǎn)后再重新計(jì)量。

4、秤臺(tái)上嚴(yán)禁電焊作業(yè)或?qū)⒊优_(tái)作為地線使用。

5、每次計(jì)量的汽車載重不得大于最大稱量。

（三）維護(hù)注意事項(xiàng)

1、定期檢查汽車衡的限位裝置以保證衡器的精度。檢查？秤體是否靈活，縱向、橫向限位間隙應(yīng)為3mm，限位撞塊與各個(gè)限位螺栓完好（橫向限位間隙≤2mm，縱向限位≤3mm，卸荷間隙≤2mm）。

2、檢查承重臺(tái)是否合格即：四個(gè)傳感器受力點(diǎn)對(duì)角線尺寸（對(duì)角誤差在4mm以內(nèi)），以及以中心線為基準(zhǔn)左右偏差（在±1.5mm以內(nèi)）和前后偏差（在±2mm以內(nèi)）；

3、檢查秤臺(tái)四周間隙應(yīng)注意秤的邊緣與秤體底部或秤體與引坡間有無雜物嵌入；接線盒應(yīng)內(nèi)清潔干燥，各個(gè)傳感器電纜接線牢固，ABS外六角螺母鎖緊。

5、柱式傳感器垂直安裝，無傾斜現(xiàn)象。

（四）常見故障的分析與排除

1、儀表通電無顯示及蜂鳴聲：可能為保險(xiǎn)絲燒斷，或無220V交流電無輸入或儀表變壓器被高壓擊穿應(yīng)更換保險(xiǎn)絲、檢查有無22V交流輸入或更換專用變壓器；

2、儀表顯示有角差：可能由于秤體基礎(chǔ)不實(shí)，長(zhǎng)期使用后使傳感器基座高度不一致?？芍匦抡{(diào)整角差分?jǐn)?shù)或調(diào)整基座高度。

3、儀表顯示有飄移現(xiàn)象：可能由于數(shù)字傳感器長(zhǎng)期浸水受潮，絕緣性能減弱。應(yīng)檢查每一只傳感器的內(nèi)碼值，可確定哪一只傳感器存在飄移現(xiàn)象。

4、儀表開機(jī)后自檢，然后顯示“…………”死機(jī)：可能接線盒中的綠白數(shù)據(jù)線接反：應(yīng)立即斷開電源，用儀表檢測(cè)所有傳感器電纜線與總線的相應(yīng)色線是否正確，并測(cè)試相互之間有無碰線，重新連線后即可。

5、大屏顯示從開機(jī)一直不顯示正常稱重?cái)?shù)據(jù)：儀表接口與大屏接口的連線方式未統(tǒng)一；該表連接方式連接即可。

6、儀表與計(jì)算機(jī)連接后，運(yùn)行稱重軟件顯示亂碼：重新設(shè)置儀表和稱重軟件中的波特率，將其設(shè)置統(tǒng)一。

7、車下稱臺(tái)后，儀表上仍顯示一個(gè)比較大的穩(wěn)定數(shù)據(jù)：檢查稱臺(tái)的限位，將其調(diào)整到合理位置。

8、開機(jī)后儀表一直顯示比較大的數(shù)據(jù)，而且大范圍閃變：電壓不穩(wěn)或有外界干擾。

二、電子汽車衡的檢定

（一）檢定標(biāo)準(zhǔn)器（砝碼）

檢定用的標(biāo)準(zhǔn)砝碼誤差，應(yīng)不大于秤相應(yīng)秤量最大允許誤差的1/3。

（二）分度值及最大允許誤差范圍（表2）

（三）檢定過程

電子汽車衡的檢定應(yīng)符合JJG539-1997《數(shù)字指示稱》檢定規(guī)程，其具體操作步驟如下：

1、外觀檢查

檢查制造許可證的標(biāo)志和編號(hào)；生產(chǎn)廠家、出廠編號(hào)、準(zhǔn)確度等級(jí)；最大最小秤量；檢定分度值；標(biāo)志應(yīng)牢固可靠，其字跡大小和形狀必須清楚、易懂。

2、重復(fù)性檢測(cè)

對(duì)同一載荷多次稱量所得的結(jié)果之差，應(yīng)不大于該秤量最大允許誤差的絕對(duì)值。

從零點(diǎn)起按由小到大的順序加砝碼至最大秤量，用相同的方法卸砝碼至零點(diǎn)，進(jìn)行多次測(cè)量。測(cè)量應(yīng)包括（最小秤量；最大允許誤差改變的秤量；50%最大秤量；最大秤量）。

3、偏載

同一砝碼在不同位置的示值，其誤差應(yīng)不大于該秤量的最大允許誤差。

（1）對(duì)于承載器的支撐點(diǎn)個(gè)數(shù)N

（2）對(duì)于承載器的支撐點(diǎn)個(gè)數(shù)N>=4的秤，在每個(gè)支撐點(diǎn)上加的砝碼約等于最大秤量與最大添加皮重之和的1/（N-1）。

4、鑒別力

在處于平衡的秤上，輕緩地放上或取下等于1.4d的砝碼，此時(shí)原來的示值應(yīng)改變。

5、置零裝置

置零裝置的置零準(zhǔn)確度在±0.25d，置零裝置的置零的總效果應(yīng)不大于最大秤量（MAX）的4%.

初始置零裝置的總效果應(yīng)不大最大秤量的20%.

6、置零裝置的準(zhǔn)確度

置零后，零點(diǎn)偏差對(duì)稱量結(jié)果的影響應(yīng)不大于0.25e。

7、重復(fù)效驗(yàn)

找總質(zhì)量大于或等于本動(dòng)態(tài)汽車衡的最大秤量汽車重復(fù)壓幾次，其偏差應(yīng)不大于最大允許誤差。

參考文獻(xiàn)

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關(guān)鍵詞：微電子工藝；創(chuàng)新性；實(shí)驗(yàn)教學(xué)

一、引言

微電子技術(shù)與國家科技發(fā)展密切相關(guān)，是21世紀(jì)我國重點(diǎn)發(fā)展的技術(shù)方向。在新形勢(shì)下，無論軍用還是民用方面都對(duì)微電子方向人才有強(qiáng)烈需求。高校微電子專業(yè)是以培養(yǎng)能在微電子學(xué)領(lǐng)域內(nèi)，從事半導(dǎo)體器件、集成電路設(shè)計(jì)、制造和相應(yīng)的新產(chǎn)品、新技術(shù)、新工藝的研究和開發(fā)等方面工作的高級(jí)應(yīng)用型科技人才為目標(biāo)的。因此，要求學(xué)生不僅要具備堅(jiān)實(shí)的理論基礎(chǔ)，還需具備突出的專業(yè)能力和創(chuàng)新能力，滿足行業(yè)的快速發(fā)展和社會(huì)需求。

目前我國微電子行業(yè)中，微電子工藝研究相對(duì)于器件和集成電路設(shè)計(jì)研究工作是滯后的，處于不平衡發(fā)展?fàn)顟B(tài)，為使行業(yè)發(fā)展更均衡，需要加強(qiáng)微電子工藝人才的培養(yǎng)。微電子工藝是微電子專業(yè)中非常重要的專業(yè)課，主要研究微電子器件與集成電路制造工藝原理與技術(shù)。微電子器件與集成電路尺寸都是在微米甚至納米量級(jí)，導(dǎo)致在理論學(xué)習(xí)過程中，學(xué)生理解有一定的困難，因此需要通過開設(shè)微電子工藝實(shí)驗(yàn)課程加深和鞏固知識(shí)內(nèi)容，使學(xué)生更加直接地接觸微電子行業(yè)核心技術(shù)，了解半導(dǎo)體器件、集成電路生產(chǎn)制造加工的技術(shù)方法，從而促進(jìn)學(xué)生對(duì)微電子工藝等課程的學(xué)習(xí)。因此，微電子工藝實(shí)驗(yàn)教學(xué)可以有效地彌補(bǔ)理論教學(xué)的局限性和抽象性，促進(jìn)學(xué)生對(duì)理論課的理解和提高學(xué)生的動(dòng)手能力。

二、課程分析

微電子工藝課程要求掌握制造集成電路所涉及的外延、氧化、摻雜、光刻、刻蝕、化學(xué)氣相淀積、物理氣相淀積、金屬化等技術(shù)的原理與方法，熟悉雙極型和M0s集成電路的制造工藝流程，了解集成電路的新工藝和新技術(shù)。微電子技術(shù)的發(fā)展是遵循摩爾定律，快速發(fā)展變化的，雖然工程教育要求教學(xué)最新最前沿的技術(shù)，但微電子設(shè)備價(jià)格昂貴，運(yùn)轉(zhuǎn)與維護(hù)費(fèi)用很高，任何高校都很難不斷升級(jí)換代；而且集成電路制造技術(shù)的更新迭代主要是在摻雜技術(shù)、光刻技術(shù)、電極制造技術(shù)方面進(jìn)行了技術(shù)改進(jìn)，在其他方面還都是相似的，因此，在高校中單純追求工藝先進(jìn)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)是不現(xiàn)實(shí)的?；诖?，結(jié)合實(shí)際教學(xué)資源情況，建設(shè)主流、典型工藝技術(shù)的工藝實(shí)驗(yàn)線，并開展理論聯(lián)系實(shí)踐的實(shí)驗(yàn)教學(xué)是微電子工藝實(shí)驗(yàn)室建設(shè)的重點(diǎn)。通過實(shí)驗(yàn)使學(xué)生更牢固地掌握晶體管及簡(jiǎn)單Ic的整個(gè)工藝制造技術(shù)，學(xué)會(huì)測(cè)試晶體管重要參數(shù)，以及初步了解集成電路工藝制造過程。

黑龍江大學(xué)微電子工藝實(shí)驗(yàn)室已建立數(shù)十年，之前受到設(shè)備的限制，所開設(shè)的實(shí)驗(yàn)都是分立的，不能完全按工藝流程完成器件的制作，沒有形成有機(jī)整體，學(xué)生缺乏對(duì)晶體管制作工藝流程的整體認(rèn)識(shí)。經(jīng)過不斷發(fā)展和學(xué)校的大量投入，目前該實(shí)驗(yàn)室擁有一條微電子平面工藝線，主要的設(shè)備包括磁控濺射設(shè)備、電子束蒸發(fā)設(shè)備、CVD化學(xué)氣相淀積系統(tǒng)、光刻機(jī)、離子刻蝕機(jī)、擴(kuò)散爐、氧化爐、超聲壓焊機(jī)、燒結(jié)爐等。這些設(shè)備保證了微電子工藝實(shí)驗(yàn)?zāi)軌虬淳w管制作工藝流程順序完成制作。同時(shí)實(shí)驗(yàn)室配備了測(cè)試環(huán)節(jié)所必須的顯微鏡、電阻率測(cè)試儀、探針測(cè)試臺(tái)、半導(dǎo)體特性圖示儀等檢測(cè)儀器，通過實(shí)驗(yàn)?zāi)苓M(jìn)一步加深學(xué)生對(duì)微電子工藝制造過程的了解。實(shí)踐證明，以上實(shí)驗(yàn)內(nèi)容對(duì)學(xué)生掌握知識(shí)和開拓視野起到十分重要的作用，效果顯著。該實(shí)驗(yàn)室多年來一直開展本科生教學(xué)和本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)、研究生畢業(yè)設(shè)計(jì)、各類創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目等教學(xué)、科研工作。

三、實(shí)驗(yàn)教學(xué)的開展

為了達(dá)到理論實(shí)踐相互支撐與關(guān)聯(lián)，通過實(shí)驗(yàn)促進(jìn)理論學(xué)習(xí)，筆者根據(jù)微電子專業(yè)特點(diǎn)，開展了微電子工藝實(shí)驗(yàn)的教學(xué)改革。在原有的微電子平面工藝實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，建立由實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的設(shè)置、多媒體工藝視頻、實(shí)際操作的工藝實(shí)驗(yàn)、實(shí)驗(yàn)考核方法和參觀學(xué)習(xí)五部分組成的教學(xué)方式，形成有效的實(shí)踐教學(xué)，加強(qiáng)了學(xué)生對(duì)制造技術(shù)和工藝流程的整體的認(rèn)識(shí)，培養(yǎng)了學(xué)生對(duì)半導(dǎo)體器件原理研究的興趣，使學(xué)生對(duì)將來從事半導(dǎo)體工藝方面的研究充滿信心。

（一）實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的設(shè)置

實(shí)驗(yàn)內(nèi)容主要包括四部分：

1.教師提供給學(xué)生難易不同的器件結(jié)構(gòu)（二極管、三極管、MOS管等），學(xué)生可以自主選擇；

2.根據(jù)器件結(jié)構(gòu)，計(jì)算機(jī)輔助軟件設(shè)計(jì)器件制作的工藝流程；

3.通過實(shí)驗(yàn)室提供的儀器設(shè)備完成器件制作；

4.測(cè)試器件性能參數(shù)。

通過這樣設(shè)置，既能掌握微電子工藝的基本理論，又能通過實(shí)驗(yàn)分析完善工藝參數(shù)，使學(xué)生完全參與其中。

（二）多媒體工藝視頻

為了讓學(xué)生對(duì)集成電路設(shè)計(jì)和微電子制造工藝有直觀的認(rèn)識(shí)。結(jié)合實(shí)際的實(shí)驗(yàn)教學(xué)過程，制作全程相關(guān)單項(xiàng)工藝技術(shù)、流程及設(shè)備操作視頻演示資料，同時(shí)強(qiáng)調(diào)工藝制作過程中安全操作和注意事項(xiàng)，防止危險(xiǎn)的發(fā)生。

（三）實(shí)際操作的工藝實(shí)驗(yàn)

工藝實(shí)驗(yàn)涵蓋清洗、氧化、擴(kuò)散、光刻、制版、蒸鍍、燒結(jié)、壓焊等主要工序，為學(xué)生親自動(dòng)手制作半導(dǎo)體器件和制造集成電路提供了一個(gè)完整的實(shí)驗(yàn)條件。學(xué)生根據(jù)所學(xué)的理論知識(shí)了解器件結(jié)構(gòu)、確定工藝條件、按照流程完成器件的制作。保證每名學(xué)生都參與到器件制作過程中。同時(shí)每個(gè)單項(xiàng)工序時(shí)間和內(nèi)容采取預(yù)約制，實(shí)現(xiàn)開放式實(shí)驗(yàn)教學(xué)。

、

（四）實(shí)驗(yàn)考核方法

在實(shí)驗(yàn)教學(xué)環(huán)節(jié)中，實(shí)驗(yàn)考核是重要的教學(xué)質(zhì)量評(píng)價(jià)手段。實(shí)驗(yàn)著重對(duì)動(dòng)手能力和綜合分析問題的能力及創(chuàng)新能力進(jìn)行考核。主要考核內(nèi)容包括：

1.器件工藝設(shè)計(jì)：考核設(shè)計(jì)器件制作流程的合理性；

2.工藝實(shí)驗(yàn)：考核現(xiàn)場(chǎng)工藝操作是否規(guī)范，選用的工藝條件是否合理；

3.測(cè)試結(jié)果：考核制作器件的測(cè)試結(jié)果；

4.實(shí)驗(yàn)分析報(bào)告：考核分析問題和解決問題能力，并最終給出綜合成績(jī)。

（五）參觀學(xué)習(xí)

參觀學(xué)習(xí)有助于學(xué)生全面了解本行業(yè)國內(nèi)外發(fā)展的概況及先進(jìn)的設(shè)備、現(xiàn)代化的生產(chǎn)車間和工藝水平。每年帶領(lǐng)學(xué)生參觀中國電子科技集團(tuán)公司第49研究所、海格集團(tuán)等企事業(yè)單位，安排相應(yīng)技術(shù)人員進(jìn)行講座和交流，使學(xué)生學(xué)習(xí)到更多的寶貴經(jīng)驗(yàn)和實(shí)踐知識(shí)。

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預(yù)計(jì)在未來10到20年，微電子器件抗輻射加固的重點(diǎn)發(fā)展技術(shù)是：抗輻射加固新技術(shù)和新方法研究；新材料和先進(jìn)器件結(jié)構(gòu)輻射效應(yīng)；多器件相互作用模型和模擬研究；理解和研究復(fù)雜3－D結(jié)構(gòu)、系統(tǒng)封裝的抗輻射加固；開發(fā)能夠降低測(cè)試要求的先進(jìn)模擬技術(shù)；開發(fā)應(yīng)用加固設(shè)計(jì)的各種技術(shù)。本文分析研究了微電子器件抗輻射加固設(shè)計(jì)技術(shù)和工藝制造技術(shù)的發(fā)展態(tài)勢(shì)。

2輻射效應(yīng)和損傷機(jī)理研究

微電子器件中的數(shù)字和模擬集成電路的輻射效應(yīng)一般分為總劑量效應(yīng)（TID）、單粒子效應(yīng)（SEE）和劑量率（DoesRate）效應(yīng)?？倓┝啃?yīng)源于由γ光子、質(zhì)子和中子照射所引發(fā)的氧化層電荷陷阱或位移破壞，包括漏電流增加、MOSFET閾值漂移，以及雙極晶體管的增益衰減。SEE是由輻射環(huán)境中的高能粒子（質(zhì)子、中子、α粒子和其他重離子）轟擊微電子電路的敏感區(qū)引發(fā)的。在p－n結(jié)兩端產(chǎn)生電荷的單粒子效應(yīng)，可引發(fā)軟誤差、電路閉鎖或元件燒毀。SEE中的單粒子翻轉(zhuǎn)（SEU）會(huì)導(dǎo)致電路節(jié)點(diǎn)的邏輯狀態(tài)發(fā)生翻轉(zhuǎn)。劑量率效應(yīng)是由甚高速率的γ或X射線，在極短時(shí)間內(nèi)作用于電路，并在整個(gè)電路內(nèi)產(chǎn)生光電流引發(fā)的，可導(dǎo)致閉鎖、燒毀和軌電壓坍塌等破壞［1］。輻射效應(yīng)和損傷機(jī)理研究是抗輻射加固技術(shù)的基礎(chǔ)，航空航天應(yīng)用的SiGe，InP，集成光電子等高速高性能新型器件的輻射效應(yīng)和損傷機(jī)理是研究重點(diǎn)。研究新型器件的輻射效應(yīng)和損傷機(jī)理的重要作用是：1）對(duì)新的微電子技術(shù)和光電子技術(shù)進(jìn)行分析評(píng)價(jià)，推動(dòng)其應(yīng)用到航空航天等任務(wù)中；2）研究輻射環(huán)境應(yīng)用技術(shù)的指導(dǎo)方法學(xué)；3）研究抗輻射保證問題，以增加系統(tǒng)可靠性，減少成本，簡(jiǎn)化供應(yīng)渠道。研究的目的是保證帶寬／速度不斷提升的微電子和光（如光纖數(shù)據(jù)鏈接）電子電路在輻射環(huán)境中可靠地工作。圖1所示為輻射效應(yīng)和損傷機(jī)理的重點(diǎn)研究對(duì)象。研究領(lǐng)域可分為：1）新微電子器件輻射效應(yīng)和損傷機(jī)理；2）先進(jìn)微電子技術(shù)輻射評(píng)估；3）航空航天抗輻射保障；4）光電子器件的輻射效應(yīng)和損傷機(jī)理；5）輻射測(cè)試、放射量測(cè)定及相關(guān)問題；6）飛行工程和異常數(shù)據(jù)分析；7）提供及時(shí)的前期工程支持；8）航空輻射效應(yīng)評(píng)估；9）輻射數(shù)據(jù)維護(hù)和傳送。

3抗輻射加固設(shè)計(jì)技術(shù)

3．1抗輻射加固系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法

開展抗輻射加固設(shè)計(jì)需要一個(gè)完整的設(shè)計(jì)和驗(yàn)證體系，包括技術(shù)支持開發(fā)、建立空間環(huán)境模型及環(huán)境監(jiān)視系統(tǒng)、具備系統(tǒng)設(shè)計(jì)概念和在軌實(shí)驗(yàn)的數(shù)據(jù)庫等。圖2所示為空間抗輻射加固設(shè)計(jì)的驗(yàn)證體系。本文討論的設(shè)計(jì)技術(shù)范圍主要是關(guān)于系統(tǒng)、結(jié)構(gòu)、電路、器件級(jí)的設(shè)計(jì)技術(shù)?？梢酝ㄟ^圖2所示設(shè)計(jì)體系進(jìn)行抗輻射加固設(shè)計(jì)：1）采用多級(jí)別冗余的方法減輕輻射破壞，這些級(jí)別分為元件級(jí)、板級(jí)、系統(tǒng)級(jí)和飛行器級(jí)。2）采用冗余或加倍結(jié)構(gòu)元件（如三模塊冗余）的邏輯電路設(shè)計(jì)方法，即投票電路根據(jù)最少兩位的投票確定輸出邏輯。3）采用電路設(shè)計(jì)和版圖設(shè)計(jì)以減輕電離輻射破壞的方法。即采用隔離、補(bǔ)償或校正、去耦等電路技術(shù)，以及摻雜阱和隔離槽芯片布局設(shè)計(jì)；4）加入誤差檢測(cè)和校正電路，或者自修復(fù)和自重構(gòu)功能；5）器件間距和去耦。這些加固設(shè)計(jì)器件可以采用專用工藝，也可采用標(biāo)準(zhǔn)工藝制造。

3．2加固模擬／混合信號(hào)IP技術(shù)

最近的發(fā)展趨勢(shì)表明，為了提高衛(wèi)星的智能水平和降低成本，推動(dòng)了模擬和混合信號(hào)IP需求不斷增加［2］?？馆椛浼庸棠MIP的數(shù)量也不斷增加。其混合信號(hào)IP也是相似的，在高、低壓中均有應(yīng)用，只是需在不同的代工廠加工。比利時(shí)IMEC，ICsense等公司在設(shè)計(jì)抗輻射加固方案中提供了大量的模擬IP內(nèi)容。模擬IP包括抗輻射加固的PLL和A／D轉(zhuǎn)換器模塊，正逐步向軟件控制型混合信號(hào)SoCASIC方向發(fā)展。該抗輻射加固庫基于XFab公司180nm工藝，與臺(tái)積電180nm設(shè)計(jì)加固IP庫參數(shù)相當(dāng)。TID加固水平可以達(dá)到1kGy，并且對(duì)單粒子閉鎖和漏電流增加都可以進(jìn)行有效加固。

3．3SiGe加固設(shè)計(jì)技術(shù)

SiGeHBT晶體管在空間應(yīng)用并作模擬器件時(shí)，對(duì)總劑量輻射效應(yīng)具有較為充分和固有的魯棒性，具備大部分空間應(yīng)用（如衛(wèi)星）所要求的總劑量和位移效應(yīng)的耐受能力［3］。目前，SiGeBiCMOS設(shè)計(jì)加固的熱點(diǎn)主要集中在數(shù)字邏輯電路上。SEE／SEU會(huì)對(duì)SiGeHBT數(shù)字邏輯電路造成較大破壞。因此，這方面的抗加設(shè)計(jì)技術(shù)發(fā)展較快。對(duì)先進(jìn)SiGeBiCMOS工藝的邏輯電路進(jìn)行SEE／SEU加固時(shí)，在器件級(jí)，可采用特殊的C－B－ESiGeHBT器件、反模級(jí)聯(lián)結(jié)構(gòu)器件、適當(dāng)?shù)陌鎴D結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)等來進(jìn)行SEE／SEU加固。在電路級(jí)，可使用雙交替、柵反饋和三模冗余等方法進(jìn)行加固設(shè)計(jì)。三模冗余法除了在電路級(jí)上應(yīng)用外，還可作為一種系統(tǒng)級(jí)加固方法使用。各種抗輻射設(shè)計(jì)獲得的加固效果各不相同。例如，移相器使用器件級(jí)和電路級(jí)并用的加固設(shè)計(jì)方案，經(jīng)過LET值為75MeV•cm2／mg的重粒子試驗(yàn)和標(biāo)準(zhǔn)位誤差試驗(yàn)后，結(jié)果顯示，該移相器整體抗SEU能力得到有效提高，對(duì)SEU具有明顯的免疫力。

4抗輻射加固工藝技術(shù)

目前，加固專用工藝線仍然是戰(zhàn)略級(jí)加固的強(qiáng)有力工具，將來會(huì)越來越多地與加固設(shè)計(jì)結(jié)合使用。因?yàn)榭馆椛浼庸坦に嚰夹g(shù)具有非常高的專業(yè)化屬性和高復(fù)雜性，因此只有少數(shù)幾個(gè)廠家能夠掌握該項(xiàng)技術(shù)。例如，單粒子加固的SOI工藝和SOS工藝，總劑量加固的小幾何尺寸CMOS工藝，IBM的45nmSOI工藝，Honeywe1l的50nm工藝，以及BAE外延CMOS工藝等。主要的抗輻射加固產(chǎn)品供應(yīng)商之一Atmel于2006年左右達(dá)到0．18μm技術(shù)節(jié)點(diǎn)，上一期的工藝節(jié)點(diǎn)為3μm。Atmel的RTCMOS，RTPCMOS，RHCMOS抗輻射加固專用工藝不需改變?cè)O(shè)計(jì)和版圖，只用工藝加固即可制造出滿足抗輻射要求的軍用集成電路。0．18μm是Atmel當(dāng)前主要的抗輻射加固工藝，目前正在開發(fā)0．15μm技術(shù)，下一步將發(fā)展90nm和65nm工藝。Atmel采用0．18μm專用工藝制造的IC有加固ASIC、加固通信IC、加固FPGA、加固存儲(chǔ)器、加固處理器等，如圖3所示。

5重點(diǎn)發(fā)展技術(shù)態(tài)勢(shì)

5．1美國的抗輻射加固技術(shù)

5．1．1加固設(shè)計(jì)重點(diǎn)技術(shù)

美國商務(wù)部2009年國防工業(yè)評(píng)估報(bào)告《美國集成電路設(shè)計(jì)和制造能力》，詳細(xì)地研究了美國抗輻射加固設(shè)計(jì)和制造能力［4］。擁有抗輻射加固制造能力的美國廠商同時(shí)擁有抗單粒子效應(yīng)、輻射容錯(cuò)、抗輻射加固和中子加固的設(shè)計(jì)能力。其中，擁有抗單粒子效應(yīng)能力的18家、輻射容錯(cuò)14家、輻射加固10家，中子加固9家。IDM公司是抗輻射加固設(shè)計(jì)的主力軍，2006年就已達(dá)到從10μm到65nm的15個(gè)技術(shù)節(jié)點(diǎn)的產(chǎn)品設(shè)計(jì)能力。15家公司具備10μm～1μm的設(shè)計(jì)能力，22家公司具備1μm～250nm的設(shè)計(jì)能力，24家公司具備250nm～65nm設(shè)計(jì)能力，7家公司的技術(shù)節(jié)點(diǎn)在65nm以下，如圖5所示。純?cè)O(shè)計(jì)公司的抗輻射加固設(shè)計(jì)能力較弱。美國IDM在設(shè)計(jì)抗輻射產(chǎn)品時(shí)所用的材料包括體硅、SOI，SiGe等Si標(biāo)準(zhǔn)材料，和藍(lán)寶石上硅、SiC，GaN，GaAs，InP，銻化物、非結(jié)晶硅等非標(biāo)準(zhǔn)材料兩大類。標(biāo)準(zhǔn)材料中使用體硅的有23家，使用SOI的有13家，使用SiGe的有10家。使用非標(biāo)準(zhǔn)材料的公司數(shù)量在明顯下降。非標(biāo)材料中，GaN是熱點(diǎn)，有7家公司（4個(gè)小規(guī)模公司和3個(gè)中等規(guī)模公司）在開發(fā)。SiC則最弱，只有兩家中小公司在研發(fā)。沒有大制造公司從事非標(biāo)材料的開發(fā)。

5．1．2重點(diǎn)工藝和制造能力

美國有51家公司從事輻射容錯(cuò)、輻射加固、中子加固、單粒子瞬態(tài)加固IC產(chǎn)品研制。其中抗單粒子效應(yīng)16家，輻射容錯(cuò)15家，抗輻射加固12家，中子加固8家。制造公司加固IC工藝節(jié)點(diǎn)從10μm到32nm。使用的材料有標(biāo)準(zhǔn)Si材料和非標(biāo)準(zhǔn)兩大類。前一類有體硅、SOI和SiGe，非標(biāo)準(zhǔn)材料則包括藍(lán)寶石上硅，SiC，GaN，GaAs，InP，銻化物和非晶硅（amorphous）。晶圓的尺寸有50，100，150，200，300mm這幾類?？馆椛浼庸坍a(chǎn)品制造可分為專用集成電路（ASIC）、柵陣列、存儲(chǔ)器和其他產(chǎn)品。ASIC制造能力最為強(qiáng)大，定制ASIC的廠商達(dá)到21家，標(biāo)準(zhǔn)ASIC達(dá)到13家，結(jié)構(gòu)化ASIC有12家。柵陣列有：現(xiàn)場(chǎng)可編程陣列（FPGA）、掩膜現(xiàn)場(chǎng)可編程陣列（MPGA）、一次性現(xiàn)場(chǎng)可編程陣列（EPGA），共19家。RF／模擬／混合信號(hào)IC制造商達(dá)到18家，制造處理器／協(xié)處理器有11家。5．1．3RF和混合信號(hào)SiGeBiCMOS據(jù)美國航空航天局（NASA），SiGe技術(shù)發(fā)展的下一目標(biāo)是深空極端環(huán)境應(yīng)用的技術(shù)和產(chǎn)品，例如月球表面應(yīng)用。這主要包括抗多種輻射和輻射免疫能力。例如，器件在＋120℃～－180℃溫度范圍內(nèi)正常工作的能力。具有更多的SiGe模擬／混合信號(hào)產(chǎn)品，微波／毫米波混合信號(hào)集成電路。系統(tǒng)能夠取消各種屏蔽和專用電纜，以減小重量和體積。德國IHP公司為空間應(yīng)用提供高性能的250nmSiGeBiCMOS工藝SGB25RH［5］，其工作頻率達(dá)到20GHz。包括專用抗輻射加固庫輻射試驗(yàn)、ASIC開發(fā)和可用IP。采用SGB13RH加固的130nmSiGeBiCMOS工藝可達(dá)到250GHz／300GHz的ft／fmax。采用該技術(shù)，可實(shí)現(xiàn)SiGeBiCMOS抗輻射加固庫。

5．2混合信號(hào)的抗輻射加固設(shè)計(jì)技術(shù)

如果半導(dǎo)體發(fā)展趨勢(shì)不發(fā)生變化，則當(dāng)IC特征尺寸向90nm及更小尺寸發(fā)展時(shí)，混合信號(hào)加固設(shè)計(jì)技術(shù)的重要性就會(huì)增加［6］。設(shè)計(jì)加固可以使用商用工藝，與特征尺寸落后于商用工藝的專用工藝相比，能夠在更小的芯片面積上提高IC速度和優(yōu)化IC性能。此外，設(shè)計(jì)加固能夠幫助設(shè)計(jì)者擴(kuò)大減小單粒子效應(yīng)的可選技術(shù)范圍。在20～30年長(zhǎng)的時(shí)期內(nèi)，加固設(shè)計(jì)方法學(xué)的未來并不十分清晰。最終數(shù)字元件將縮小到分子或原子的尺度。單個(gè)的質(zhì)子、中子或粒子碰撞導(dǎo)致的后果可能不是退化，而是整個(gè)晶體管或子電路毀壞。除了引入新的屏蔽和／或封裝技術(shù)，一些復(fù)雜數(shù)字電路還需要具備一些動(dòng)態(tài)的自修復(fù)和自重構(gòu)功能。此外，提高產(chǎn)量和防止工作失效的力量或許會(huì)推動(dòng)商用制造商在解決這些問題方面起到引領(lǐng)的作用。當(dāng)前，沒有跡象表明模擬和RF電路會(huì)最終使用與數(shù)字電路相同的元件和工藝。因此，加固混合信號(hào)電路設(shè)計(jì)者需要在模擬和數(shù)字兩個(gè)完全不同的方向開展工作，即需要同時(shí)使用兩種基本不同的IC技術(shù)，并應(yīng)用兩種基本不同的加固設(shè)計(jì)方法。

6結(jié)束語

篇8

“面對(duì)災(zāi)情，通信企業(yè)精心組織，多方籌措抗災(zāi)重建物資，全力搶修受損基站和線路，保障通信暢通”，國資委主任李榮融在講話中這樣總結(jié)了電信央企為抗擊冰雪所做出的貢獻(xiàn)。李榮融指出，在抗擊雨雪冰凍災(zāi)害中，中央企業(yè)把國家利益和人民利益放在第一位，彰顯出高度的政治責(zé)任感和大局意識(shí)，更展現(xiàn)出了團(tuán)結(jié)奮斗、勇?lián)厝?、顧全大局的奉獻(xiàn)精神、拼搏精神和協(xié)作精神，這種極為寶貴的精神財(cái)富，將成為推動(dòng)中央企業(yè)實(shí)現(xiàn)又好又快發(fā)展的強(qiáng)大動(dòng)力。

在表彰先進(jìn)的同時(shí)，如何通過多層次合作、多平臺(tái)搭建形成行業(yè)資源整合，提高整個(gè)央企應(yīng)對(duì)自然災(zāi)害的抵御能力，節(jié)約國家公共資源也是國資委一直在監(jiān)管層面著力探討的問題。而不久前中國電信與南方電網(wǎng)合作提升應(yīng)災(zāi)能力在這方面提供了良好的范例。

南方電網(wǎng)與中國電信表示，雙方將整合資源，健全應(yīng)急體系，提高御災(zāi)能力。中國電信將為南方電網(wǎng)提高應(yīng)急通信提供支撐服務(wù)，南方電網(wǎng)將為中國電信提供廣東等五省內(nèi)及跨省電力特種光纜，以及維護(hù)支持、故障處理服務(wù)。在2008年初的冰災(zāi)中，兩家央企同舟共濟(jì)、共渡難關(guān)的同時(shí)，更看到了廣闊的合作前景和良好基礎(chǔ)。

鏈接電信央企抗災(zāi)總結(jié)

■中國移動(dòng)累計(jì)組織50萬人次參與通信保障，出動(dòng)應(yīng)急搶修車輛20.1萬次，完成應(yīng)急發(fā)電時(shí)長(zhǎng)337.4萬小時(shí)，耗油1172萬升，實(shí)時(shí)保障了災(zāi)區(qū)移動(dòng)通信需求。

■中國電信投入搶修人員2.7萬人，投入搶修車輛設(shè)備5856臺(tái)，使用各類油機(jī)近萬臺(tái)。還通過全網(wǎng)資源調(diào)度和緊急采購，向?yàn)?zāi)區(qū)運(yùn)送了大量油機(jī)、蓄電池組等急需物資。所屬64個(gè)本地網(wǎng)迅速恢復(fù)通信，確保了國家一、二級(jí)干線和縣以上通信網(wǎng)絡(luò)暢通。

■中國聯(lián)通啟動(dòng)通信保障以及應(yīng)急預(yù)案，累計(jì)恢復(fù)了1540皮長(zhǎng)公里的傳輸線路?；謴?fù)倒塌桿路8881根。

■中國網(wǎng)通全集團(tuán)南北協(xié)同，共出動(dòng)2.2萬人次，車輛1萬臺(tái)次，設(shè)備5095臺(tái)套。

篇9

關(guān)鍵詞微電子技術(shù)集成系統(tǒng)微機(jī)電系統(tǒng)DNA芯片

1引言

綜觀人類社會(huì)發(fā)展的文明史，一切生產(chǎn)方式和生活方式的重大變革都是由于新的科學(xué)發(fā)現(xiàn)和新技術(shù)的產(chǎn)生而引發(fā)的，科學(xué)技術(shù)作為革命的力量，推動(dòng)著人類社會(huì)向前發(fā)展。從50多年前晶體管的發(fā)明到目前微電子技術(shù)成為整個(gè)信息社會(huì)的基礎(chǔ)和核心的發(fā)展歷史充分證明了“科學(xué)技術(shù)是第一生產(chǎn)力”。信息是客觀事物狀態(tài)和運(yùn)動(dòng)特征的一種普遍形式，與材料和能源一起是人類社會(huì)的重要資源，但對(duì)它的利用卻僅僅是開始。當(dāng)前面臨的信息革命以數(shù)字化和網(wǎng)絡(luò)化作為特征。數(shù)字化大大改善了人們對(duì)信息的利用，更好地滿足了人們對(duì)信息的需求；而網(wǎng)絡(luò)化則使人們更為方便地交換信息，使整個(gè)地球成為一個(gè)“地球村”。以數(shù)字化和網(wǎng)絡(luò)化為特征的信息技術(shù)同一般技術(shù)不同，它具有極強(qiáng)的滲透性和基礎(chǔ)性，它可以滲透和改造各種產(chǎn)業(yè)和行業(yè)，改變著人類的生產(chǎn)和生活方式，改變著經(jīng)濟(jì)形態(tài)和社會(huì)、政治、文化等各個(gè)領(lǐng)域。而它的基礎(chǔ)之一就是微電子技術(shù)?？梢院敛豢鋸埖卣f，沒有微電子技術(shù)的進(jìn)步，就不可能有今天信息技術(shù)的蓬勃發(fā)展，微電子已經(jīng)成為整個(gè)信息社會(huì)發(fā)展的基石。

50多年來微電子技術(shù)的發(fā)展歷史，實(shí)際上就是不斷創(chuàng)新的過程，這里指的創(chuàng)新包括原始創(chuàng)新、技術(shù)創(chuàng)新和應(yīng)用創(chuàng)新等。晶體管的發(fā)明并不是一個(gè)孤立的精心設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)，而是一系列固體物理、半導(dǎo)體物理、材料科學(xué)等取得重大突破后的必然結(jié)果。1947年發(fā)明點(diǎn)接觸型晶體管、1948年發(fā)明結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)晶體管以及以后的硅平面工藝、集成電路、CMOS技術(shù)、半導(dǎo)體隨機(jī)存儲(chǔ)器、CPU、非揮發(fā)存儲(chǔ)器等微電子領(lǐng)域的重大發(fā)明也都是一系列創(chuàng)新成果的體現(xiàn)。同時(shí)，每一項(xiàng)重大發(fā)明又都開拓出一個(gè)新的領(lǐng)域，帶來了新的巨大市場(chǎng)，對(duì)我們的生產(chǎn)、生活方式產(chǎn)生了重大的影響。也正是由于微電子技術(shù)領(lǐng)域的不斷創(chuàng)新，才能使微電子能夠以每三年集成度翻兩番、特征尺寸縮小倍的速度持續(xù)發(fā)展幾十年。自1968年開始，與硅技術(shù)有關(guān)的學(xué)術(shù)論文數(shù)量已經(jīng)超過了與鋼鐵有關(guān)的學(xué)術(shù)論文，所以有人認(rèn)為，1968年以后人類進(jìn)入了繼石器、青銅器、鐵器時(shí)代之后硅石時(shí)代（siliconage）〖1〗。因此可以說社會(huì)發(fā)展的本質(zhì)是創(chuàng)新，沒有創(chuàng)新，社會(huì)就只能被囚禁在“超穩(wěn)態(tài)”陷阱之中。雖然創(chuàng)新作為經(jīng)濟(jì)發(fā)展的改革動(dòng)力往往會(huì)給社會(huì)帶來“創(chuàng)造性的破壞”，但經(jīng)過這種破壞后，又將開始一個(gè)新的處于更高層次的創(chuàng)新循環(huán)，社會(huì)就是以這樣螺旋形上升的方式向前發(fā)展。

在微電子技術(shù)發(fā)展的前50年，創(chuàng)新起到了決定性的作用，而今后微電子技術(shù)的發(fā)展仍將依賴于一系列創(chuàng)新性成果的出現(xiàn)。我們認(rèn)為：目前微電子技術(shù)已經(jīng)發(fā)展到了一個(gè)很關(guān)鍵的時(shí)期，21世紀(jì)上半葉，也就是今后50年微電子技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)和主要的創(chuàng)新領(lǐng)域主要有以下四個(gè)方面：以硅基CMOS電路為主流工藝；系統(tǒng)芯片（SystemOnAChip，SOC）為發(fā)展重點(diǎn)；量子電子器件和以分子（原子）自組裝技術(shù)為基礎(chǔ)的納米電子學(xué)；與其他學(xué)科的結(jié)合誕生新的技術(shù)增長(zhǎng)點(diǎn)，如MEMS，DNAChip等。

221世紀(jì)上半葉仍將以硅基CMOS電路為主流工藝

微電子技術(shù)發(fā)展的目標(biāo)是不斷提高集成系統(tǒng)的性能及性能價(jià)格比，因此便要求提高芯片的集成度，這是不斷縮小半導(dǎo)體器件特征尺寸的動(dòng)力源泉。以MOS技術(shù)為例，溝道長(zhǎng)度縮小可以提高集成電路的速度；同時(shí)縮小溝道長(zhǎng)度和寬度還可減小器件尺寸，提高集成度，從而在芯片上集成更多數(shù)目的晶體管，將結(jié)構(gòu)更加復(fù)雜、性能更加完善的電子系統(tǒng)集成在一個(gè)芯片上；此外，隨著集成度的提高，系統(tǒng)的速度和可靠性也大大提高，價(jià)格大幅度下降。由于片內(nèi)信號(hào)的延遲總小于芯片間的信號(hào)延遲，這樣在器件尺寸縮小后，即使器件本身的性能沒有提高，整個(gè)集成系統(tǒng)的性能也可以得到很大的提高。

自1958年集成電路發(fā)明以來，為了提高電子系統(tǒng)的性能，降低成本，微電子器件的特征尺寸不斷縮小，加工精度不斷提高，同時(shí)硅片的面積不斷增大。集成電路芯片的發(fā)展基本上遵循了Intel公司創(chuàng)始人之一的GordonE．Moore1965年預(yù)言的摩爾定律，即每隔三年集成度增加4倍，特征尺寸縮小倍。在這期間，雖然有很多人預(yù)測(cè)這種發(fā)展趨勢(shì)將減緩，但是微電子產(chǎn)業(yè)三十多年來發(fā)展的狀況證實(shí)了Moore的預(yù)言[2]。而且根據(jù)我們的預(yù)測(cè)，微電子技術(shù)的這種發(fā)展趨勢(shì)還將在21世紀(jì)繼續(xù)一段時(shí)期，這是其它任何產(chǎn)業(yè)都無法與之比擬的。

現(xiàn)在，0．18微米CMOS工藝技術(shù)已成為微電子產(chǎn)業(yè)的主流技術(shù)，0．035微米乃至0．020微米的器件已在實(shí)驗(yàn)室中制備成功，研究工作已進(jìn)入亞0．1微米技術(shù)階段，相應(yīng)的柵氧化層厚度只有2．0～1．0nm。預(yù)計(jì)到2010年，特征尺寸為0．05～0．07微米的64GDRAM產(chǎn)品將投入批量生產(chǎn)。

21世紀(jì)，起碼是21世紀(jì)上半葉,微電子生產(chǎn)技術(shù)仍將以尺寸不斷縮小的硅基CMOS工藝技術(shù)為主流。盡管微電子學(xué)在化合物和其它新材料方面的研究取得了很大進(jìn)展；但還不具備替代硅基工藝的條件。根據(jù)科學(xué)技術(shù)的發(fā)展規(guī)律，一種新技術(shù)從誕生到成為主流技術(shù)一般需要20到30年的時(shí)間，硅集成電路技術(shù)自1947年發(fā)明晶體管1958年發(fā)明集成電路,到60年代末發(fā)展成為大產(chǎn)業(yè)也經(jīng)歷了20多年的時(shí)間。另外，全世界數(shù)以萬億美元計(jì)的設(shè)備和技術(shù)投入，已使硅基工藝形成非常強(qiáng)大的產(chǎn)業(yè)能力；同時(shí)，長(zhǎng)期的科研投入已使人們對(duì)硅及其衍生物各種屬性的了解達(dá)到十分深入、十分透徹的地步，成為自然界100多種元素之最，這是非常寶貴的知識(shí)積累。產(chǎn)業(yè)能力和知識(shí)積累決定了硅基工藝起碼將在50年內(nèi)仍起重要作用，人們不會(huì)輕易放棄。

目前很多人認(rèn)為當(dāng)微電子技術(shù)的特征尺寸在2015年達(dá)到0．030～0．015微米的“極限”之后，將是硅技術(shù)時(shí)代的結(jié)束，這實(shí)際上是一種誤解。且不說微電子技術(shù)除了以特征尺寸為代表的加工工藝技術(shù)之外，還有設(shè)計(jì)技術(shù)、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)等方面需要進(jìn)一步的大力發(fā)展，這些技術(shù)的發(fā)展必將使微電子產(chǎn)業(yè)繼續(xù)高速增長(zhǎng)。即使是加工工藝技術(shù)，很多著名的微電子學(xué)家也預(yù)測(cè)，微電子產(chǎn)業(yè)將于2030年左右步入像汽車工業(yè)、航空工業(yè)這樣的比較成熟的朝陽工業(yè)領(lǐng)域。即使微電子產(chǎn)業(yè)步入汽車、航空等成熟工業(yè)領(lǐng)域，它仍將保持快速發(fā)展趨勢(shì)，就像汽車、航空工業(yè)已經(jīng)發(fā)展了50多年仍極具發(fā)展?jié)摿σ粯印?/p>

隨著器件的特征尺寸越來越小，不可避免地會(huì)遇到器件結(jié)構(gòu)、關(guān)鍵工藝、集成技術(shù)以及材料等方面的一系列問題，究其原因，主要是：對(duì)其中的物理規(guī)律等科學(xué)問題的認(rèn)識(shí)還停留在集成電路誕生和發(fā)展初期所形成的經(jīng)典或半經(jīng)典理論基礎(chǔ)上，這些理論適合于描述微米量級(jí)的微電子器件，但對(duì)空間尺度為納米量級(jí)、空間尺度為飛秒量級(jí)的系統(tǒng)芯片中的新器件則難以適用；在材料體系上，SiO2柵介質(zhì)材料、多晶硅／硅化物柵電極等傳統(tǒng)材料由于受到材料特性的制約，已無法滿足亞50納米器件及電路的需求；同時(shí)傳統(tǒng)器件結(jié)構(gòu)也已無法滿足亞50納米器件的要求，必須發(fā)展新型的器件結(jié)構(gòu)和微細(xì)加工、互連、集成等關(guān)鍵工藝技術(shù)。具體的需要?jiǎng)?chuàng)新和重點(diǎn)發(fā)展的領(lǐng)域包括：基于介觀和量子物理基礎(chǔ)的半導(dǎo)體器件的輸運(yùn)理論、器件模型、模擬和仿真軟件，新型器件結(jié)構(gòu)，高k柵介質(zhì)材料和新型柵結(jié)構(gòu)，電子束步進(jìn)光刻、13nmEUV光刻、超細(xì)線條刻蝕，SOI、GeSi／Si等與硅基工藝兼容的新型電路，低K介質(zhì)和Cu互連以及量子器件和納米電子器件的制備和集成技術(shù)等。

3量子電子器件（QED）和以分子原子自組裝技術(shù)為基礎(chǔ)的納米電子學(xué)將帶來嶄新的領(lǐng)域

在上節(jié)我們談到的以尺寸不斷縮小的硅基CMOS工藝技術(shù)，可稱之為“scalingdown”，與此同時(shí)我們必須注意“bottomup”?！癰ottomup”最重要的領(lǐng)域有二個(gè)方面：

(1)量子電子器件（QED—QuantumElectronDevice）這里包括單電子器件和單電子存儲(chǔ)器等。它的基本原理是基于庫侖阻塞機(jī)理控制一個(gè)或幾個(gè)電子運(yùn)動(dòng)，由于系統(tǒng)能量的改變和庫侖作用，一個(gè)電子進(jìn)入到一個(gè)勢(shì)阱，則將阻止其它電子的進(jìn)入。在單電子存儲(chǔ)器中量子阱替代了通常存儲(chǔ)器中的浮柵。它的主要優(yōu)點(diǎn)是集成度高；由于只有一個(gè)或幾個(gè)電子活動(dòng)所以功耗極低；由于相對(duì)小的電容和電阻以及短的隧道穿透時(shí)間，所以速度很快；且可用于多值邏輯和超高頻振蕩。但它的問題是制造比較困難，特別是制造大量的一致性器件很困難；對(duì)環(huán)境高度敏感，可靠性難以保證；在室溫工作時(shí)要求電容極小（αF），要求量子點(diǎn)大小在幾個(gè)納米。這些都為集成成電路帶來了很大困難。

因此，目前可以認(rèn)為它們的理論是清楚的，工藝有待于探索和突破。

(2)以原子分子自組裝技術(shù)為基礎(chǔ)的納米電子學(xué)。這里包括量子點(diǎn)陣列（QCA—Quantum－dotCellularAutomata)和以碳納米管為基礎(chǔ)的原子分子器件等。

量子點(diǎn)陣列由量子點(diǎn)組成，至少由四個(gè)量子點(diǎn),它們之間以靜電力作用。根據(jù)電子占據(jù)量子點(diǎn)的狀態(tài)形成“0”和“1”狀態(tài)。它在本質(zhì)上是一種非晶體管和無線的方式達(dá)到陣列的高密度、低功耗和實(shí)現(xiàn)互連。其基本優(yōu)勢(shì)是開關(guān)速度快，功耗低，集成密度高。但難以制造，且對(duì)值置變化和大小改變都極為靈敏，0．05nm的變化可以造成單元工作失效。

以碳納米管為基礎(chǔ)的原子分子器件是近年來快速發(fā)展的一個(gè)有前景的領(lǐng)域。碳原子之間的鍵合力很強(qiáng)，可支持高密度電流，而熱導(dǎo)性能類似于金剛石，能在高集成度時(shí)大大減小熱耗散，性質(zhì)類金屬和半導(dǎo)體，特別是它有三種可能的雜交態(tài)，而Ge、Si只有一個(gè)。這些都使碳納米管（CNT）成為當(dāng)前科研熱點(diǎn)，從1991年發(fā)現(xiàn)以來，現(xiàn)在已有大量成果涌現(xiàn)，北京大學(xué)納米中心彭練矛教授也已制備出0．33納米的CNT并提出“T形結(jié)”作為晶體管的可能性。但是問題是如何去生長(zhǎng)有序的符合設(shè)計(jì)性能的CNT器件，更難以集成。

目前“bottomup”的量子器件和以自組裝技術(shù)為基礎(chǔ)的納米器件在制造工藝上往往與“Scalingdown”的加工方法相結(jié)合以制造器件。這對(duì)于解決高集成度CMOS電路的功耗制約將會(huì)帶來突破性的進(jìn)展。

QCA和CNT器件不論在理論上還是加工技術(shù)上都有大量工作要做，有待突破，離開實(shí)際應(yīng)用還需較長(zhǎng)時(shí)日！但這終究是一個(gè)誘人探索的領(lǐng)域，我們期待它們將創(chuàng)出一個(gè)新的天地。

4系統(tǒng)芯片（SystemOnAChip）是21世紀(jì)微電子技術(shù)發(fā)展的重點(diǎn)

在集成電路（IC）發(fā)展初期，電路設(shè)計(jì)都從器件的物理版圖設(shè)計(jì)入手，后來出現(xiàn)了集成電路單元庫（Cell－Lib），使得集成電路設(shè)計(jì)從器件級(jí)進(jìn)入邏輯級(jí)，這樣的設(shè)計(jì)思路使大批電路和邏輯設(shè)計(jì)師可以直接參與集成電路設(shè)計(jì)，極大地推動(dòng)了IC產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。但集成電路僅僅是一種半成品，它只有裝入整機(jī)系統(tǒng)才能發(fā)揮它的作用。IC芯片是通過印刷電路板（PCB）等技術(shù)實(shí)現(xiàn)整機(jī)系統(tǒng)的。盡管IC的速度可以很高、功耗可以很小，但由于PCB板中IC芯片之間的連線延時(shí)、PCB板可靠性以及重量等因素的限制，整機(jī)系統(tǒng)的性能受到了很大的限制。隨著系統(tǒng)向高速度、低功耗、低電壓和多媒體、網(wǎng)絡(luò)化、移動(dòng)化的發(fā)展，系統(tǒng)對(duì)電路的要求越來越高，傳統(tǒng)集成電路設(shè)計(jì)技術(shù)已無法滿足性能日益提高的整機(jī)系統(tǒng)的要求。同時(shí)，由于IC設(shè)計(jì)與工藝技術(shù)水平提高，集成電路規(guī)模越來越大，復(fù)雜程度越來越高，已經(jīng)可以將整個(gè)系統(tǒng)集成為一個(gè)芯片。目前已經(jīng)可以在一個(gè)芯片上集成108－109個(gè)晶體管，而且隨著微電子制造技術(shù)的發(fā)展，21世紀(jì)的微電子技術(shù)將從目前的3G時(shí)代逐步發(fā)展到3T時(shí)代（即存儲(chǔ)容量由G位發(fā)展到T位、集成電路器件的速度由GHz發(fā)展到燈THz、數(shù)據(jù)傳輸速率由Gbps發(fā)展到Tbps，注：1G=109、1T=1012、bps：每秒傳輸數(shù)據(jù)位數(shù)）。

正是在需求牽引和技術(shù)推動(dòng)的雙重作用下，出現(xiàn)了將整個(gè)系統(tǒng)集成在一個(gè)微電子芯片上的系統(tǒng)芯片（SystemOnAChip，簡(jiǎn)稱SOC）概念。

系統(tǒng)芯片（SOC）與集成電路（IC）的設(shè)計(jì)思想是不同的，它是微電子設(shè)計(jì)領(lǐng)域的一場(chǎng)革命，它和集成電路的關(guān)系與當(dāng)時(shí)集成電路與分立元器件的關(guān)系類似，它對(duì)微電子技術(shù)的推動(dòng)作用不亞于自50年代末快速發(fā)展起來的集成電路技術(shù)。

SOC是從整個(gè)系統(tǒng)的角度出發(fā)，把處理機(jī)制、模型算法、芯片結(jié)構(gòu)、各層次電路直至器件的設(shè)計(jì)緊密結(jié)合起來，在單個(gè)（或少數(shù)幾個(gè)）芯片上完成整個(gè)系統(tǒng)的功能，它的設(shè)計(jì)必須是從系統(tǒng)行為級(jí)開始的自頂向下（Top－Down）的。很多研究表明，與IC組成的系統(tǒng)相比，由于SOC設(shè)計(jì)能夠綜合并全盤考慮整個(gè)系統(tǒng)的各種情況，可以在同樣的工藝技術(shù)條件下實(shí)現(xiàn)更高性能的系統(tǒng)指標(biāo)。例如若采用SOC方法和0．35μm工藝設(shè)計(jì)系統(tǒng)芯片,在相同的系統(tǒng)復(fù)雜度和處理速率下，能夠相當(dāng)于采用0．18～0.25μm工藝制作的IC所實(shí)現(xiàn)的同樣系統(tǒng)的性能；還有，與采用常規(guī)IC方法設(shè)計(jì)的芯片相比,采用SOC設(shè)計(jì)方法完成同樣功能所需要的晶體管數(shù)目約可以降低l～2個(gè)數(shù)量級(jí)。

對(duì)于系統(tǒng)芯片（SOC）的發(fā)展，主要有三個(gè)關(guān)鍵的支持技術(shù)。

（1）軟、硬件的協(xié)同設(shè)計(jì)技術(shù)。面向不同系統(tǒng)的軟件和硬件的功能劃分理論（FunctionalPartitionTheory），這里不同的系統(tǒng)涉及諸多計(jì)算機(jī)系統(tǒng)、通訊系統(tǒng)、數(shù)據(jù)壓縮解壓縮和加密解密系統(tǒng)等等。

（2）IP模塊庫問題。IP模塊有三種,即軟核，主要是功能描述；固核，主要為結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；和硬核，基于工藝的物理設(shè)計(jì)、與工藝相關(guān)，并經(jīng)過工藝驗(yàn)證過的。其中以硬核使用價(jià)值最高。CMOS的CPU、DRAM、SRAM、E2PROM和FlashMemory以及A／D、D／A等都可以成為硬核。其中尤以基于深亞微米的新器件模型和電路模擬為基礎(chǔ)，在速度與功耗上經(jīng)過優(yōu)化并有最大工藝容差的模塊最有價(jià)值?，F(xiàn)在,美國硅谷在80年代出現(xiàn)無生產(chǎn)線（Fabless)公司的基礎(chǔ)上，90年代后期又出現(xiàn)了一些無芯片（Chipless）的公司,專門銷售IP模塊。

（3）模塊界面間的綜合分析技術(shù),這主要包括IP模塊間的膠聯(lián)邏輯技術(shù)（gluelogictechnologies）和IP模塊綜合分析及其實(shí)現(xiàn)技術(shù)等。

微電子技術(shù)從IC向SOC轉(zhuǎn)變不僅是一種概念上的突破,同時(shí)也是信息技術(shù)新發(fā)展的里程碑。通過以上三個(gè)支持技術(shù)的創(chuàng)新,它必將導(dǎo)致又一次以系統(tǒng)芯片為主的信息技術(shù)上的革命。目前，SOC技術(shù)已經(jīng)嶄露頭角，21世紀(jì)將是SOC技術(shù)真正快速發(fā)展的時(shí)期。

在新一代系統(tǒng)芯片領(lǐng)域，需要重點(diǎn)突破的創(chuàng)新點(diǎn)主要包括實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)功能的算法和電路結(jié)構(gòu)兩個(gè)方面。在微電子技術(shù)的發(fā)展歷史上,每一種算法的提出都會(huì)引起一場(chǎng)變革，例如維特比算法、小波變換等均對(duì)集成電路設(shè)計(jì)技術(shù)的發(fā)展起到了非常重要的作用,目前神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、模糊算法等也很有可能取得較大的突破。提出一種新的電路結(jié)構(gòu)可以帶動(dòng)一系列的應(yīng)用,但提出一種新的算法則可以帶動(dòng)一個(gè)新的領(lǐng)域,因此算法應(yīng)是今后系統(tǒng)芯片領(lǐng)域研究的重點(diǎn)學(xué)科之一。在電路結(jié)構(gòu)方面,在系統(tǒng)芯片中，由于射頻、存儲(chǔ)器件的加入，其中的電路結(jié)構(gòu)已經(jīng)不是傳統(tǒng)意義上的CMOS結(jié)構(gòu)，因此需要發(fā)展更靈巧的新型電路結(jié)構(gòu)。另外，為了實(shí)現(xiàn)膠聯(lián)邏輯（GlueLogic）新的邏輯陣列技術(shù)有望得到快速的發(fā)展,在這一方面也需要做系統(tǒng)深入的研究。

5微電子與其他學(xué)科的結(jié)合誕生新的技術(shù)增長(zhǎng)點(diǎn)

微電子技術(shù)的強(qiáng)大生命力在于它可以低成本、大批量地生產(chǎn)出具有高可靠性和高精度的微電子結(jié)構(gòu)模塊。這種技術(shù)一旦與其它學(xué)科相結(jié)合,便會(huì)誕生出一系列嶄新的學(xué)科和重大的經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)點(diǎn)，這方面的典型例子便是MEMS（微機(jī)電系統(tǒng)）技術(shù)和DNA生物芯片。前者是微電子技術(shù)與機(jī)械、光學(xué)等領(lǐng)域結(jié)合而誕生的，后者則是與生物工程技術(shù)結(jié)合的產(chǎn)物。

微電子機(jī)械系統(tǒng)不僅是微電子技術(shù)的拓寬和延伸,它將微電子技術(shù)和精密機(jī)械加工技術(shù)相互融合，實(shí)現(xiàn)了微電子與機(jī)械融為一體的系統(tǒng)。MEMS將電子系統(tǒng)和外部世界聯(lián)系起來，它不僅可以感受運(yùn)動(dòng)、光、聲、熱、磁等自然界的外部信號(hào)，把這些信號(hào)轉(zhuǎn)換成電子系統(tǒng)可以認(rèn)識(shí)的電信號(hào)，而且還可以通過電子系統(tǒng)控制這些信號(hào)，發(fā)出指令并完成該指令。從廣義上講，MEMS是指集微型傳感器、微型執(zhí)行器、信號(hào)處理和控制電路、接口電路、通信系統(tǒng)以及電源于一體的微型機(jī)電系統(tǒng)。MEMS技術(shù)是一種典型的多學(xué)科交叉的前沿性研究領(lǐng)域，它幾乎涉及到自然及工程科學(xué)的所有領(lǐng)域，如電子技術(shù)、機(jī)械技術(shù)、光學(xué)、物理學(xué)、化學(xué)、生物醫(yī)學(xué)、材料科學(xué)、能源科學(xué)等〖3〗。

MEMS的發(fā)展開辟了一個(gè)全新的技術(shù)領(lǐng)域和產(chǎn)業(yè)。它們不僅可以降低機(jī)電系統(tǒng)的成本，而且還可以完成許多大尺寸機(jī)電系統(tǒng)所不能完成的任務(wù)。正是由于MEMS器件和系統(tǒng)具有體積小、重量輕、功耗低、成本低、可靠性高、性能優(yōu)異及功能強(qiáng)大等傳統(tǒng)傳感器無法比擬的優(yōu)點(diǎn),因而MEMS在航空、航天、汽車、生物醫(yī)學(xué)、環(huán)境監(jiān)控、軍事以及幾乎人們接觸到的所有領(lǐng)域中都有著十分廣闊的應(yīng)用前景。例如微慣性傳感器及其組成的微型慣性測(cè)量組合能應(yīng)用于制導(dǎo)、衛(wèi)星控制、汽車自動(dòng)駕駛、汽車防撞氣囊、汽車防抱死系統(tǒng)（ABS）、穩(wěn)定控制和玩具；微流量系統(tǒng)和微分析儀可用于微推進(jìn)、傷員救護(hù)；信息MEMS系統(tǒng)將在射頻系統(tǒng)、全光通訊系統(tǒng)和高密度存儲(chǔ)器和顯示等方面發(fā)揮重大作用；同時(shí)MEMS系統(tǒng)還可以用于醫(yī)療、光譜分析、信息采集等等?，F(xiàn)在已經(jīng)成功地制造出了尖端直徑為5μm的可以夾起一個(gè)紅細(xì)胞的微型鑷子，可以在磁場(chǎng)中飛行的象蝴蝶大小的飛機(jī)等。

MEMS技術(shù)及其產(chǎn)品的增長(zhǎng)速度非常之高，目前正處在技術(shù)發(fā)展時(shí)期，再過若干年將會(huì)迎來MEMS產(chǎn)業(yè)化高速發(fā)展的時(shí)期。2000年，全世界MEMS的市場(chǎng)達(dá)到120到140億美元，而帶來的與之相關(guān)的市場(chǎng)達(dá)到1000億美元。

目前，MEMS系統(tǒng)與集成電路發(fā)展的初期情況極為相似。集成電路發(fā)展初期，其電路在今天看來是很簡(jiǎn)單的，應(yīng)用也非常有限，以軍事需求為主,但它的誘人前景吸引了人們進(jìn)行大量投資，促進(jìn)了集成電路飛速發(fā)展。集成電路技術(shù)的進(jìn)步,加快了計(jì)算機(jī)更新?lián)Q代的速度，對(duì)CPU和RAM的需求越來越大,反過來又促進(jìn)了集成電路的發(fā)展。集成電路和計(jì)算機(jī)在發(fā)展中相互推動(dòng)，形成了今天的雙贏局面，帶來了一場(chǎng)信息革命。現(xiàn)階段的微機(jī)電系統(tǒng)專用性很強(qiáng)，單個(gè)系統(tǒng)的應(yīng)用范圍非常有限,還沒有出現(xiàn)類似于CPU和RAM這樣量大面廣的產(chǎn)品。隨著微機(jī)電系統(tǒng)的進(jìn)步，最后將有可能形成像微電子技術(shù)一樣有廣泛應(yīng)用前景的新產(chǎn)業(yè)，從而對(duì)人們的社會(huì)生產(chǎn)和生活方式產(chǎn)生重大影響。

當(dāng)前MEMS系統(tǒng)能否取得更更大突破，取決于兩方面的因素：第一是在微系統(tǒng)理論與基礎(chǔ)技術(shù)方面取得突破性進(jìn)展，使人們依靠掌握的理論和基礎(chǔ)技術(shù)可以高效地設(shè)計(jì)制造出所需的微系統(tǒng)；第二是找準(zhǔn)應(yīng)用突破口，揚(yáng)長(zhǎng)避短，以特別適合微系統(tǒng)應(yīng)用的重大領(lǐng)域?yàn)槟繕?biāo)進(jìn)行研究,取得突破，從而帶動(dòng)微系統(tǒng)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。在MEMS發(fā)展中需要繼續(xù)解決的問題主要有：MEMS建模與設(shè)計(jì)方法學(xué)研究；三維微結(jié)構(gòu)構(gòu)造原理、方法、仿真及制造；微小尺度力學(xué)和熱學(xué)研究；MEMS的表征與計(jì)量方法學(xué)；納結(jié)構(gòu)與集成技術(shù)等。

微電子與生物技術(shù)緊密結(jié)合誕生的以DNA芯片等為代表的生物芯片將是21世紀(jì)微電子領(lǐng)域的另一個(gè)熱點(diǎn)和新的經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)點(diǎn)。它是以生物科學(xué)為基礎(chǔ)，利用生物體、生物組織或細(xì)胞等的特點(diǎn)和功能，設(shè)計(jì)構(gòu)建具有預(yù)期性狀的新物種或新品系，并與工程技術(shù)相結(jié)合進(jìn)行加工生產(chǎn)，它是生命科學(xué)與技術(shù)科學(xué)相結(jié)合的產(chǎn)物。具有附加值高、資源占用少等一系列特點(diǎn)，正日益受到廣泛關(guān)注。目前最有代表性的生物芯片是DNA芯片。

采用微電子加工技術(shù)，可以在指甲蓋大小的硅片上制作出包含有多達(dá)萬種DNA基因片段的芯片。利用這種芯片可以在極快的時(shí)間內(nèi)檢測(cè)或發(fā)現(xiàn)遺傳基因的變化等情況，這無疑對(duì)遺傳學(xué)研究、疾病診斷、疾病治療和預(yù)防、轉(zhuǎn)基因工程等具有極其重要的作用。

DNA芯片的基本思想是通過生物反應(yīng)或施加電場(chǎng)等措施使一些特殊的物質(zhì)能夠反映出某種基因的特性從而起到檢測(cè)基因的目的。目前Stanford和Affymetrix公司的研究人員已經(jīng)利用微電子技術(shù)在硅片或玻璃片上制作出了DNA芯片〖4〗。他們制作的DNA芯片是通過在玻璃片上刻蝕出非常小的溝槽，然后在溝槽中覆蓋一層DNA纖維。不同的DNA纖維圖案分別表示不同的DNA基因片段，該芯片共包括6000余種DNA基因片段。DNA（脫氧核糖核酸）是生物學(xué)中最重要的一種物質(zhì)，它包含有大量的生物遺傳信息，DNA芯片的作用非常巨大，其應(yīng)用領(lǐng)域也非常廣泛：它不僅可以用于基因?qū)W研究、生物醫(yī)學(xué)等，而且隨著DNA芯片的發(fā)展還將形成微電子生物信息系統(tǒng)，這樣該技術(shù)將廣泛應(yīng)用到農(nóng)業(yè)、工業(yè)、醫(yī)學(xué)和環(huán)境保護(hù)等人類生活的各個(gè)方面，那時(shí)，生物芯片有可能象今天的IC芯片一樣無處不在。

目前的生物芯片主要是指通過平面微細(xì)加工技術(shù)及超分子自組裝技術(shù)，在固體芯片表面構(gòu)建的微分析單元和系統(tǒng)，以實(shí)現(xiàn)對(duì)化合物、蛋白質(zhì)、核酸、細(xì)胞以及其它生物組分的準(zhǔn)確、快速、大信息量的篩選或檢測(cè)。生物芯片的主要研究包括采用生物芯片的具體實(shí)現(xiàn)技術(shù)、基于生物芯片的生物信息學(xué)以及高密度生物芯片的設(shè)計(jì)、檢測(cè)方法學(xué)等等。

6結(jié)語

在微電子學(xué)發(fā)展歷程的前50年中，創(chuàng)新和基礎(chǔ)研究曾起到非常關(guān)鍵的決定性作用。而隨著器件特征尺寸的縮小、納米電子學(xué)的出現(xiàn)、新一代SOC的發(fā)展、MEMS和DNA芯片的崛起，又提出了一系列新的課題，客觀需求正在“召喚”創(chuàng)新成果的誕生。

回顧20世紀(jì)后50年，展望21世紀(jì)前50年，即百年的微電子科學(xué)技術(shù)發(fā)展歷程，使我們深切地感受到，世紀(jì)之交的微電子技術(shù)對(duì)我們既是一個(gè)重大的機(jī)遇，也是一個(gè)嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)，如果我們能夠抓住這個(gè)機(jī)遇，立足創(chuàng)新，去勇敢地迎接這個(gè)挑戰(zhàn)，則有可能使我國微電子技術(shù)實(shí)現(xiàn)騰飛，在新一代微電子技術(shù)中擁有自己的知識(shí)產(chǎn)權(quán)，促進(jìn)我國微電子產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，為迎接21世紀(jì)中葉將要到來的偉大的民族復(fù)興奠定技術(shù)基礎(chǔ)，以重鑄中華民族的輝煌！

參考文獻(xiàn)

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[4]NicholasWadeWhereComputersandBiologyMeet:MakingaDNAChip.NewYorkTimes,April8,1997

篇10

關(guān)鍵詞微電子技術(shù)集成系統(tǒng)微機(jī)電系統(tǒng)DNA芯片

1引言

綜觀人類社會(huì)發(fā)展的文明史，一切生產(chǎn)方式和生活方式的重大變革都是由于新的科學(xué)發(fā)現(xiàn)和新技術(shù)的產(chǎn)生而引發(fā)的，科學(xué)技術(shù)作為革命的力量，推動(dòng)著人類社會(huì)向前發(fā)展。從50多年前晶體管的發(fā)明到目前微電子技術(shù)成為整個(gè)信息社會(huì)的基礎(chǔ)和核心的發(fā)展歷史充分證明了“科學(xué)技術(shù)是第一生產(chǎn)力”。信息是客觀事物狀態(tài)和運(yùn)動(dòng)特征的一種普遍形式，與材料和能源一起是人類社會(huì)的重要資源，但對(duì)它的利用卻僅僅是開始。當(dāng)前面臨的信息革命以數(shù)字化和網(wǎng)絡(luò)化作為特征。數(shù)字化大大改善了人們對(duì)信息的利用，更好地滿足了人們對(duì)信息的需求；而網(wǎng)絡(luò)化則使人們更為方便地交換信息，使整個(gè)地球成為一個(gè)“地球村”。以數(shù)字化和網(wǎng)絡(luò)化為特征的信息技術(shù)同一般技術(shù)不同，它具有極強(qiáng)的滲透性和基礎(chǔ)性，它可以滲透和改造各種產(chǎn)業(yè)和行業(yè)，改變著人類的生產(chǎn)和生活方式，改變著經(jīng)濟(jì)形態(tài)和社會(huì)、政治、文化等各個(gè)領(lǐng)域。而它的基礎(chǔ)之一就是微電子技術(shù)?？梢院敛豢鋸埖卣f，沒有微電子技術(shù)的進(jìn)步，就不可能有今天信息技術(shù)的蓬勃發(fā)展，微電子已經(jīng)成為整個(gè)信息社會(huì)發(fā)展的基石。

50多年來微電子技術(shù)的發(fā)展歷史，實(shí)際上就是不斷創(chuàng)新的過程，這里指的創(chuàng)新包括原始創(chuàng)新、技術(shù)創(chuàng)新和應(yīng)用創(chuàng)新等。晶體管的發(fā)明并不是一個(gè)孤立的精心設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)，而是一系列固體物理、半導(dǎo)體物理、材料科學(xué)等取得重大突破后的必然結(jié)果。1947年發(fā)明點(diǎn)接觸型晶體管、1948年發(fā)明結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)晶體管以及以后的硅平面工藝、集成電路、CMOS技術(shù)、半導(dǎo)體隨機(jī)存儲(chǔ)器、CPU、非揮發(fā)存儲(chǔ)器等微電子領(lǐng)域的重大發(fā)明也都是一系列創(chuàng)新成果的體現(xiàn)。同時(shí)，每一項(xiàng)重大發(fā)明又都開拓出一個(gè)新的領(lǐng)域，帶來了新的巨大市場(chǎng)，對(duì)我們的生產(chǎn)、生活方式產(chǎn)生了重大的影響。也正是由于微電子技術(shù)領(lǐng)域的不斷創(chuàng)新，才能使微電子能夠以每三年集成度翻兩番、特征尺寸縮小倍的速度持續(xù)發(fā)展幾十年。自1968年開始，與硅技術(shù)有關(guān)的學(xué)術(shù)論文數(shù)量已經(jīng)超過了與鋼鐵有關(guān)的學(xué)術(shù)論文，所以有人認(rèn)為，1968年以后人類進(jìn)入了繼石器、青銅器、鐵器時(shí)代之后硅石時(shí)代（siliconage）〖1〗。因此可以說社會(huì)發(fā)展的本質(zhì)是創(chuàng)新，沒有創(chuàng)新，社會(huì)就只能被囚禁在“超穩(wěn)態(tài)”陷阱之中。雖然創(chuàng)新作為經(jīng)濟(jì)發(fā)展的改革動(dòng)力往往會(huì)給社會(huì)帶來“創(chuàng)造性的破壞”，但經(jīng)過這種破壞后，又將開始一個(gè)新的處于更高層次的創(chuàng)新循環(huán)，社會(huì)就是以這樣螺旋形上升的方式向前發(fā)展。

在微電子技術(shù)發(fā)展的前50年，創(chuàng)新起到了決定性的作用，而今后微電子技術(shù)的發(fā)展仍將依賴于一系列創(chuàng)新性成果的出現(xiàn)。我們認(rèn)為：目前微電子技術(shù)已經(jīng)發(fā)展到了一個(gè)很關(guān)鍵的時(shí)期，21世紀(jì)上半葉，也就是今后50年微電子技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)和主要的創(chuàng)新領(lǐng)域主要有以下四個(gè)方面：以硅基CMOS電路為主流工藝；系統(tǒng)芯片（SystemOnAChip，SOC）為發(fā)展重點(diǎn)；量子電子器件和以分子（原子）自組裝技術(shù)為基礎(chǔ)的納米電子學(xué)；與其他學(xué)科的結(jié)合誕生新的技術(shù)增長(zhǎng)點(diǎn)，如MEMS，DNAChip等。

221世紀(jì)上半葉仍將以硅基CMOS電路為主流工藝

微電子技術(shù)發(fā)展的目標(biāo)是不斷提高集成系統(tǒng)的性能及性能價(jià)格比，因此便要求提高芯片的集成度，這是不斷縮小半導(dǎo)體器件特征尺寸的動(dòng)力源泉。以MOS技術(shù)為例，溝道長(zhǎng)度縮小可以提高集成電路的速度；同時(shí)縮小溝道長(zhǎng)度和寬度還可減小器件尺寸，提高集成度，從而在芯片上集成更多數(shù)目的晶體管，將結(jié)構(gòu)更加復(fù)雜、性能更加完善的電子系統(tǒng)集成在一個(gè)芯片上；此外，隨著集成度的提高，系統(tǒng)的速度和可靠性也大大提高，價(jià)格大幅度下降。由于片內(nèi)信號(hào)的延遲總小于芯片間的信號(hào)延遲，這樣在器件尺寸縮小后，即使器件本身的性能沒有提高，整個(gè)集成系統(tǒng)的性能也可以得到很大的提高。

自1958年集成電路發(fā)明以來，為了提高電子系統(tǒng)的性能，降低成本，微電子器件的特征尺寸不斷縮小，加工精度不斷提高，同時(shí)硅片的面積不斷增大。集成電路芯片的發(fā)展基本上遵循了Intel公司創(chuàng)始人之一的GordonE．Moore1965年預(yù)言的摩爾定律，即每隔三年集成度增加4倍，特征尺寸縮小倍。在這期間，雖然有很多人預(yù)測(cè)這種發(fā)展趨勢(shì)將減緩，但是微電子產(chǎn)業(yè)三十多年來發(fā)展的狀況證實(shí)了Moore的預(yù)言[2]。而且根據(jù)我們的預(yù)測(cè)，微電子技術(shù)的這種發(fā)展趨勢(shì)還將在21世紀(jì)繼續(xù)一段時(shí)期，這是其它任何產(chǎn)業(yè)都無法與之比擬的。

現(xiàn)在，0．18微米CMOS工藝技術(shù)已成為微電子產(chǎn)業(yè)的主流技術(shù)，0．035微米乃至0．020微米的器件已在實(shí)驗(yàn)室中制備成功，研究工作已進(jìn)入亞0．1微米技術(shù)階段，相應(yīng)的柵氧化層厚度只有2．0～1．0nm。預(yù)計(jì)到2010年，特征尺寸為0．05～0．07微米的64GDRAM產(chǎn)品將投入批量生產(chǎn)。

21世紀(jì)，起碼是21世紀(jì)上半葉,微電子生產(chǎn)技術(shù)仍將以尺寸不斷縮小的硅基CMOS工藝技術(shù)為主流。盡管微電子學(xué)在化合物和其它新材料方面的研究取得了很大進(jìn)展；但還不具備替代硅基工藝的條件。根據(jù)科學(xué)技術(shù)的發(fā)展規(guī)律，一種新技術(shù)從誕生到成為主流技術(shù)一般需要20到30年的時(shí)間，硅集成電路技術(shù)自1947年發(fā)明晶體管1958年發(fā)明集成電路,到60年代末發(fā)展成為大產(chǎn)業(yè)也經(jīng)歷了20多年的時(shí)間。另外，全世界數(shù)以萬億美元計(jì)的設(shè)備和技術(shù)投入，已使硅基工藝形成非常強(qiáng)大的產(chǎn)業(yè)能力；同時(shí)，長(zhǎng)期的科研投入已使人們對(duì)硅及其衍生物各種屬性的了解達(dá)到十分深入、十分透徹的地步，成為自然界100多種元素之最，這是非常寶貴的知識(shí)積累。產(chǎn)業(yè)能力和知識(shí)積累決定了硅基工藝起碼將在50年內(nèi)仍起重要作用，人們不會(huì)輕易放棄。

目前很多人認(rèn)為當(dāng)微電子技術(shù)的特征尺寸在2015年達(dá)到0．030～0．015微米的“極限”之后，將是硅技術(shù)時(shí)代的結(jié)束，這實(shí)際上是一種誤解。且不說微電子技術(shù)除了以特征尺寸為代表的加工工藝技術(shù)之外，還有設(shè)計(jì)技術(shù)、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)等方面需要進(jìn)一步的大力發(fā)展，這些技術(shù)的發(fā)展必將使微電子產(chǎn)業(yè)繼續(xù)高速增長(zhǎng)。即使是加工工藝技術(shù)，很多著名的微電子學(xué)家也預(yù)測(cè)，微電子產(chǎn)業(yè)將于2030年左右步入像汽車工業(yè)、航空工業(yè)這樣的比較成熟的朝陽工業(yè)領(lǐng)域。即使微電子產(chǎn)業(yè)步入汽車、航空等成熟工業(yè)領(lǐng)域，它仍將保持快速發(fā)展趨勢(shì)，就像汽車、航空工業(yè)已經(jīng)發(fā)展了50多年仍極具發(fā)展?jié)摿σ粯印?/p>

隨著器件的特征尺寸越來越小，不可避免地會(huì)遇到器件結(jié)構(gòu)、關(guān)鍵工藝、集成技術(shù)以及材料等方面的一系列問題，究其原因，主要是：對(duì)其中的物理規(guī)律等科學(xué)問題的認(rèn)識(shí)還停留在集成電路誕生和發(fā)展初期所形成的經(jīng)典或半經(jīng)典理論基礎(chǔ)上，這些理論適合于描述微米量級(jí)的微電子器件，但對(duì)空間尺度為納米量級(jí)、空間尺度為飛秒量級(jí)的系統(tǒng)芯片中的新器件則難以適用；在材料體系上，SiO2柵介質(zhì)材料、多晶硅／硅化物柵電極等傳統(tǒng)材料由于受到材料特性的制約，已無法滿足亞50納米器件及電路的需求；同時(shí)傳統(tǒng)器件結(jié)構(gòu)也已無法滿足亞50納米器件的要求，必須發(fā)展新型的器件結(jié)構(gòu)和微細(xì)加工、互連、集成等關(guān)鍵工藝技術(shù)。具體的需要?jiǎng)?chuàng)新和重點(diǎn)發(fā)展的領(lǐng)域包括：基于介觀和量子物理基礎(chǔ)的半導(dǎo)體器件的輸運(yùn)理論、器件模型、模擬和仿真軟件，新型器件結(jié)構(gòu)，高k柵介質(zhì)材料和新型柵結(jié)構(gòu)，電子束步進(jìn)光刻、13nmEUV光刻、超細(xì)線條刻蝕，SOI、GeSi／Si等與硅基工藝兼容的新型電路，低K介質(zhì)和Cu互連以及量子器件和納米電子器件的制備和集成技術(shù)等。

3量子電子器件（QED）和以分子原子自組裝技術(shù)為基礎(chǔ)的納米電子學(xué)將帶來嶄新的領(lǐng)域

在上節(jié)我們談到的以尺寸不斷縮小的硅基CMOS工藝技術(shù)，可稱之為“scalingdown”，與此同時(shí)我們必須注意“bottomup”?！癰ottomup”最重要的領(lǐng)域有二個(gè)方面：

(1)量子電子器件（QED—QuantumElectronDevice）這里包括單電子器件和單電子存儲(chǔ)器等。它的基本原理是基于庫侖阻塞機(jī)理控制一個(gè)或幾個(gè)電子運(yùn)動(dòng)，由于系統(tǒng)能量的改變和庫侖作用，一個(gè)電子進(jìn)入到一個(gè)勢(shì)阱，則將阻止其它電子的進(jìn)入。在單電子存儲(chǔ)器中量子阱替代了通常存儲(chǔ)器中的浮柵。它的主要優(yōu)點(diǎn)是集成度高；由于只有一個(gè)或幾個(gè)電子活動(dòng)所以功耗極低；由于相對(duì)小的電容和電阻以及短的隧道穿透時(shí)間，所以速度很快；且可用于多值邏輯和超高頻振蕩。但它的問題是制造比較困難，特別是制造大量的一致性器件很困難；對(duì)環(huán)境高度敏感，可靠性難以保證；在室溫工作時(shí)要求電容極小（αF），要求量子點(diǎn)大小在幾個(gè)納米。這些都為集成成電路帶來了很大困難。

因此，目前可以認(rèn)為它們的理論是清楚的，工藝有待于探索和突破。

(2)以原子分子自組裝技術(shù)為基礎(chǔ)的納米電子學(xué)。這里包括量子點(diǎn)陣列（QCA—Quantum－dotCellularAutomata)和以碳納米管為基礎(chǔ)的原子分子器件等。

量子點(diǎn)陣列由量子點(diǎn)組成，至少由四個(gè)量子點(diǎn),它們之間以靜電力作用。根據(jù)電子占據(jù)量子點(diǎn)的狀態(tài)形成“0”和“1”狀態(tài)。它在本質(zhì)上是一種非晶體管和無線的方式達(dá)到陣列的高密度、低功耗和實(shí)現(xiàn)互連。其基本優(yōu)勢(shì)是開關(guān)速度快，功耗低，集成密度高。但難以制造，且對(duì)值置變化和大小改變都極為靈敏，0．05nm的變化可以造成單元工作失效。

以碳納米管為基礎(chǔ)的原子分子器件是近年來快速發(fā)展的一個(gè)有前景的領(lǐng)域。碳原子之間的鍵合力很強(qiáng)，可支持高密度電流，而熱導(dǎo)性能類似于金剛石，能在高集成度時(shí)大大減小熱耗散，性質(zhì)類金屬和半導(dǎo)體，特別是它有三種可能的雜交態(tài)，而Ge、Si只有一個(gè)。這些都使碳納米管（CNT）成為當(dāng)前科研熱點(diǎn)，從1991年發(fā)現(xiàn)以來，現(xiàn)在已有大量成果涌現(xiàn)，北京大學(xué)納米中心彭練矛教授也已制備出0．33納米的CNT并提出“T形結(jié)”作為晶體管的可能性。但是問題是如何去生長(zhǎng)有序的符合設(shè)計(jì)性能的CNT器件，更難以集成。

目前“bottomup”的量子器件和以自組裝技術(shù)為基礎(chǔ)的納米器件在制造工藝上往往與“Scalingdown”的加工方法相結(jié)合以制造器件。這對(duì)于解決高集成度CMOS電路的功耗制約將會(huì)帶來突破性的進(jìn)展。

QCA和CNT器件不論在理論上還是加工技術(shù)上都有大量工作要做，有待突破，離開實(shí)際應(yīng)用還需較長(zhǎng)時(shí)日！但這終究是一個(gè)誘人探索的領(lǐng)域，我們期待它們將創(chuàng)出一個(gè)新的天地。

4系統(tǒng)芯片（SystemOnAChip）是21世紀(jì)微電子技術(shù)發(fā)展的重點(diǎn)

在集成電路（IC）發(fā)展初期，電路設(shè)計(jì)都從器件的物理版圖設(shè)計(jì)入手，后來出現(xiàn)了集成電路單元庫（Cell－Lib），使得集成電路設(shè)計(jì)從器件級(jí)進(jìn)入邏輯級(jí)，這樣的設(shè)計(jì)思路使大批電路和邏輯設(shè)計(jì)師可以直接參與集成電路設(shè)計(jì)，極大地推動(dòng)了IC產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。但集成電路僅僅是一種半成品，它只有裝入整機(jī)系統(tǒng)才能發(fā)揮它的作用。IC芯片是通過印刷電路板（PCB）等技術(shù)實(shí)現(xiàn)整機(jī)系統(tǒng)的。盡管IC的速度可以很高、功耗可以很小，但由于PCB板中IC芯片之間的連線延時(shí)、PCB板可靠性以及重量等因素的限制，整機(jī)系統(tǒng)的性能受到了很大的限制。隨著系統(tǒng)向高速度、低功耗、低電壓和多媒體、網(wǎng)絡(luò)化、移動(dòng)化的發(fā)展，系統(tǒng)對(duì)電路的要求越來越高，傳統(tǒng)集成電路設(shè)計(jì)技術(shù)已無法滿足性能日益提高的整機(jī)系統(tǒng)的要求。同時(shí)，由于IC設(shè)計(jì)與工藝技術(shù)水平提高，集成電路規(guī)模越來越大，復(fù)雜程度越來越高，已經(jīng)可以將整個(gè)系統(tǒng)集成為一個(gè)芯片。目前已經(jīng)可以在一個(gè)芯片上集成108－109個(gè)晶體管，而且隨著微電子制造技術(shù)的發(fā)展，21世紀(jì)的微電子技術(shù)將從目前的3G時(shí)代逐步發(fā)展到3T時(shí)代（即存儲(chǔ)容量由G位發(fā)展到T位、集成電路器件的速度由GHz發(fā)展到燈THz、數(shù)據(jù)傳輸速率由Gbps發(fā)展到Tbps，注：1G=109、1T=1012、bps：每秒傳輸數(shù)據(jù)位數(shù)）。

正是在需求牽引和技術(shù)推動(dòng)的雙重作用下，出現(xiàn)了將整個(gè)系統(tǒng)集成在一個(gè)微電子芯片上的系統(tǒng)芯片（SystemOnAChip，簡(jiǎn)稱SOC）概念。

系統(tǒng)芯片（SOC）與集成電路（IC）的設(shè)計(jì)思想是不同的，它是微電子設(shè)計(jì)領(lǐng)域的一場(chǎng)革命，它和集成電路的關(guān)系與當(dāng)時(shí)集成電路與分立元器件的關(guān)系類似，它對(duì)微電子技術(shù)的推動(dòng)作用不亞于自50年代末快速發(fā)展起來的集成電路技術(shù)。

SOC是從整個(gè)系統(tǒng)的角度出發(fā)，把處理機(jī)制、模型算法、芯片結(jié)構(gòu)、各層次電路直至器件的設(shè)計(jì)緊密結(jié)合起來，在單個(gè)（或少數(shù)幾個(gè)）芯片上完成整個(gè)系統(tǒng)的功能，它的設(shè)計(jì)必須是從系統(tǒng)行為級(jí)開始的自頂向下（Top－Down）的。很多研究表明，與IC組成的系統(tǒng)相比，由于SOC設(shè)計(jì)能夠綜合并全盤考慮整個(gè)系統(tǒng)的各種情況，可以在同樣的工藝技術(shù)條件下實(shí)現(xiàn)更高性能的系統(tǒng)指標(biāo)。例如若采用SOC方法和0．35μm工藝設(shè)計(jì)系統(tǒng)芯片,在相同的系統(tǒng)復(fù)雜度和處理速率下，能夠相當(dāng)于采用0．18～0.25μm工藝制作的IC所實(shí)現(xiàn)的同樣系統(tǒng)的性能；還有，與采用常規(guī)IC方法設(shè)計(jì)的芯片相比,采用SOC設(shè)計(jì)方法完成同樣功能所需要的晶體管數(shù)目約可以降低l～2個(gè)數(shù)量級(jí)。

對(duì)于系統(tǒng)芯片（SOC）的發(fā)展，主要有三個(gè)關(guān)鍵的支持技術(shù)。

（1）軟、硬件的協(xié)同設(shè)計(jì)技術(shù)。面向不同系統(tǒng)的軟件和硬件的功能劃分理論（FunctionalPartitionTheory），這里不同的系統(tǒng)涉及諸多計(jì)算機(jī)系統(tǒng)、通訊系統(tǒng)、數(shù)據(jù)壓縮解壓縮和加密解密系統(tǒng)等等。

（2）IP模塊庫問題。IP模塊有三種,即軟核，主要是功能描述；固核，主要為結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；和硬核，基于工藝的物理設(shè)計(jì)、與工藝相關(guān)，并經(jīng)過工藝驗(yàn)證過的。其中以硬核使用價(jià)值最高。CMOS的CPU、DRAM、SRAM、E2PROM和FlashMemory以及A／D、D／A等都可以成為硬核。其中尤以基于深亞微米的新器件模型和電路模擬為基礎(chǔ)，在速度與功耗上經(jīng)過優(yōu)化并有最大工藝容差的模塊最有價(jià)值。現(xiàn)在,美國硅谷在80年代出現(xiàn)無生產(chǎn)線（Fabless)公司的基礎(chǔ)上，90年代后期又出現(xiàn)了一些無芯片（Chipless）的公司,專門銷售IP模塊。

（3）模塊界面間的綜合分析技術(shù),這主要包括IP模塊間的膠聯(lián)邏輯技術(shù)（gluelogictechnologies）和IP模塊綜合分析及其實(shí)現(xiàn)技術(shù)等。

微電子技術(shù)從IC向SOC轉(zhuǎn)變不僅是一種概念上的突破,同時(shí)也是信息技術(shù)新發(fā)展的里程碑。通過以上三個(gè)支持技術(shù)的創(chuàng)新,它必將導(dǎo)致又一次以系統(tǒng)芯片為主的信息技術(shù)上的革命。目前，SOC技術(shù)已經(jīng)嶄露頭角，21世紀(jì)將是SOC技術(shù)真正快速發(fā)展的時(shí)期。

在新一代系統(tǒng)芯片領(lǐng)域，需要重點(diǎn)突破的創(chuàng)新點(diǎn)主要包括實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)功能的算法和電路結(jié)構(gòu)兩個(gè)方面。在微電子技術(shù)的發(fā)展歷史上,每一種算法的提出都會(huì)引起一場(chǎng)變革，例如維特比算法、小波變換等均對(duì)集成電路設(shè)計(jì)技術(shù)的發(fā)展起到了非常重要的作用,目前神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、模糊算法等也很有可能取得較大的突破。提出一種新的電路結(jié)構(gòu)可以帶動(dòng)一系列的應(yīng)用,但提出一種新的算法則可以帶動(dòng)一個(gè)新的領(lǐng)域,因此算法應(yīng)是今后系統(tǒng)芯片領(lǐng)域研究的重點(diǎn)學(xué)科之一。在電路結(jié)構(gòu)方面,在系統(tǒng)芯片中，由于射頻、存儲(chǔ)器件的加入，其中的電路結(jié)構(gòu)已經(jīng)不是傳統(tǒng)意義上的CMOS結(jié)構(gòu)，因此需要發(fā)展更靈巧的新型電路結(jié)構(gòu)。另外，為了實(shí)現(xiàn)膠聯(lián)邏輯（GlueLogic）新的邏輯陣列技術(shù)有望得到快速的發(fā)展,在這一方面也需要做系統(tǒng)深入的研究。

5微電子與其他學(xué)科的結(jié)合誕生新的技術(shù)增長(zhǎng)點(diǎn)

微電子技術(shù)的強(qiáng)大生命力在于它可以低成本、大批量地生產(chǎn)出具有高可靠性和高精度的微電子結(jié)構(gòu)模塊。這種技術(shù)一旦與其它學(xué)科相結(jié)合,便會(huì)誕生出一系列嶄新的學(xué)科和重大的經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)點(diǎn)，這方面的典型例子便是MEMS（微機(jī)電系統(tǒng)）技術(shù)和DNA生物芯片。前者是微電子技術(shù)與機(jī)械、光學(xué)等領(lǐng)域結(jié)合而誕生的，后者則是與生物工程技術(shù)結(jié)合的產(chǎn)物。

微電子機(jī)械系統(tǒng)不僅是微電子技術(shù)的拓寬和延伸,它將微電子技術(shù)和精密機(jī)械加工技術(shù)相互融合，實(shí)現(xiàn)了微電子與機(jī)械融為一體的系統(tǒng)。MEMS將電子系統(tǒng)和外部世界聯(lián)系起來，它不僅可以感受運(yùn)動(dòng)、光、聲、熱、磁等自然界的外部信號(hào)，把這些信號(hào)轉(zhuǎn)換成電子系統(tǒng)可以認(rèn)識(shí)的電信號(hào)，而且還可以通過電子系統(tǒng)控制這些信號(hào)，發(fā)出指令并完成該指令。從廣義上講，MEMS是指集微型傳感器、微型執(zhí)行器、信號(hào)處理和控制電路、接口電路、通信系統(tǒng)以及電源于一體的微型機(jī)電系統(tǒng)。MEMS技術(shù)是一種典型的多學(xué)科交叉的前沿性研究領(lǐng)域，它幾乎涉及到自然及工程科學(xué)的所有領(lǐng)域，如電子技術(shù)、機(jī)械技術(shù)、光學(xué)、物理學(xué)、化學(xué)、生物醫(yī)學(xué)、材料科學(xué)、能源科學(xué)等〖3〗。

MEMS的發(fā)展開辟了一個(gè)全新的技術(shù)領(lǐng)域和產(chǎn)業(yè)。它們不僅可以降低機(jī)電系統(tǒng)的成本，而且還可以完成許多大尺寸機(jī)電系統(tǒng)所不能完成的任務(wù)。正是由于MEMS器件和系統(tǒng)具有體積小、重量輕、功耗低、成本低、可靠性高、性能優(yōu)異及功能強(qiáng)大等傳統(tǒng)傳感器無法比擬的優(yōu)點(diǎn),因而MEMS在航空、航天、汽車、生物醫(yī)學(xué)、環(huán)境監(jiān)控、軍事以及幾乎人們接觸到的所有領(lǐng)域中都有著十分廣闊的應(yīng)用前景。例如微慣性傳感器及其組成的微型慣性測(cè)量組合能應(yīng)用于制導(dǎo)、衛(wèi)星控制、汽車自動(dòng)駕駛、汽車防撞氣囊、汽車防抱死系統(tǒng)（ABS）、穩(wěn)定控制和玩具；微流量系統(tǒng)和微分析儀可用于微推進(jìn)、傷員救護(hù)；信息MEMS系統(tǒng)將在射頻系統(tǒng)、全光通訊系統(tǒng)和高密度存儲(chǔ)器和顯示等方面發(fā)揮重大作用；同時(shí)MEMS系統(tǒng)還可以用于醫(yī)療、光譜分析、信息采集等等。現(xiàn)在已經(jīng)成功地制造出了尖端直徑為5μm的可以夾起一個(gè)紅細(xì)胞的微型鑷子，可以在磁場(chǎng)中飛行的象蝴蝶大小的飛機(jī)等。

MEMS技術(shù)及其產(chǎn)品的增長(zhǎng)速度非常之高，目前正處在技術(shù)發(fā)展時(shí)期，再過若干年將會(huì)迎來MEMS產(chǎn)業(yè)化高速發(fā)展的時(shí)期。2000年，全世界MEMS的市場(chǎng)達(dá)到120到140億美元，而帶來的與之相關(guān)的市場(chǎng)達(dá)到1000億美元。

目前，MEMS系統(tǒng)與集成電路發(fā)展的初期情況極為相似。集成電路發(fā)展初期，其電路在今天看來是很簡(jiǎn)單的，應(yīng)用也非常有限，以軍事需求為主,但它的誘人前景吸引了人們進(jìn)行大量投資，促進(jìn)了集成電路飛速發(fā)展。集成電路技術(shù)的進(jìn)步,加快了計(jì)算機(jī)更新?lián)Q代的速度，對(duì)CPU和RAM的需求越來越大,反過來又促進(jìn)了集成電路的發(fā)展。集成電路和計(jì)算機(jī)在發(fā)展中相互推動(dòng)，形成了今天的雙贏局面，帶來了一場(chǎng)信息革命?，F(xiàn)階段的微機(jī)電系統(tǒng)專用性很強(qiáng)，單個(gè)系統(tǒng)的應(yīng)用范圍非常有限,還沒有出現(xiàn)類似于CPU和RAM這樣量大面廣的產(chǎn)品。隨著微機(jī)電系統(tǒng)的進(jìn)步，最后將有可能形成像微電子技術(shù)一樣有廣泛應(yīng)用前景的新產(chǎn)業(yè)，從而對(duì)人們的社會(huì)生產(chǎn)和生活方式產(chǎn)生重大影響。

當(dāng)前MEMS系統(tǒng)能否取得更更大突破，取決于兩方面的因素：第一是在微系統(tǒng)理論與基礎(chǔ)技術(shù)方面取得突破性進(jìn)展，使人們依靠掌握的理論和基礎(chǔ)技術(shù)可以高效地設(shè)計(jì)制造出所需的微系統(tǒng)；第二是找準(zhǔn)應(yīng)用突破口，揚(yáng)長(zhǎng)避短，以特別適合微系統(tǒng)應(yīng)用的重大領(lǐng)域?yàn)槟繕?biāo)進(jìn)行研究,取得突破，從而帶動(dòng)微系統(tǒng)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。在MEMS發(fā)展中需要繼續(xù)解決的問題主要有：MEMS建模與設(shè)計(jì)方法學(xué)研究；三維微結(jié)構(gòu)構(gòu)造原理、方法、仿真及制造；微小尺度力學(xué)和熱學(xué)研究；MEMS的表征與計(jì)量方法學(xué)；納結(jié)構(gòu)與集成技術(shù)等。

微電子與生物技術(shù)緊密結(jié)合誕生的以DNA芯片等為代表的生物芯片將是21世紀(jì)微電子領(lǐng)域的另一個(gè)熱點(diǎn)和新的經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)點(diǎn)。它是以生物科學(xué)為基礎(chǔ)，利用生物體、生物組織或細(xì)胞等的特點(diǎn)和功能，設(shè)計(jì)構(gòu)建具有預(yù)期性狀的新物種或新品系，并與工程技術(shù)相結(jié)合進(jìn)行加工生產(chǎn)，它是生命科學(xué)與技術(shù)科學(xué)相結(jié)合的產(chǎn)物。具有附加值高、資源占用少等一系列特點(diǎn)，正日益受到廣泛關(guān)注。目前最有代表性的生物芯片是DNA芯片。

采用微電子加工技術(shù)，可以在指甲蓋大小的硅片上制作出包含有多達(dá)萬種DNA基因片段的芯片。利用這種芯片可以在極快的時(shí)間內(nèi)檢測(cè)或發(fā)現(xiàn)遺傳基因的變化等情況，這無疑對(duì)遺傳學(xué)研究、疾病診斷、疾病治療和預(yù)防、轉(zhuǎn)基因工程等具有極其重要的作用。

DNA芯片的基本思想是通過生物反應(yīng)或施加電場(chǎng)等措施使一些特殊的物質(zhì)能夠反映出某種基因的特性從而起到檢測(cè)基因的目的。目前Stanford和Affymetrix公司的研究人員已經(jīng)利用微電子技術(shù)在硅片或玻璃片上制作出了DNA芯片〖4〗。他們制作的DNA芯片是通過在玻璃片上刻蝕出非常小的溝槽，然后在溝槽中覆蓋一層DNA纖維。不同的DNA纖維圖案分別表示不同的DNA基因片段，該芯片共包括6000余種DNA基因片段。DNA（脫氧核糖核酸）是生物學(xué)中最重要的一種物質(zhì)，它包含有大量的生物遺傳信息，DNA芯片的作用非常巨大，其應(yīng)用領(lǐng)域也非常廣泛：它不僅可以用于基因?qū)W研究、生物醫(yī)學(xué)等，而且隨著DNA芯片的發(fā)展還將形成微電子生物信息系統(tǒng)，這樣該技術(shù)將廣泛應(yīng)用到農(nóng)業(yè)、工業(yè)、醫(yī)學(xué)和環(huán)境保護(hù)等人類生活的各個(gè)方面，那時(shí)，生物芯片有可能象今天的IC芯片一樣無處不在。

目前的生物芯片主要是指通過平面微細(xì)加工技術(shù)及超分子自組裝技術(shù)，在固體芯片表面構(gòu)建的微分析單元和系統(tǒng)，以實(shí)現(xiàn)對(duì)化合物、蛋白質(zhì)、核酸、細(xì)胞以及其它生物組分的準(zhǔn)確、快速、大信息量的篩選或檢測(cè)。生物芯片的主要研究包括采用生物芯片的具體實(shí)現(xiàn)技術(shù)、基于生物芯片的生物信息學(xué)以及高密度生物芯片的設(shè)計(jì)、檢測(cè)方法學(xué)等等。

6結(jié)語

在微電子學(xué)發(fā)展歷程的前50年中，創(chuàng)新和基礎(chǔ)研究曾起到非常關(guān)鍵的決定性作用。而隨著器件特征尺寸的縮小、納米電子學(xué)的出現(xiàn)、新一代SOC的發(fā)展、MEMS和DNA芯片的崛起，又提出了一系列新的課題，客觀需求正在“召喚”創(chuàng)新成果的誕生。

回顧20世紀(jì)后50年，展望21世紀(jì)前50年，即百年的微電子科學(xué)技術(shù)發(fā)展歷程，使我們深切地感受到，世紀(jì)之交的微電子技術(shù)對(duì)我們既是一個(gè)重大的機(jī)遇，也是一個(gè)嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)，如果我們能夠抓住這個(gè)機(jī)遇，立足創(chuàng)新，去勇敢地迎接這個(gè)挑戰(zhàn)，則有可能使我國微電子技術(shù)實(shí)現(xiàn)騰飛，在新一代微電子技術(shù)中擁有自己的知識(shí)產(chǎn)權(quán)，促進(jìn)我國微電子產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，為迎接21世紀(jì)中葉將要到來的偉大的民族復(fù)興奠定技術(shù)基礎(chǔ)，以重鑄中華民族的輝煌！

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