微電子的過去-現(xiàn)在和未來-文庫吧資料
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【正文】 的一個著名科學(xué)家達(dá)默提出能否將晶體管等元件不通過連接線而直接集成在一起從而構(gòu)成一個有特 收稿日期 :2002 08 26 作者簡介 : 嚴(yán)兆輝 ,男 ,華中科技大學(xué) ,電子系 . 嚴(yán)兆輝 : 微電子的過去 , 現(xiàn)在和未來 31 定功能的電路 .之后 ,美國得克薩斯儀器公司的基比爾按其思路 ,于 1958 年制成了第一個集成電路的模型 , 1959 年德州儀器公司宣布發(fā)明集成電路 .同年 , 美國著名的仙童電子公司也宣布研究成功集成電路 , 該公 司赫爾尼等人發(fā)明的一整套制造微型晶體管的 平面工藝 被移用到集成電路的制作中 ,集成電路很快就由 實驗室試驗階段轉(zhuǎn)入了工業(yè)生產(chǎn)階段 .1959 年 , 德州儀器公司建成世界上第一條集成電路生產(chǎn)線 .1962 年 ,世界上第一塊集成電路正式商品問世 .與分立元件的電路相比 , 集成電路體積重量都大大減小 , 同時 , 功耗小 ,更可靠 ,更適合大批量生產(chǎn) .集成電路發(fā)明后 ,其發(fā)展非常迅速 ,其制作工藝不斷進(jìn)步 ,規(guī)模不斷擴(kuò) 大 .至今集成電路的集成度已提高了 500 萬倍 ,特征尺寸縮小 200 倍 ,單個器件成本下降 100 萬倍 .以計算 μ 機(jī)的核心 CPU 的規(guī)模為例 :1971 年 , Intel 推出世界上第一塊微處理器 4004 ,線寬 10 m ,集成 2300 個晶體管 。1989 年 ,80486 芯片集成 120 μ μ 萬個晶體管 ,首次突破了 100 萬個的界限 ,同時 ,線寬也突破了 1 m , 達(dá)到 0. 8 m .而現(xiàn)在 , Intel 公司更是將 μ 其生產(chǎn)工藝提升到 0. 13 m ,其 Northwood Pentium4 處理器已集成 5200 萬個晶體管 .而根據(jù) Intel 公司的計劃 , μ 將于 2003～2004 年過渡到更先進(jìn)的 0. 09 m 工藝 . 1. 2 微電子技術(shù)的巨大作用 從產(chǎn)生之日起 ,以半導(dǎo)體和集成電路為基礎(chǔ)的微電子技術(shù)就在國民生產(chǎn)中發(fā)揮了重大作用 .微電子技 術(shù)為現(xiàn)代信息技術(shù)奠定了基礎(chǔ) ,它已滲入電力 , 電信 , 計算機(jī) , 生產(chǎn)自動化等現(xiàn)代高科技的各個領(lǐng)域 .每一 次微電子技術(shù)的進(jìn)步 ,都大大推動了工業(yè) , , 農(nóng)業(yè) 國防等各個領(lǐng)域技術(shù)的進(jìn)步 . 現(xiàn)在 ,以微電子技術(shù)為基礎(chǔ)的計算機(jī)技術(shù) , 通信技術(shù)等在現(xiàn)代社會發(fā)揮了重大作用 ,它們已成為現(xiàn)代信 息社會的標(biāo)志 .計算機(jī)技術(shù)是現(xiàn)代信息技術(shù)的核心 ,每天都有大量的數(shù)據(jù)依賴計算機(jī)采集 , 整理和分析 ,微 電子技術(shù)使得計算機(jī)的性能大大提高 ,導(dǎo)彈 , , , 火箭 衛(wèi)星 雷達(dá) , 航天飛機(jī)等的飛速發(fā)展無不得益于微電子技 術(shù)的進(jìn)步 .同時 ,計算機(jī)的大批量生產(chǎn)也成為可能 ,從而使計算機(jī)不再只是放在科研院所作科學(xué)計算 ,而是 以飛快的速度得到普及 ,廣泛應(yīng)用于輔助設(shè)計 , 生產(chǎn)管理 , 學(xué)習(xí)娛樂等方面 ,在日常生活中發(fā)揮了重大作用 . 導(dǎo)彈 , , , , 火箭 衛(wèi)星 雷達(dá) 航天飛機(jī)的迅速發(fā)展無不得益于微電子技術(shù)的發(fā)展 .現(xiàn)代通信技術(shù)則為快速 , 大量 的信息交流提供了基礎(chǔ) .現(xiàn)在 ,人們已在地球上建起了由程控交換機(jī) , 通信衛(wèi)星 , 光纖網(wǎng)絡(luò) , 各類終端等現(xiàn) 代通信工具構(gòu)成的覆蓋全球的通信網(wǎng)絡(luò) , 當(dāng)今 , 你無論在那個地方都能通過有線或無線網(wǎng)絡(luò)了解到地球上 正在發(fā)生的事情 . 可以說微電子技術(shù)已和我們的生活密不可分 ,我們身邊的一切都有微電子技術(shù)的影子 .甚至我們的生 活方式都受到其深遠(yuǎn)的影響 ,看電視 , 打電話 , 使用電飯煲 , 電冰箱等等都用上了微電子技術(shù) . 1. 3 微電子技術(shù)的危機(jī) 微電子產(chǎn)業(yè)經(jīng)過了這四十余年的發(fā)展 , 其技術(shù)已快接近理論的極限 .幾十年來 , 集成電路內(nèi)晶體管的 μ 尺寸和線寬不斷縮小 ,其基本方法在于改進(jìn)光刻技術(shù) ,使用更短波長的曝光光源 .在 0. 25 m 的時代 , 光源 μ 主要是紫外光 ,目前使用了深紫外線光刻技術(shù) (DUV) ,芯片線寬下降到 0. 18～0. 13 m ,其理論上將能使集成 μ 電路的線寬達(dá)到 0. 1 m .而英特爾 , 摩托羅拉等公司從九十年代起就開始研發(fā)超紫外線光刻技術(shù) ( EUV) ,它 μ 能使集成電路的線寬突破 0. 1 m 的大關(guān) .然而 ,這種縮小趨勢不可能長久持續(xù) ,物理和技術(shù)上的限制會阻 礙這種持續(xù) ,晶體管的尺寸小到一定程度 , 就不得不考慮電子的量子效應(yīng) .那時 , 現(xiàn)有技術(shù)就將達(dá)到極限 . μ 不僅如此 ,隨著集成電路集成度的提高 ,芯片的生產(chǎn)成本也越來越高 ,一個 0. 18 m 生產(chǎn)工藝制造廠的生產(chǎn) , 建設(shè)成本就高達(dá) 40 億美元 ! 在制造晶體管的材料上 ,現(xiàn)有技術(shù)也遇到了問題 .幾十年來 , 二氧化硅一直被用作晶體管的柵介質(zhì)和 電容介質(zhì) .隨著半導(dǎo)體集成電路加工工藝的不斷升級 , 晶體管的尺寸越來越小 , 二氧化硅層的厚度也在不 μ 斷減小 .如 0. 65 m 工藝線中 ,二氧化硅層的厚度要求小于 2nm ,但這么薄的二氧化
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