集成电路微电子技术

1．1．2　微电子技术

信息技术、通信技术、计算机技术的发展都离不开一项基础技术———微电子技术。微电子技术是20世纪人类最伟大的发明之一，它最重要的应用领域就是计算机技术领域。微型计算机的各个组成部分都是微电子技术的结晶。集成电路的高速发展使得计算机的核心技术———微处理器的发展越来越快。

1971年Intel推出的第一代微处理器4004，主频只有108千赫。70年代末推出的16位微处理器8086，主频达到5～10兆赫，性能比8008提高100倍以上。80年代中期推出的80386芯片已采用1微米工艺，主频达到33兆赫。1993年Intel推出66兆主频的奔腾（Pentium）芯片采用了超标量技术，性能比33兆赫的486芯片高5倍。1995年以后，由于采用先进的RISC（Reduced Instruction Set Computing，精简指令集）技术、铜线技术等，芯片速度平均每年递增50%以上。到2000年，主频1千兆赫以上的微处理器芯片已问世。正是由于集成电路的出现才使计算机成为信息科技的核心。反过来说，如果没有计算机，集成电路也不可能发展得如此迅速，因为对于大规模集成电路而言，抛开了计算机的辅助设计、辅助制造，那是不能想象的。

现在微电子加工企业可以把上亿个电子器件集成在指甲大小的硅片上。随着精细化技术的发展，器件尺寸已缩小到纳米（10－9米），即毫微米级，这就是近几年蓬勃兴起的纳米技术，也有人预言21世纪将出现“纳电子”技术。因此，准确地讲，微电子技术主要是指晶体管等基础元件尺寸在微米（10^－6米）数量级左右的半导体集成电路技术。

追根溯源，微电子技术的诞生应归功于晶体管的发明。1947年发明锗晶体管以后，人们又经过多年努力突破了提炼半导体材料硅单晶的技术，晶体管的应用才开始普及。商品化的集成电路则是于1962年问世。第一代集成电路大部分采用双极型晶体管和晶体管—晶体管逻辑（TTL），结构复杂，集成度低。到了70年代则采用金属－氧化物－半导体场效应晶体管，即MOS工艺，成为集成电路的主流。MOS集成电路（包括PMOS、NMOS和CMOS等）制造工艺简单、集成度高、噪声小，目前多数微处理器和存储器都属于这一类集成电路。

1965年美国Intel公司的创始人之一戈登·摩尔根据1958年以来集成电路的发展，预测每18个月同样硅片面积上的晶体管数目将翻一番。这一预测在后来的几十年中基本得到验证，被信息领域广泛引用为“摩尔定律”。

数字集成电路多数由门电路组成，因此集成电路的规模可按一片集成电路包含的门电路数目（即集成度）分类。集成电路按集成度可分为六大类：小规模集成电路（SSI）、中规模集成电路（MSI）、大规模集成电路（LSI）、超大规模集成电路（VLSI）、特大规模集成电路（ULSI）和巨大规模集成电路（GLSI），其分类标准如表1．1所示：

表1．1　集成电路的集成度分类

集成电路被广泛应用于社会的各个行业。例如在工业方面，普通机床采用微电子技术，通过改造就可以转变成为数控机床，于是其加工的品种就产生了很大的变化，其加工精度和效率将大幅度提高，效益也因而大大增长。又如在商业领域，由于微电子技术及计算机的应用，使传统的账册产生了根本的变化，账目的登录、存储、统计、查询都产生了根本的改变，于是有了大超市、大卖场。微电子技术对电子产品的消费市场也产生了深远的影响，价廉、可靠、体积小、重量轻的微电子产品使电子产品面貌一新。微电子技术产品和微处理器不再是专门用于科学仪器世界的贵族，而是落户于各式各样的普及型产品之中，进入普通百姓家，例如电子玩具、游戏机、学习机及其他家用电器产品等。

总之，作为现代信息技术的核心，微电子技术已经渗透到如现代通信、计算机技术、医疗卫生、环境工程、能源、交通、自动化生产等各个方面，成为一种既代表国家现代化水平又与人民生活息息相关的高新技术。