光刻技术的基本原理精选(九篇)

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第1篇：光刻技术的基本原理范文

关键词：量子阱；器件；红外探测器；激光器；

1 引言

量子阱器件，即指采用量子阱材料作为有源区的光电子器件，材料生长一般是采用MOCVD外廷技术。这种器件的特点就在于它的量子阱有源区具有准二维特性和量子尺寸效应。二维电子空穴的态密度是台阶状分布，量子尺寸效应决定了电子空穴不再连续分布而是集中占据着量子化第一子能级，增益谱半宽大为降低、且价带上轻重空穴的简并被解除，价带间的吸收降低。

2 量子阱器件基本原理

2.1 量子阱基本原理[1]

半导体超晶格是指由交替生长两种半导体材料薄层组成的一维周期性结构.以GaAs／AlAs半导体超晶格的结构为例:在半绝缘GaAs衬底上沿[001]方向外延生长500nm左右的GaAs薄层，而交替生长厚度为几埃至几百埃的AlAs薄层。这两者共同构成了一个多层薄膜结构。GaAs的晶格常数为0.56351nm，AlAs的晶格常数为0.56622nm。由于AlAs的禁带宽度比GaAs的大，AlAs层中的电子和空穴将进入两边的GaAs层，“落入”GaAs材料的导带底，只要GaAs层不是太薄，电子将被约束在导带底部，且被阱壁不断反射。换句话说，由于GaAs的禁带宽度小于AlAs的禁带宽度，只要GaAs层厚度小到量子尺度，那么就如同一口阱在“吸引”着载流子，无论处在其中的载流子的运动路径怎样，都必须越过一个势垒，由于GaAs层厚度为量子尺度，我们将这种势阱称为量子阱.

当GaAs和AlAs沿Z方向交替生长时，图2描绘了超晶格多层薄膜结构与相应的的周期势场。其中a表示AlAs薄层厚度(势垒宽度)，b表示薄层厚度(势阱宽度)。如果势垒的宽度较大，使得两个相邻势阱中的电子波函数互不重叠，那么就此形成的量子阱将是相互独立的，这就是多量子阱。多量子阱的光学性质与单量子阱的相同，而强度则是单量子阱的线性迭加。另一方面，如果两个相邻的量子阱间距很近，那么其中的电子态将发生耦合，能级将分裂成带，并称之为子能带。而两个相邻的子能带

之间又存在能隙，称为子能隙。通过人为控制这些子能隙的宽度与子能带，使得半导体微结构表现出多种多样的宏观性质。

2.2 量子阱器件[2]

量子阱器件的基本结构是两块N型GaAs附于两端，而中间有一个薄层，这个薄层的结构由AlGaAs-GaAs-AlGaAs的复合形式组成，。

在未加偏压时，各个区域的势能与中间的GaAs对应的区域形成了一个势阱，故称为量子阱。电子的运动路径是从左边的N型区(发射极)进入右边的N型区(集电极)，中间必须通过AlGaAs层进入量子阱，然后再穿透另一层AlGaAs。

量子阱器件虽然是新近研制成功的器件，但已在很多领域获得了应用，而且随着制作水平的提高，它将获得更加广泛的应用。 3 量子阱器件的应用

3.1 量子阱红外探测器[3]

量子阱红外探测器(QWIP)是20世纪90年展起来的高新技术。与其他红外技术相比，QWIP具有响应速度快、探测率与HgCdTe探测器相近、探测波长可通过量子阱参数加以调节等优点。而且，利用MBE和MOCVD等先进工艺可生长出高品质、大面积和均匀的量子阱材料，容易做出大面积的探测器阵列。正因为如此，量子阱光探测器，尤其是红外探测器受到了广泛关注。

QWIP是利用掺杂量子阱的导带中形成的子带间跃迁，并将从基态激发到第一激发态的电子通过电场作用形成光电流这一物理过程，实现对红外辐射的探测。通过调节阱宽、垒宽以及AlGaAs中Al组分含量等参数，使量子阱子带输运的激发态被设计在阱内(束缚态)、阱外(连续态)或者在势垒的边缘或者稍低于势垒顶(准束缚态)，以便满足不同的探测需要，获得最优化的探测灵敏度。因此，量子阱结构设计又称为“能带工程”是QWIP最关键的一步。另外，由于探测器只吸收辐射垂直与阱层面的分量，因此光耦合也是QWIP的重要组成部分。

3.2 量子阱在光通讯方面的应用

光通信是现代通信的主要方式，光通讯的发展需要宽带宽、高速、大容量的光发射机和光接收机，这些仪器不仅要求其体积小，质量高，同时又要求它成本低，能够大规模应用，为了达到这些目的，光子集成电路(PIC’S)和光电子集成电路(OEIC’S)被开发出来。但是，通常光子集成电路和光电子集成电路是采用多次光刻，光栅技术、干湿法腐蚀技术、多次选择外延生长MOCVD或MBE等复杂工艺，从而可能使衔接部位晶体质量欠佳和器件间的耦合效率低下，影响了有源器件性能和可靠性。

近20年来发展了许多选择量子阱无序或称之为量子阱混合(QWI)的新方法，目的在于量子阱一次生长(MOCVD-QW)后，获得在同一外延晶片上横向不同区域具有不同的带隙、光吸收率、光折射率和载流子迁移率，达到横向光子集成和光电子集成的目的，这样就避免了多次生长和反复光刻的复杂工艺。

4 结语

半导体超晶格和量子阱材料是光电材料的最新发展，量子阱器件的优越性使得它活跃在各种生产和生活领域。目前，在光通信、激光器研制、红外探测仪器等方面，量子阱器件都得到了广泛的应用。随之科学技术的不断进步，我们相信，半导体超晶格和量子阱材料必然在更多领域发挥其独特的作用。

参考文献：

[1]陆卫，李宁，甄红楼等．红外光电子学中的新族—量子阱红外探测器［J］．中国科学，2009，39(3)：336～343．

[2]杜鹏，周立庆．面向工程化应用的量子阱红外探测材料制备研究［J］．激光与红外，2010，40(11)：1215～1219．

第2篇：光刻技术的基本原理范文

关键词：精密与特种加工；机械制造；强化实践；教学改革；激光切割机

中图分类号：G642.0 文献标识码：A 文章编号：1674-9324（2012）07-0103-02

制造业是全面建设小康社会的支柱产业，是国家高新技术产业的基础和国家安全的重要保障。而精密与特种加工，是保障制造业高水平持续快速发展的基础。本门课程属普通工科类高等院校开设的基本课程。通过调查研究发现，开设这门课程的学校基本以课堂讲述为主，学生基本只能从黑板上了解精密与特种加工，即使开设了部分精密与特种加工方面的实验课程，也因实验成本高昂，变成演示性和参观性的。这大大妨碍了学生对精密与特种加工含义的理解和认识。在这方面国内很多高校进行了相关的研究工作，如长沙理工大学对特种加工的教学课改、江苏大学在特种加工实习方面的改革等。显然，这种以课堂灌输为主的教学方式，已不能适应研究型大学以培养学生自主创新素质为基础的理念。因此，开展对《精密与特种加工》课程教学体系的革新，是值得探索的重要课题。《精密与特种加工》程一方面要使学生能在总体上了解精密与特种加工实现的基本原理、技术关键等，同时培养学生综合应用各学科知识去建立数字化、集成化、智能化、精密化的思维与理念，从而突破传统制造业的设计思想和制造方式，并进一步加强学生的实验动手能力。因此，本文主要是探讨一种能够充分发挥学生学习主动性和积极性的教学方法、探讨一种可以允许学生亲自动手进行实验操作的、实验成本又不是很高的实验辅助教学体系，在高等学校专业方向教学方面，应该有推广应用的前景。

一、课程的基本内容框架

《精密与特种加工》课程立足于机械制造及自动化专业的基本特点，在概括介绍先进制造理念的基础上，重点介绍精密与特种加工工艺技术，包括：超精密切削加工、电火花成形、电化学加工、高能束加工、超声波加工、快速成形及其它现代成形加工方法。《精密与特种加工》课程共40课时，建设思路将采用课堂教学（26时）和实践环节教学（14时）的时间安排模式。即增加实践环节教学的比重，所有加工方法都安排相应的实践环节。教师是课程组织者，而学生成为课程实施的主体，充分发挥学生的创造性和想象力，以学生为主组织教学。因此，提出新的课程基本理论框架包括如下内容：

1.超精切削加工，讲述6课时。主要讲述三大系统、六大模块。三大系统主要包括超精密切削加工机理、精密切削机床和金刚石刀具；六大模块包括精密主轴部件、精密导轨部件、进给驱动系统、精密测量技术、误差补偿技术和环境控制。

2.电火花成形，讲述4课时。重点讲述电火花加工的机理、电火花加工中的基本工艺规律和电火花加工机床的组成。其中，电火花加工机理是其核心内容，通过形象的动画予以描述，增加学生更进一步的认识。

3.电化学加工，讲述4课时。主要包括电解加工、电镀、电刷镀、复合镀等内容。重点讲述电解加工中的电解加工机理和基本规律、电解加工设备、电解加工工艺。最后通过现实中电解加工的应用开展实例教学。

4.高能束加工，讲述4课时。该章主要包括三种高能束加工方法：激光束加工、电子束加工和离子束加工。讲述中重点介绍激光束加工中的切割、焊接、打孔、热处理技术及其它新应用。结合目前工程中的实际应用，通过实例和视频让学生有更加直观的认识。

5.超声波加工，讲述2课时。主要介绍超声波加工的机理、超声波加工的设备及构成。在此基础上，通过视频形象地表达各领域中对超声波加工的应用。

6.快速成形，讲述4课时。快速成型技术带来了制造方式的变革，采取分层—叠加（离散—堆积）的制造方式。本章重点讲解快速成型的四中类型：光固化成形、叠层实体制造、选择性激光烧结、熔融沉积造型。

7.新型前沿制造技术，讲述2课时。主要介绍目前国际前沿的加工方法，如光刻技术、扫描探针纳米加工技术等。

二、实验平台的体系结构

针对《精密与特征加工》课程的内容框架，在注重加工基本原理的前提下，结合实验室现有加工设备，整合一套精密与特种加工实验平台，主要与上述课堂教学相对应。实验平台的体系结构和相应课时分配情况如图1所示，每一种加工方法通过2课时的实验让学生分组进行实际操作，锻炼其动手能力和对加工方法的进一步认识。

图1?摇实验平台及课时分配

实验流程如图2所示。在开展实验的过程中，首先实验老师简要回顾课堂内容，对实验内容进行演示。然后通过分组，使同学们自己安排实验方案、设备操作和样品加工。最后由实验老师对学生的操作和制备的样品进行考评，并指出实验过程中关键问题。

图2?摇实验过程示意图

三、强化实践的教改实例

教学活动中，注重强调学生自由发散思维的培养，鼓励学生大胆地想，细心地做。提出问题，交由学生找出问题解决的方案、图纸、程序，然后进行论证，最后进行实施，直到拿出最终的有形产品。下面以激光加工为例对实施方案进行了概括。激光切割机系统采用Windows XP作为操作平台，造型软件为AutoCAD，成形材料为各种厚度的金属板材，刀具是无形的聚焦激光束。激光切割的原理是激光辐射加热工件表面，表面热量通过热传导向内部扩散，通过控制激光脉冲、重复频率等参数，使工件熔化，形成特定的熔池。实验成本不高，保证了教学改革实施的持续性。精密与特征加工是一门理论与实践结合性很强的课程，本文研究基于实验平台的强化实践教学改革方法，实践表明学生学习的积极性、主动性有了极大提高，动手能力和创新能力得到了进一步加强。

参考文献：

[1]毛聪，郭克希，李旭宇，李河清.特种加工课程教学改革研究与实践[J].理工高教研究，2010，（1）：134-136.

[2]任旭东，张永康，姜银方，冯爱新.特种加工实验教学改革与实践[J].安徽工业大学学报，2008，（4）：109-110.

第3篇：光刻技术的基本原理范文

什么是电容感应

电容感应技术是一个非常传统的技术,这种技术主要是依靠计时器通过外部RC充放电路形成一个固有频率的脉冲,一个简单的单片机监视着这个脉冲频率是否发生变化从而做出反应。

自电容触摸屏中,透明导电膜被完全分割成在一个或者两个涂层中的电极岛。单层涂层时,每个电极岛都引出一条细线直通控制器;双层涂层时,电极岛按照互补的排列设计为两层,有一半电极岛在一层按行串通为行电极,另一半电极岛在另一层按列接通为列电极。自电容触摸屏控制器每次只检测某一行或某一列,也就是只检测一个独立的电极。当只有一个单独的手指触摸时,会表现不错,手指触摸(2,0)坐标点,X2电极和Y0电极立刻感知到最大的电容变化值,触摸被发现且触摸点的粗略位置被确定。

投射电容触摸屏只能使用手指触摸,因此虽然电极岛在5mm大小,但对于手指这样的大触摸物也足以应付。此后,在检测到触摸后,通过邻近电极的电容变化及比例关系,投射电容触摸屏可以精确定位触摸点的位移。

单涂层自电容触摸屏需要大量的引线――每个电极岛需要单独引线直接连接到控制器;双涂层自电容触摸屏通过矩阵方式相对解决了引线过多的问题:通常一个3.5英寸的智能手机触摸屏可能有9列16行,采用双涂层方式共需引入到控制器25根引线,而如果采用单涂层方式则需144根引线,这还只是3.5英寸。

但是,由于一次只检测一条独立的电极,双涂层矩阵模式的自电容触摸屏无法分辨多点触摸时的诡点。然而这个缺点并没有妨碍自电容技术在多点触摸的应用,这个秘密在于软件――软件不使用非明确的点作为定位,而是通过点的走势确定多点手势。在这种情形下,它不介意4点产生是由于哪2点触摸而导致的,只要坐标点在互相远离或者互相走近,就可以实现缩放手势的识别。

互电容模式

投射电容目前更常见的类型为“互电容”,该类型支持真多点,有更高的透光率,还能提高分辨率和抗电磁干扰能力。互电容模式的技术原理在于绝大部分的传导物体当他们靠的相当近的时候会产生电荷,这时如果另外一个传导物体,比如手指,靠近前两个传导物体时,因为人体吸走一些电荷,两个传导物体间电荷场会发生变化。

在互电容触摸屏里,透明导电膜是分布在两层的行、列电极。因为每一行与每一列的交叉位置可以触发一个独立的触摸,互电容触摸屏的控制器可以分别计算多个触摸点的位置,这个是互电容触摸技术的主要优势来源,它能感应在屏幕上的每一个坐标范围内的点击。

由于自电容与互电容这两种电容技术都依赖于人体电容与电极之间的电荷交换,这种电容传感技术的模式也被称为“电荷交换”。

在这个目前最薄的投射电容设计中,每一层采用积层溅射的工艺基于两层透明导电层的投射电容的基本原理,设计上可以作出各种变化。例如,用超微细(10μm)电线可以替代某层从而少溅射一层ITO。目前市面上的绝大多数手机和签名采集板在不同PET层上镀的ITO,此外常见的触摸屏也是使用双面镀层或在两层基板上单面镀层的ITO镀层玻璃。

第4篇：光刻技术的基本原理范文

关键词：新课程；高中物理；教师；教法

中图分类号：G633.7 文献标识码：A 文章编号：1992-7711（2016）06-0028

一、高中物理新课程的特点

新课程内容改变了过去“难、繁、偏、旧”和过于注重书本知识的现状，加强了课程内容与学生生活以及现代社会与科技发展的联系。其主要特点有：

1. 强调从生活走进物理，从物理走向社会，注重保护探索兴趣

例如，每章都有精彩的导入，旨在吸引学生的学习兴趣。这些导入有的浅显易懂、幽默风趣，引导学生在轻松的氛围中进入物理学习；有的高度概括，从科学技术的现代应用开始，启发学生思考；有的则从身边的生活现象出发，指导学生从不起眼的小事思考物理学的问题；有的导入展示了大自然的奇妙，激发了学生的好奇心，使之产生学习兴趣；有的则从物理学史的角度将学生引入课堂。教材充分考虑高中学生的认知特点，关注学生的学习兴趣和生活经验，加强物理学与生活、生产的联系。这一方面让学生感受到物理学就在身边，物理学融进了我们的生活，物理学对社会发展有巨大的推动作用，同时也培养了学生善于观察、乐于探究、注意从身边现象探索物理规律、注重将物理知识与生活实践相联系的兴趣与能力。

2. 强调基础知识的学习，注重物理学核心概念的建立

教材继承了我国物理教材的优势，强调教材的科学性、严谨性，注重教材知识结构的逻辑性、循序渐进，注重内容表述言简意赅、条理分明、深入浅出。这充分体现了“知识与技能”的培养目标。

3. 强调知识的构建过程，注重培养物理实验、科学探究能力

教材体现于对学生探究能力的培养。从整体结构上为学生的自主发展留下了空间，非常注重学生实验、演示实验、有趣的小实验和低成本实验的引入，这不仅让学生学到物理知识，而且还让他们经历一些探究过程，学习科学探究的方法，提高自主学习能力。由此可以看出，物理新课程旨在提高学生的科学素养。现代科学知识发展的日新月异，教师不可能在学校教育时间里，把物理学的事实和原理都传授给学生。但是让学生理解了科学的过程，就能够使学生更好地依靠自己主动获取科学知识。

二、新课程背景下高中物理教师如何教

1. 激发学生的学习兴趣

教育的艺术是使学生喜欢你教的东西，兴趣是最好的老师，学好物理学主要是要培养学生的兴趣。靠什么来培养学生的兴趣呢？不是从物理学之外的东西，而是要靠物理学本身的魅力来感动学生。物理学是非常吸引人的，可是很多学生感觉物理学非常枯燥，主要是没有真正体会到物理学的魅力，或者是他不懂，只能是背公式，越学越苦恼，要让学生有兴趣，需要让学生真正理解到物理学的精髓，这就要靠教师用自己的科学激情去点燃学生热情的火花。

2. 培养学生的科技意识

物理是一门历史悠久的自然学科，随着科技的发展、社会的进步，物理已渗入到人类生活的各个领域。在现代科技发展和科技教育中，增强学生的科技意识，提高学生对科学技术是第一生产力的认识，物理起着至关重要的作用。物理学推动了20世纪科学技术的高速发展，人类社会在科技进步上经历了一个又一个划时代的变革。电气化时代、原子时代、激光技术的广泛应用、以现代计算机为基础发展起来的信息时代、离子注入、雷射退火、卢瑟福背景散射谱、俄歇电子谱、X射线发光光谱、二次发射离子质谱以及高分辨的电子刻蚀、同步辐射光刻，哪一样不是从物理学各分支的实验室里移植到工业上去的！科技意识的培养可以激发学生的学习兴趣，开阔学生的视野，为他们将来的学习、工作打下良好的基础。物理学中“科技”的内容随处可见，因此要充分发挥课堂教学的主渠道作用，结合具体的教学内容，及时、有意识、有机地渗透科技意识的教育。物理课外活动也是加强对学生进行科技知识和科技意识教育的重要阵地。与课堂教学相比，课外活动具有更大的灵活性和选择性，如科技小制作、指导学生阅读科普读物、举办科普知识讲座、组织社会调查活动等。

3. 引导学生深入理解物理概念、物理规律并学会建立物理模型

在高中各学科中，物理应该是学生最头疼的一个学科，它不仅要求学生要理解抽象的物理概念及物理规律，还要有运用数学知识处理物理问题的能力。如何理解物理概念及物理规律呢？在教学中运用恰当的例子，更重要的是要充分利用教材中的典型运动，如竖直上抛运动、平抛运动、匀速圆周运动等。在考试中如果分析出某道题是平时做题中的某个模型，那么我们就很容易找到解决这道题的解法。

4. 鼓励学生熟读教材，提高研读教材的能力

在平时的教学中，通过课后的限时训练发现，学生只注重物理概念、物理规律的记忆以及生搬硬套公式，不能仔细研读教材，以至于在训练题中出现的一段教材文字学生都不知道。所以，我们物理教师在平时的教学中一定要引导学生仔细研读教材，深入挖掘教材中的每一段文字，找出其中的知识点，不断提高学生深入研读教材的能力。

第5篇：光刻技术的基本原理范文

关键词 应用型人才 集成电路工艺基础 实验教学

中图分类号：G424 文献标识码：A DOI：10.16400/ki.kjdkz.2016.01.047

The Research of Experimental Teaching on "Integrated Circuit

Process Foundation" in Independent College

WEN Yi， HU Yunfeng

（University of Electronic Science and Technology of China， Zhongshan Institute， Zhongshan， Guangdong 528402）

Abstract Combining electronic science and technology applied talents training model in independence colleges， the experimental teaching was discussed on the "integrated circuit process foundation" course. The course was composed of simulation multimedia teaching system， basic semiconductor planar process experiment， process simulation software and school-enterprise cooperation. With the author's teaching practice， the enthusiasm of students was trying to effectively mobilized， and the development of students' learning ability and practical ability to train qualified electronic information applied talents was promoted.

Key words applied talents; integrated circuit process foundation; experimental teaching

0 引言

微电子技术和产业在国民经济中具有举足轻重的地位。高校的电子科学与技术专业以培养微电子学领域的高层次工程技术人才为目标，学生毕业后能从事电子器件、集成电路和集成系统的设计和制造，以及相关的新技术、新产品、新工艺的研制与开发等方面工作。

“集成电路工艺基础”是电子科学与技术专业的一门核心课程，讲授半导体器件和集成电路制造的单项工艺基本原理和整体工艺流程。本课程是电子科学与技术专业课程体系中的重要环节，也是学生知识结构的必要组成部分。通过本课程的学习，学生应该具备一定工艺分析、设计以及解决工艺问题的能力。

集成电路工艺实验作为“集成电路工艺基础”课程的课内实验，是电子科学与技术专业的专业课教学的重要组成部分，具有实践性很强、实践和理论结合紧密的特点。加强工艺实验教学对于培养高质量的集成电路专业人才十分必要。但是集成电路的制造设备价格昂贵，环境条件要求苛刻，限制了工艺实验教学在高校的开展。国内仅少数重点大学能够承受巨大的运营费用，拥有简化的集成电路工艺线或工艺试验线供科研、教学使用。而大多数学校只能依靠到研究所或Foundry厂进行参观式的实习来解决工艺实验问题，这对于学生实践能力的培养是远远不够的。

我院电子科学与技术专业成立于2003年，现每届招收本科生约120人，多年内为珠三角地区培养了大量专业人才。随着集成电路技术日新月异的发展，对从业人员的要求也不断升级，所以工艺实验教学也必须与时俱进。作为独立学院，如何结合自身实际地进行工艺实验室建设、采用多种方法手段开展工艺实验的教学，提高集成电路工艺课程的教学质量，是我们所面临的紧迫问题。本文以“集成电路工艺基础”实验教学实践为研究对象，针对独立学院学生理论基础较为薄弱，动手热情比较高的特点，就该课程教学内容和教学方式进行了探讨。

1 “集成电路工艺基础”的实验教学

“集成电路工艺基础”具有涉及知识面广，教学内容信息量大，综合性强，理论与实践结合紧密的特点，课程教学难度相对较大。同时独立学院相应配套的实验教学设备较为缺乏。为了提高学生对该课程的兴趣，取得更好的实验教学效果，让学生能将理论应用于实践，具有较强的集成电路生产实践和设计开发能力，笔者从如下几方面对实验教学进行了尝试。

1.1 工艺模拟多媒体教学系统

运用传统的教学方法，很难让学生理解抽象的器件结构和工艺流程并产生兴趣。我院购置了清华大学微电子所的集成电路工艺多媒体教学系统，帮助学生对集成电路工艺流程有一个全面生动的认识。该系统提供扩散、氧化和离子注入三项工艺设备的操作模拟，充分利用多媒体技术，将声光电等多种素材进行合理的处理，做到图文声像并茂，力争使抽象的知识形象化，获得直观、丰富、生动的教学效果。该系统涉及大量的集成电路制造实际场景与特殊细节，能较全面地展示Foundry厂的集成电路生产环境和工艺流程。内容丰富、身临其境的工艺模拟能大大提高学生的学习兴趣，帮助学生理解理论知识。

此外，在工艺课程的课堂教学过程中，尝试利用学生自学讨论作为辅助的形式。针对某些章节，老师课前提出问题，安排学生分组准备，自习上网收集最新的与集成电路工艺实验相关的资料，整理中、英文文献，制作内容生动的PPT在课堂上演示并展开讨论，最后归纳总结。这样既培养了学生利用网络进行自学和小组合作作学习的习惯，提高网上查找、整理资料的能力，也为老师的多媒体课件制作提供了素材，丰富了老师的教学内容。

1.2 基础的半导体平面工艺实验

学院一直非常重视电子科学与技术专业的建设问题，在实验室配置方面的资金投入力度比较大。在学院领导的大力支持下，近年来实验室购置了一批集成电路工艺实验设备和仪器，如光刻机、涂胶机、氧化反应室、磁控溅射设备、半导体特性测试系统和扫描电子显微镜等，为集成电路工艺实验教学的开展打下了良好的物质基础 。

在集成电路专业教学中，工艺实验是非常重要的环节;让学生进行实际操作，对于培养应用型人才也是非常必要的。通过调研考察兄弟院校的工艺实验开展情况，结合我院的实际情况和条件，确定了我院电子科学与技术专业的基础半导体平面工艺实验项目，如氧化（硅片热氧化实验）、扩散（硅片掺杂实验）、光刻（硅片上选择刻蚀窗口的实验）、淀积（PVD、CVD薄膜制备的实验）等。

这些设备和仪器，除了用于工艺课程实验教学外，平时还开放给本科生毕业设计、学生创新项目及研究生科研等。通过实际动手操作，使学生能将所学理论知识运用到实际中，既培养了学生的实际操作能力，又引导学生在实践中掌握分析问题、解决问题的科学方法，加深了对集成电路工艺技术和原理的理解。

1.3 工艺仿真软件

现代集成电路的发展离不开计算机技术的支持，所以要重视计算机仿真在课程中的作用。TCAD（Technology Computer Aided Design）产品是研究、设计与开发半导体器件和工艺所必需的先进工具。它可以准确地模拟研究所和Foundry厂里的集成电路工艺流程，对由该工艺流程制作出的半导体器件的性能进行仿真，也能设计与仿真太阳能电池、纳米器件等新型器件。

利用美国SILVACO公司的TCAD产品，笔者为工艺课程开设了课内仿真实验，实验项目包括薄膜电阻、二极管、NMOS等基本器件的设计和工艺流程仿真。通过ATHENA和ATLAS软件教学，指导学生仿真设计基本的半导体器件，模拟工艺流程，从而巩固所学理论知识，使学生将工艺和以前学过的半导体器件的内容融合起来。学生在计算机上通过软件进行仿真实验，既可以深入研究仿真的工艺流程细节，又可以弥补由于设备条件的制约带来的某些实验项目暂时无法开出的不足。

1.4 校企合作

培养应用型人才还必须结合校企合作。珠三角地区是微电子产业的聚集地，企业众多，行业发展前景好。加强校企联系，可以做到合作共赢，共同发展。通过组织学生到半导体生产测试企业参观实习，如深圳方正微电子、珠海南科、中山木林森LED等，让学生亲身体验半导体企业的生产过程，感受集成电路工厂的生产环境，了解本行业国内外发展的概况，从而弥补课堂教学的不足，激发学生学习热情，引导学生毕业后从事相关工作。目前，学院与这些半导体生产测试企业建立了良好的合作关系，每届毕业生都有进入上述企业工作的。他们在工作岗位上表现良好，获得用人单位的好评，既为企业输送了合格人才，也为往后学生的职业规划树立了榜样，拓展了学生的就业渠道。

2 结束语

经过笔者几年来的实践，在“集成电路工艺基础”课程的实验教学中，对教学内容和教学方式进行了改进，形式多样，互为补充，内容全面、新颖，注重学生实践技能的培养，对提高学生整体素质起到了积极作用，实现了教学质量的提高。当然，“集成电路工艺基础”课程的实验教学还有很大的改进空间，我们还需要在实践中不断地改革与探索，将其逐步趋于完善，使其在培养独立学院应用型人才的过程中发挥巨大的作用。

参考文献

[1] 王红航，张华斌，罗仁泽.“微电子工艺基础”教学的应用能力培养[J].电气电子教学学报，2009.31（2）.

[2] 王蔚，田丽，付强.微电子工艺课/实验/生产实习的整合研究[J].中国现代教育装备，2012.23.

[3] 梁齐，杨明武，刘声雷.微电子工艺实验教学模式探索[J].实验室科学，2008.1.

第6篇：光刻技术的基本原理范文

关键词：现代机械；加工工艺；制造技术

中图分类号：S219.08文献标识码： A 文章编号：

引言

机械制造业不仅是工业发展中机械设备供应的主要源头，其本身也是国家经济及工业发展的支柱型产业。机械制造的过程是将原材料经过工艺系统的各种加工变成机械产品的过程，同其他任何工业产业一样，现代机械工业的发展与改革离不开工艺及技术的控制与发展。

一、当前我国机械制造加工发展情况

进入21 世纪，我国基本建立了社会主义市场经济体制。全球性的产业结构重新组合和国际分工不断深化，科学技术在突飞猛进地发展，各国都把提高产业竞争能力及发展高新技术，抢占未来经济的制高点，作为科技工作的主攻方向。在机械制造技术方面我国与世界各国的联系日益紧密，中国市场与国际市场进一步接轨，面对国内外市场的激烈竞争，我国企业对技术的需求更加迫切和强烈。新产品的开发水平提高了企业在关键工序增加了先进、精密、高效的关键设备，从而进入高新技术开发阶段，使开发企业开始研制出如超重型数控龙门铣、高精度五轴数控镗铣床、sx—T 大规模集成电路光栅数显仪、大吨位超重水压机等设备；制造技术水平不断提高，船泊制造精度可达5 微米，高精度外圆磨达0．25微米、粗糙度达0．08微米，精密及超精密加工精度已达到亚微米级和亚纳米级，已形成完整的先进数控机床、新型刀具开发的制造体系。

二、先进加工工艺及制造技术特点

现代化的机械加工工艺、制造技术实际应用具有综合性、一体化、系统性及可持续性特点，这些特点与现代化机械生产企业广泛引入并应用现代化的先进自动控制技术、微电子技术、机电一体化技术等先进技术及设备直接关联，多种现代化技术及设备、理念支持下的现代机械产业内部逐渐形成了系统的工程理论及特点。

1、综合性

在机电一体化、微电子技术及计算机信息技术的支撑与推动下，现代化的机械制造业内部正将日常生产理念及生产流程、工艺、技术高度融合并整合为综合性的学科体系，这个综合理论与实践体系之中，高度融合了工业机械生产自动控制、材料科学、计算机信息、电子技术等等理论与实践经验，为现代机械工艺及技术发展提供了良好的理论与实践指导。

2、一体化

一体化主要指制造工艺与制造设计的一体化。此种特性是机械制造与加工操作突破了传统生产模式及理念的基础上发展起来的。现代化的制造及加工工作融合了自动控制技术、微电子技术、机电一体化技术等先进技术，多种技术及理念的融合促进了制造及加工操作一体化模式的产生与发展。

3、系统化

系统性是现代机械加工及制造工作不同于传统加工及制造操作的主要方面。现代化的机械加工及制造操作在融合微电子技术及计算机系统管理技术的基础上，达到了社会科学及信息科学等理论科学的多角度融合，这些技术及理论并不是单纯地堆积一体，而是有机整合的成果。

4、可持续性

此处的可持续性包括了现代机械先进工艺、制造技术的经济可持续发展及环境可持续发展两大方面。现代机械加工及制造在各环节都强化了环境保护功能，加工及制造成本也在各环节的有效衔接之下得到了很好的控制，从而实现了经济与环境双重可持续发展。

三、现代机械的先进加工工艺分类

现代制造技术的分类及发展大体上可从5个方面来论述。

1、系统的自动化、集成化、智能化

机械制造自动化的发展经历了单机自动化、刚性自动线、数控机床和加工中心、柔性制造系统( FMS) 和计算机集成制造等几个阶段，并向柔性化、集成化、智能化进一步发展。

2、特种加工方法

精密加工和超精密加工特种加工方法又称非传统加工方法，它是指一些物理的、化学的加工方法。如电火花加工、电解加工、超声波加工、激光加工、电子束加工、离于束加工等。特种加工方法的主要对象是难加工的材料，如金刚石、陶瓷等超硬材料的加工，其加工精度可达分子级加工单位，所以它又常常是精密加工和超精密加工的重要手段。

3． 快速成形（零件）制造

零件是一个三维空间实体，它可由在某个坐标方向上的若干个“面”叠加而成。因此，利用离散/堆积成形概念，可将一个三维空间实体分解为若干个二维实体制造出来，再经堆积而构成三维实体，这就是快速成形(零件)制造的基本原理，其具体制造方法很多，较成熟的商品化方法有叠层实体制造法和立体光刻等。如叠层实体制造，根据各叠层几何信息，用数控激光机在铺上一层箔材上切出本层轮廓，去除非零件部分，再铺上一层箔材，用加热辊辗压，以固化粘接剂，使新铺上的—层箔材牢固地粘接在成形物体上，再切割该层的轮廓，如此反复多次直至加工完毕。

4． 零件的分类编码系统

零件分类编码是对零件相似性进行识别的一个重要手段，也是GT 的基本方法。是用数字来描述零件的几何形状、尺寸和工艺特征，即零件特征的数字化。零件分类是根据零件特征的相似性来进行的，这些特征主要分为以下三个方面;

（1）结构特征

零件的几何形状、尺寸大小、结构功能、毛坯类型等。

（2）工艺特征

零件的毛坯形状及材料、加工精度、表面粗糙度、机械加工方法、定位夹紧方式、选用机床类型等。

（3）生产组织与计划特征

加工批量，制造资源状况，工艺过程跨车间、工段、厂际协作等情况。零件的特征用相应的标志表示，这些标志由分类系统中的相应环节来描述。零件各种特征的标识按一定规则排成若干个“列”，每“列”就称为码位，也叫纵向分类环节; 在每个列( 码位) 内又安排若干“行”，每一“行”称为“项”，也叫横向分类环节。零件分类编码系统是实施成组技术的基础和重要手段。零件进行分类成组，可以便于零件设计标准化、系列化和通用化，辅助人工或计算机编制工艺过程和进行成组加工车间的平面设计，改进数控加工的程序编制，使工艺设计合理化: 促进工装和工艺路线标准化，为计算机辅助制造打下基础，进一步以成组的方式组织生产。零件的分类编码反映了零件固有的名称、功能、结构、形状和工艺特征等信息。类码对于每种零件而言不是唯一的，即不同的零件可以拥有相同的或接近的分类码，由此能划分出结构相似或工艺相似的零件组来加工。它的特点是从毛坯到产品多数可在同一种类型的设备上完成，也可仅完成其中某几道工序的加工。如在转塔车床、自动车床加工的中小零件，多半属于这种类型。这种组织形式是最初级的形式，最易实现，但对较复杂的零件，需用多台机床完成时，其效果就不显著。值得一提的是，自从出现加工中心以来，成组单机加工又重新得到重视。

5、制造系统

柔性制造系统一般是指用一台主机将各台数控机床连接起来，配以物料流与信息流的自动控制生产系统。它一方面进行自动化生产，而另一方面又允许相似零件组中不同零件，经过少量调整实现不同工序的加工。这一组织生产的方式，代表着现代制造技术的发展方向。值得一提的是，成组技术是计算机辅助工艺设计( CAPP) 的基础之一，在成组技术基础上发展起来的派生cAPP 设计方法，已成为工艺现代化的一种主要方法。另外，成组技术作为一种生产哲理，对柔性制造技术和集成制造技术的发展产生了深刻的影响。

结束语

机械工业科技发展正面临着挑战与机遇并存的新形势，我们应当抓住机遇，迎接挑战，坚决贯彻“以科技为先导，以质量为主体”的方针，进一步推动我国机械工业的发展。

参考文献：

[1] 胡明祥. 现代机械的先进加工工艺与制造技术[J]. 北方工业. 2013（04）

第7篇：光刻技术的基本原理范文

关键词微电子技术集成系统微机电系统DNA芯片

1引言

综观人类社会发展的文明史，一切生产方式和生活方式的重大变革都是由于新的科学发现和新技术的产生而引发的，科学技术作为革命的力量，推动着人类社会向前发展。从50多年前晶体管的发明到目前微电子技术成为整个信息社会的基础和核心的发展历史充分证明了“科学技术是第一生产力”。信息是客观事物状态和运动特征的一种普遍形式，与材料和能源一起是人类社会的重要资源，但对它的利用却仅仅是开始。当前面临的信息革命以数字化和网络化作为特征。数字化大大改善了人们对信息的利用，更好地满足了人们对信息的需求；而网络化则使人们更为方便地交换信息，使整个地球成为一个“地球村”。以数字化和网络化为特征的信息技术同一般技术不同，它具有极强的渗透性和基础性，它可以渗透和改造各种产业和行业，改变着人类的生产和生活方式，改变着经济形态和社会、政治、文化等各个领域。而它的基础之一就是微电子技术。可以毫不夸张地说，没有微电子技术的进步，就不可能有今天信息技术的蓬勃发展，微电子已经成为整个信息社会发展的基石。

50多年来微电子技术的发展历史，实际上就是不断创新的过程，这里指的创新包括原始创新、技术创新和应用创新等。晶体管的发明并不是一个孤立的精心设计的实验，而是一系列固体物理、半导体物理、材料科学等取得重大突破后的必然结果。1947年发明点接触型晶体管、1948年发明结型场效应晶体管以及以后的硅平面工艺、集成电路、CMOS技术、半导体随机存储器、CPU、非挥发存储器等微电子领域的重大发明也都是一系列创新成果的体现。同时，每一项重大发明又都开拓出一个新的领域，带来了新的巨大市场，对我们的生产、生活方式产生了重大的影响。也正是由于微电子技术领域的不断创新，才能使微电子能够以每三年集成度翻两番、特征尺寸缩小倍的速度持续发展几十年。自1968年开始，与硅技术有关的学术论文数量已经超过了与钢铁有关的学术论文，所以有人认为，1968年以后人类进入了继石器、青铜器、铁器时代之后硅石时代（siliconage）〖1〗。因此可以说社会发展的本质是创新，没有创新，社会就只能被囚禁在“超稳态”陷阱之中。虽然创新作为经济发展的改革动力往往会给社会带来“创造性的破坏”，但经过这种破坏后，又将开始一个新的处于更高层次的创新循环，社会就是以这样螺旋形上升的方式向前发展。

在微电子技术发展的前50年，创新起到了决定性的作用，而今后微电子技术的发展仍将依赖于一系列创新性成果的出现。我们认为：目前微电子技术已经发展到了一个很关键的时期，21世纪上半叶，也就是今后50年微电子技术的发展趋势和主要的创新领域主要有以下四个方面：以硅基CMOS电路为主流工艺；系统芯片（SystemOnAChip，SOC）为发展重点；量子电子器件和以分子（原子）自组装技术为基础的纳米电子学；与其他学科的结合诞生新的技术增长点，如MEMS，DNAChip等。

221世纪上半叶仍将以硅基CMOS电路为主流工艺

微电子技术发展的目标是不断提高集成系统的性能及性能价格比，因此便要求提高芯片的集成度，这是不断缩小半导体器件特征尺寸的动力源泉。以MOS技术为例，沟道长度缩小可以提高集成电路的速度；同时缩小沟道长度和宽度还可减小器件尺寸，提高集成度，从而在芯片上集成更多数目的晶体管，将结构更加复杂、性能更加完善的电子系统集成在一个芯片上；此外，随着集成度的提高，系统的速度和可靠性也大大提高，价格大幅度下降。由于片内信号的延迟总小于芯片间的信号延迟，这样在器件尺寸缩小后，即使器件本身的性能没有提高，整个集成系统的性能也可以得到很大的提高。

自1958年集成电路发明以来，为了提高电子系统的性能，降低成本，微电子器件的特征尺寸不断缩小，加工精度不断提高，同时硅片的面积不断增大。集成电路芯片的发展基本上遵循了Intel公司创始人之一的GordonE．Moore1965年预言的摩尔定律，即每隔三年集成度增加4倍，特征尺寸缩小倍。在这期间，虽然有很多人预测这种发展趋势将减缓，但是微电子产业三十多年来发展的状况证实了Moore的预言[2]。而且根据我们的预测，微电子技术的这种发展趋势还将在21世纪继续一段时期，这是其它任何产业都无法与之比拟的。

现在，0．18微米CMOS工艺技术已成为微电子产业的主流技术，0．035微米乃至0．020微米的器件已在实验室中制备成功，研究工作已进入亚0．1微米技术阶段，相应的栅氧化层厚度只有2．0～1．0nm。预计到2010年，特征尺寸为0．05～0．07微米的64GDRAM产品将投入批量生产。

21世纪，起码是21世纪上半叶,微电子生产技术仍将以尺寸不断缩小的硅基CMOS工艺技术为主流。尽管微电子学在化合物和其它新材料方面的研究取得了很大进展；但还不具备替代硅基工艺的条件。根据科学技术的发展规律，一种新技术从诞生到成为主流技术一般需要20到30年的时间，硅集成电路技术自1947年发明晶体管1958年发明集成电路,到60年代末发展成为大产业也经历了20多年的时间。另外，全世界数以万亿美元计的设备和技术投入，已使硅基工艺形成非常强大的产业能力；同时，长期的科研投入已使人们对硅及其衍生物各种属性的了解达到十分深入、十分透彻的地步，成为自然界100多种元素之最，这是非常宝贵的知识积累。产业能力和知识积累决定了硅基工艺起码将在50年内仍起重要作用，人们不会轻易放弃。

目前很多人认为当微电子技术的特征尺寸在2015年达到0．030～0．015微米的“极限”之后，将是硅技术时代的结束，这实际上是一种误解。且不说微电子技术除了以特征尺寸为代表的加工工艺技术之外，还有设计技术、系统结构等方面需要进一步的大力发展，这些技术的发展必将使微电子产业继续高速增长。即使是加工工艺技术，很多著名的微电子学家也预测，微电子产业将于2030年左右步入像汽车工业、航空工业这样的比较成熟的朝阳工业领域。即使微电子产业步入汽车、航空等成熟工业领域，它仍将保持快速发展趋势，就像汽车、航空工业已经发展了50多年仍极具发展潜力一样。

随着器件的特征尺寸越来越小，不可避免地会遇到器件结构、关键工艺、集成技术以及材料等方面的一系列问题，究其原因，主要是：对其中的物理规律等科学问题的认识还停留在集成电路诞生和发展初期所形成的经典或半经典理论基础上，这些理论适合于描述微米量级的微电子器件，但对空间尺度为纳米量级、空间尺度为飞秒量级的系统芯片中的新器件则难以适用；在材料体系上，SiO2栅介质材料、多晶硅／硅化物栅电极等传统材料由于受到材料特性的制约，已无法满足亚50纳米器件及电路的需求；同时传统器件结构也已无法满足亚50纳米器件的要求，必须发展新型的器件结构和微细加工、互连、集成等关键工艺技术。具体的需要创新和重点发展的领域包括：基于介观和量子物理基础的半导体器件的输运理论、器件模型、模拟和仿真软件，新型器件结构，高k栅介质材料和新型栅结构，电子束步进光刻、13nmEUV光刻、超细线条刻蚀，SOI、GeSi／Si等与硅基工艺兼容的新型电路，低K介质和Cu互连以及量子器件和纳米电子器件的制备和集成技术等。

3量子电子器件（QED）和以分子原子自组装技术为基础的纳米电子学将带来崭新的领域

在上节我们谈到的以尺寸不断缩小的硅基CMOS工艺技术，可称之为“scalingdown”，与此同时我们必须注意“bottomup”。“bottomup”最重要的领域有二个方面：

(1)量子电子器件（QED—QuantumElectronDevice）这里包括单电子器件和单电子存储器等。它的基本原理是基于库仑阻塞机理控制一个或几个电子运动，由于系统能量的改变和库仑作用，一个电子进入到一个势阱，则将阻止其它电子的进入。在单电子存储器中量子阱替代了通常存储器中的浮栅。它的主要优点是集成度高；由于只有一个或几个电子活动所以功耗极低；由于相对小的电容和电阻以及短的隧道穿透时间，所以速度很快；且可用于多值逻辑和超高频振荡。但它的问题是制造比较困难，特别是制造大量的一致性器件很困难；对环境高度敏感，可靠性难以保证；在室温工作时要求电容极小（αF），要求量子点大小在几个纳米。这些都为集成成电路带来了很大困难。

因此，目前可以认为它们的理论是清楚的，工艺有待于探索和突破。

(2)以原子分子自组装技术为基础的纳米电子学。这里包括量子点阵列（QCA—Quantum－dotCellularAutomata)和以碳纳米管为基础的原子分子器件等。

量子点阵列由量子点组成，至少由四个量子点,它们之间以静电力作用。根据电子占据量子点的状态形成“0”和“1”状态。它在本质上是一种非晶体管和无线的方式达到阵列的高密度、低功耗和实现互连。其基本优势是开关速度快，功耗低，集成密度高。但难以制造，且对值置变化和大小改变都极为灵敏，0．05nm的变化可以造成单元工作失效。

以碳纳米管为基础的原子分子器件是近年来快速发展的一个有前景的领域。碳原子之间的键合力很强，可支持高密度电流，而热导性能类似于金刚石，能在高集成度时大大减小热耗散，性质类金属和半导体，特别是它有三种可能的杂交态，而Ge、Si只有一个。这些都使碳纳米管（CNT）成为当前科研热点，从1991年发现以来，现在已有大量成果涌现，北京大学纳米中心彭练矛教授也已制备出0．33纳米的CNT并提出“T形结”作为晶体管的可能性。但是问题是如何去生长有序的符合设计性能的CNT器件，更难以集成。

目前“bottomup”的量子器件和以自组装技术为基础的纳米器件在制造工艺上往往与“Scalingdown”的加工方法相结合以制造器件。这对于解决高集成度CMOS电路的功耗制约将会带来突破性的进展。

QCA和CNT器件不论在理论上还是加工技术上都有大量工作要做，有待突破，离开实际应用还需较长时日！但这终究是一个诱人探索的领域，我们期待它们将创出一个新的天地。

4系统芯片（SystemOnAChip）是21世纪微电子技术发展的重点

在集成电路（IC）发展初期，电路设计都从器件的物理版图设计入手，后来出现了集成电路单元库（Cell－Lib），使得集成电路设计从器件级进入逻辑级，这样的设计思路使大批电路和逻辑设计师可以直接参与集成电路设计，极大地推动了IC产业的发展。但集成电路仅仅是一种半成品，它只有装入整机系统才能发挥它的作用。IC芯片是通过印刷电路板（PCB）等技术实现整机系统的。尽管IC的速度可以很高、功耗可以很小，但由于PCB板中IC芯片之间的连线延时、PCB板可靠性以及重量等因素的限制，整机系统的性能受到了很大的限制。随着系统向高速度、低功耗、低电压和多媒体、网络化、移动化的发展，系统对电路的要求越来越高，传统集成电路设计技术已无法满足性能日益提高的整机系统的要求。同时，由于IC设计与工艺技术水平提高，集成电路规模越来越大，复杂程度越来越高，已经可以将整个系统集成为一个芯片。目前已经可以在一个芯片上集成108－109个晶体管，而且随着微电子制造技术的发展，21世纪的微电子技术将从目前的3G时代逐步发展到3T时代（即存储容量由G位发展到T位、集成电路器件的速度由GHz发展到灯THz、数据传输速率由Gbps发展到Tbps，注：1G=109、1T=1012、bps：每秒传输数据位数）。

正是在需求牵引和技术推动的双重作用下，出现了将整个系统集成在一个微电子芯片上的系统芯片（SystemOnAChip，简称SOC）概念。

系统芯片（SOC）与集成电路（IC）的设计思想是不同的，它是微电子设计领域的一场革命，它和集成电路的关系与当时集成电路与分立元器件的关系类似，它对微电子技术的推动作用不亚于自50年代末快速发展起来的集成电路技术。

SOC是从整个系统的角度出发，把处理机制、模型算法、芯片结构、各层次电路直至器件的设计紧密结合起来，在单个（或少数几个）芯片上完成整个系统的功能，它的设计必须是从系统行为级开始的自顶向下（Top－Down）的。很多研究表明，与IC组成的系统相比，由于SOC设计能够综合并全盘考虑整个系统的各种情况，可以在同样的工艺技术条件下实现更高性能的系统指标。例如若采用SOC方法和0．35μm工艺设计系统芯片,在相同的系统复杂度和处理速率下，能够相当于采用0．18～0.25μm工艺制作的IC所实现的同样系统的性能；还有，与采用常规IC方法设计的芯片相比,采用SOC设计方法完成同样功能所需要的晶体管数目约可以降低l～2个数量级。

对于系统芯片（SOC）的发展，主要有三个关键的支持技术。

（1）软、硬件的协同设计技术。面向不同系统的软件和硬件的功能划分理论（FunctionalPartitionTheory），这里不同的系统涉及诸多计算机系统、通讯系统、数据压缩解压缩和加密解密系统等等。

（2）IP模块库问题。IP模块有三种,即软核，主要是功能描述；固核，主要为结构设计；和硬核，基于工艺的物理设计、与工艺相关，并经过工艺验证过的。其中以硬核使用价值最高。CMOS的CPU、DRAM、SRAM、E2PROM和FlashMemory以及A／D、D／A等都可以成为硬核。其中尤以基于深亚微米的新器件模型和电路模拟为基础，在速度与功耗上经过优化并有最大工艺容差的模块最有价值。现在,美国硅谷在80年代出现无生产线（Fabless)公司的基础上，90年代后期又出现了一些无芯片（Chipless）的公司,专门销售IP模块。

（3）模块界面间的综合分析技术,这主要包括IP模块间的胶联逻辑技术（gluelogictechnologies）和IP模块综合分析及其实现技术等。

微电子技术从IC向SOC转变不仅是一种概念上的突破,同时也是信息技术新发展的里程碑。通过以上三个支持技术的创新,它必将导致又一次以系统芯片为主的信息技术上的革命。目前，SOC技术已经崭露头角，21世纪将是SOC技术真正快速发展的时期。

在新一代系统芯片领域，需要重点突破的创新点主要包括实现系统功能的算法和电路结构两个方面。在微电子技术的发展历史上,每一种算法的提出都会引起一场变革，例如维特比算法、小波变换等均对集成电路设计技术的发展起到了非常重要的作用,目前神经网络、模糊算法等也很有可能取得较大的突破。提出一种新的电路结构可以带动一系列的应用,但提出一种新的算法则可以带动一个新的领域,因此算法应是今后系统芯片领域研究的重点学科之一。在电路结构方面,在系统芯片中，由于射频、存储器件的加入，其中的电路结构已经不是传统意义上的CMOS结构，因此需要发展更灵巧的新型电路结构。另外，为了实现胶联逻辑（GlueLogic）新的逻辑阵列技术有望得到快速的发展,在这一方面也需要做系统深入的研究。

5微电子与其他学科的结合诞生新的技术增长点

微电子技术的强大生命力在于它可以低成本、大批量地生产出具有高可靠性和高精度的微电子结构模块。这种技术一旦与其它学科相结合,便会诞生出一系列崭新的学科和重大的经济增长点，这方面的典型例子便是MEMS（微机电系统）技术和DNA生物芯片。前者是微电子技术与机械、光学等领域结合而诞生的，后者则是与生物工程技术结合的产物。

微电子机械系统不仅是微电子技术的拓宽和延伸,它将微电子技术和精密机械加工技术相互融合，实现了微电子与机械融为一体的系统。MEMS将电子系统和外部世界联系起来，它不仅可以感受运动、光、声、热、磁等自然界的外部信号，把这些信号转换成电子系统可以认识的电信号，而且还可以通过电子系统控制这些信号，发出指令并完成该指令。从广义上讲，MEMS是指集微型传感器、微型执行器、信号处理和控制电路、接口电路、通信系统以及电源于一体的微型机电系统。MEMS技术是一种典型的多学科交叉的前沿性研究领域，它几乎涉及到自然及工程科学的所有领域，如电子技术、机械技术、光学、物理学、化学、生物医学、材料科学、能源科学等〖3〗。

MEMS的发展开辟了一个全新的技术领域和产业。它们不仅可以降低机电系统的成本，而且还可以完成许多大尺寸机电系统所不能完成的任务。正是由于MEMS器件和系统具有体积小、重量轻、功耗低、成本低、可靠性高、性能优异及功能强大等传统传感器无法比拟的优点,因而MEMS在航空、航天、汽车、生物医学、环境监控、军事以及几乎人们接触到的所有领域中都有着十分广阔的应用前景。例如微惯性传感器及其组成的微型惯性测量组合能应用于制导、卫星控制、汽车自动驾驶、汽车防撞气囊、汽车防抱死系统（ABS）、稳定控制和玩具；微流量系统和微分析仪可用于微推进、伤员救护；信息MEMS系统将在射频系统、全光通讯系统和高密度存储器和显示等方面发挥重大作用；同时MEMS系统还可以用于医疗、光谱分析、信息采集等等。现在已经成功地制造出了尖端直径为5μm的可以夹起一个红细胞的微型镊子，可以在磁场中飞行的象蝴蝶大小的飞机等。

MEMS技术及其产品的增长速度非常之高，目前正处在技术发展时期，再过若干年将会迎来MEMS产业化高速发展的时期。2000年，全世界MEMS的市场达到120到140亿美元，而带来的与之相关的市场达到1000亿美元。

目前，MEMS系统与集成电路发展的初期情况极为相似。集成电路发展初期，其电路在今天看来是很简单的，应用也非常有限，以军事需求为主,但它的诱人前景吸引了人们进行大量投资，促进了集成电路飞速发展。集成电路技术的进步,加快了计算机更新换代的速度，对CPU和RAM的需求越来越大,反过来又促进了集成电路的发展。集成电路和计算机在发展中相互推动，形成了今天的双赢局面，带来了一场信息革命。现阶段的微机电系统专用性很强，单个系统的应用范围非常有限,还没有出现类似于CPU和RAM这样量大面广的产品。随着微机电系统的进步，最后将有可能形成像微电子技术一样有广泛应用前景的新产业，从而对人们的社会生产和生活方式产生重大影响。

当前MEMS系统能否取得更更大突破，取决于两方面的因素：第一是在微系统理论与基础技术方面取得突破性进展，使人们依靠掌握的理论和基础技术可以高效地设计制造出所需的微系统；第二是找准应用突破口，扬长避短，以特别适合微系统应用的重大领域为目标进行研究,取得突破，从而带动微系统产业的发展。在MEMS发展中需要继续解决的问题主要有：MEMS建模与设计方法学研究；三维微结构构造原理、方法、仿真及制造；微小尺度力学和热学研究；MEMS的表征与计量方法学；纳结构与集成技术等。

微电子与生物技术紧密结合诞生的以DNA芯片等为代表的生物芯片将是21世纪微电子领域的另一个热点和新的经济增长点。它是以生物科学为基础，利用生物体、生物组织或细胞等的特点和功能，设计构建具有预期性状的新物种或新品系，并与工程技术相结合进行加工生产，它是生命科学与技术科学相结合的产物。具有附加值高、资源占用少等一系列特点，正日益受到广泛关注。目前最有代表性的生物芯片是DNA芯片。

采用微电子加工技术，可以在指甲盖大小的硅片上制作出包含有多达万种DNA基因片段的芯片。利用这种芯片可以在极快的时间内检测或发现遗传基因的变化等情况，这无疑对遗传学研究、疾病诊断、疾病治疗和预防、转基因工程等具有极其重要的作用。

DNA芯片的基本思想是通过生物反应或施加电场等措施使一些特殊的物质能够反映出某种基因的特性从而起到检测基因的目的。目前Stanford和Affymetrix公司的研究人员已经利用微电子技术在硅片或玻璃片上制作出了DNA芯片〖4〗。他们制作的DNA芯片是通过在玻璃片上刻蚀出非常小的沟槽，然后在沟槽中覆盖一层DNA纤维。不同的DNA纤维图案分别表示不同的DNA基因片段，该芯片共包括6000余种DNA基因片段。DNA（脱氧核糖核酸）是生物学中最重要的一种物质，它包含有大量的生物遗传信息，DNA芯片的作用非常巨大，其应用领域也非常广泛：它不仅可以用于基因学研究、生物医学等，而且随着DNA芯片的发展还将形成微电子生物信息系统，这样该技术将广泛应用到农业、工业、医学和环境保护等人类生活的各个方面，那时，生物芯片有可能象今天的IC芯片一样无处不在。

目前的生物芯片主要是指通过平面微细加工技术及超分子自组装技术，在固体芯片表面构建的微分析单元和系统，以实现对化合物、蛋白质、核酸、细胞以及其它生物组分的准确、快速、大信息量的筛选或检测。生物芯片的主要研究包括采用生物芯片的具体实现技术、基于生物芯片的生物信息学以及高密度生物芯片的设计、检测方法学等等。

6结语

在微电子学发展历程的前50年中，创新和基础研究曾起到非常关键的决定性作用。而随着器件特征尺寸的缩小、纳米电子学的出现、新一代SOC的发展、MEMS和DNA芯片的崛起，又提出了一系列新的课题，客观需求正在“召唤”创新成果的诞生。

回顾20世纪后50年，展望21世纪前50年，即百年的微电子科学技术发展历程，使我们深切地感受到，世纪之交的微电子技术对我们既是一个重大的机遇，也是一个严峻的挑战，如果我们能够抓住这个机遇，立足创新，去勇敢地迎接这个挑战，则有可能使我国微电子技术实现腾飞，在新一代微电子技术中拥有自己的知识产权，促进我国微电子产业的发展，为迎接21世纪中叶将要到来的伟大的民族复兴奠定技术基础，以重铸中华民族的辉煌！

参考文献

[1]S.M.SZE:LecturenoteatPekingUniversity,FourDecadesofDevelopmentsinMicroelectronics:Achievementsandchallenges.

[2]BobSchaller.TheOrigin,Natureandlmplicationof“Moore’sLaw”,.1996.

[3]张兴、郝一龙、李志宏、王阳元。跨世纪的新技术－微电子机械系统。电子科技导报，1999，4：2

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