微电子器件范文

导语：如何才能写好一篇微电子器件，这就需要搜集整理更多的资料和文献，欢迎阅读由公务员之家整理的十篇范文，供你借鉴。

篇1

关键词：微电子；静电防护；ESD

引言

为了防护微电子器件，电路设计者对电子器件进行静电防护。电路保护的设计要考虑很多的因素，要不断进行试验。其中ESD是对微电子器件一个较大的威胁。ESD严重影响着微电子器件的质量，威胁着器件的整体工作。ESD对微电子器件制造业是一个巨大的威胁。解决ESD问题，是当前微电子生产的一个重要课题。ESD问题的解决，对整个行业的发展有重要的影响。

1 ESD分析

由于电荷的积累，物体表面带上静电，电荷发生移动，就是发生了ESD。ESD包括四个阶段。第一阶段，电荷的产生。电荷的产生是由于摩擦、感应的现象。两种不同的材料接触或摩擦，电荷通过绝缘体传播，而导体间电荷的转移是由于两个物体的电势不同造成的。第二阶段，电荷的转移。电荷发生转移是由于两个物体的电势不同，当两个物体的电势平衡，电荷的转移也就停止了。第三阶段，器件响应。电荷发生转移时，器件的感应。现阶段，要解决电荷重新分布的问题。第四阶段，u估。对器件的效果进行评估。判断期间失效与否，如失效，确认失效原因及失效属性。

2 微电子器件在生产中的静电

对微电子器件生产中静电的研究中，最重要的现象是静电破坏。对器件的静电释放，分析如下：

第一种来源是工作人员。微电子器件的生产过程中，一定离不开工作人员的接触。而器件与人接触，就一定会产生静电。一般摩擦产生的静电，有几万伏的静电势，这样微电子器件就很容易被损坏。而微电子器件生产中，大量的静电无法释放，微电子器件的安全无法保证，所以，微电子器件的生产过程中一定会有微电子器件被破坏，而工作人员产生的静电又不太容易避免，一些静电释放设备等并不能完全保证静电的全部释放。而工作人员在生产过程中一定会有行为动作，这就无法避免的产生静电，这就使微电子器件的生产有一定的阻碍，也影响IT行业的发展[1]。

第二种来源是设备机械。在微电子器件的生产过程中，设备一定会存储大量的静电，而这些静电的释放，必定会造成大量微电子器件的损坏。且企业为了增加生产量，在许多的工艺上都采用自动化设备，这些设备的运行更是会产生大量静电。在微电子器件加工时，静电就会在各个工艺流程中释放，大量的微电子器件就会失效[2]。这对微电子器件的生产影响也是较大的，且无法避免。

第三种是其他来源。一些工作服、座椅、包装材料等是由高分子材料制作的，所以他们都会带有一定的静电，有很高的电势，在微电子生产时它们的释放，又会损坏一批微电子器件。

3 静电防护

3.1 改善器件抗静电能力

第一，静电防护电路要设置一个低阻通路和高阻通路，在ESD发生时能输出电荷，也能进行正常的工作。第二，在输入端加入一个MOS可以检测静电。第三，pn二极管也是防护电路经常用到的一个构件，对静电防护也有重要作用。第四，在静电防护电路中，应加粗金属线[3]。第五，避免90°以上的弯曲，使电路允许通过的电流更大。第六，金属环路尽量的长、远，减小或避免尖端放电产生的损伤。第七，设计多层布线。现在仿真模拟设计技术是成功率比较高的静电防护设计。

3.2 在生产、运输时采取保护措施

防静电地线是微电子器件制造厂需要安装的。地线要与设备仪器都保持连接。防静电地线要分离使用，不能与其他接地线一起使用。防静电腕表是操作人员一定要佩戴的，腕表要与皮肤接触。防静电地线连接完成后，较高的静电就难以形成。操作人员最好要穿戴防静电的工作服。微电子器件生产的厂房内，我们应采用不易产生静电，且静电较易释放的材料。此外，环境的湿度和空气的离子浓度对静电的产生也有影响。所以，要减少厂房内静电的产生还要控制厂房内的温度和湿度。在对微电子的测量与使用时，要注意周围环境，避免周围环境对其的影响，也是避免微电子器件的损伤。在微电子器件的运输等过程中，一定要避免使用泡沫等无法防止静电产生的方式，为防止器件的损害，要使用正确的防静电材料。

4 ESD模型

微电子器件生产中，静电的放电方式有：第一种，微电子器件与带电的人体接触；第二种，带电微电子器件与接地物体的接触；第三种，微电子器件与带电的机械设备接触；第四种，微电子器件周围静电场产生的强大电压[4]。

根据这四种静电放电方式，人们提出四种描述模型：第一种，人体模型即HBM，这也是比较广泛的应用模型。HBM模拟微电子器件与带电的人体接触时，静电放电过程，从而从中寻求解决办法。第二种，机器模型即MM模型。这种模型是模拟器件生产中，设备放电的情况。第三种，器件带点模型即CDM模型。CDM与FIM模型的原理类似，其不同之处是电荷的来源。第四种，感应电场模型即FIM.FIM模型中电场感应产生电荷。ESD模型的建立，可以模拟微电子器件生产中静电的产生、释放过程、释放原理，最重要的是寻求解决办法，得到一个改善措施，从而促进微电子器件生产的效率，使微电子器件在生产中，微电子器件的损害率下降，促进微电子行业的发展。

5 静电防护体系

微电子器件的生产，运输等过程较多，所以受到损害的概率也就比较大，每个环节的防护都要完善。任何一个环节都有可能导致微电子器件的损坏。除了对工作人员服饰上的防护，生产设备上的防护，生产环境的设置，还应追求更高层次的防护措施。静电防护不应只停留在防静电用品，而应是系统化的管理，这样的防护措施才是更有效的。静电防护系统的科学化、标准化、整体化也是静电防护发展的要求。

6 结束语

在微电子器件生产中，为了避免静电损伤器件，不仅技术需要加强，更应对ESD体系进行完善。建立健全ESD防护标准，加强规章制度的贯彻力度，对人员的管理也要加强。ESD防护体系是对静电防护的有效措施。

参考文献

[1]刘进，陈永光.系统级测试下静电防护器件的失效机理分析[J].半导体光电，2016，1（5）：698-702+724.

[2]罗静.微电子器件的静电防护探讨[J].通讯世界，2016，6（8）：250.

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关键词:功率半导体器件 混合型器件 IGBT

中图分类号:TN31 文献标识码:A 文章编号:1672-3791(2012)06(a)-0044-01

20世纪80年代以来,微电子技术与电力电子技术在各自发展的基础上相结合而产生了一代高频化、全控型的电力集成器件,带来了电力电子技术的新时代,实现了由传统的电力电子技术向现代电力电子技术的转变。

1 现代电力电子器件

现代电力电子器件是指全控型的电力半导体器件,分为三大类[1]:双极型器件、单极型器件和混合型器件。

1.1 双极型器件,是指在器件内部电子和空穴两种载流子都参与导电过程的半导体器件

这类器件具有通态压降低、阻断电压高和电流容量大的特点。适合中大容量的变流装置。其中,我们常见的交流装备有:门极关断(GTO)晶闸管、电力晶体管(GTR)、静电感应晶闸管(SITH)。

1.2 单极型器件,是指器件内只有一种载流子(多数载流子)参与导电过程的半导体器件

具有代表性的产品有电力场控晶体管(电力MOSFET)和静电感应晶体管(SIT)。单极型器件开关的时间较短,一般多在几十纳秒以下,这是因为大部分的载流子导电,无少子存储效应。

1.3 混合型器件,是指双极型器件与单极型器件的集成混合

其主导器件为GTR、GTO晶闸管和SCR,将MOSFET用来做控制器件混合集成之后产生的器件。这种器件不仅具有GTR、GTO晶闸管和SCR等双极型器件电流密度高、导通压降低的优点,又具备MOSFET等单极型器件输入阻抗高、响应速度快的优点。因此,人们开始高度重视这种新型混合器件。IGBT被人们公认为最有发展潜力的复合器件之一。

2 绝缘栅双极型晶体管(IGBT)

2.1 IGBT的地位及作用

IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor),中文我们称之为“绝缘栅双极晶体管”,是一种复合全控型电压驱动式功率半导体器件。它是电力电子技术的核心技术,且是电机控制和功率变换器的首选器件。广泛用于轨道交通、航空航天等战略性行业,具有高频率、高电压、大电流,易于开关等优良性能,被业界誉为功率变流装置的“CPU”。

它是电力电子领域非常理想的开关器件,其频率特性介于MOSFET和功率晶体管之间,可正常工作在几十Hz的频率范围内,故在较高频率的大、中频率应用中占主要地位[2]。

2.2 IGBT的工作原理(如图1)

IGBT和电力MOSFET有很大的渊源,可以说IGBT是根据电力MOSFET的原理发展出来的,在结构上面,两者有很大的相似之处。但是,IGBT具有很强的电流控制能力。原因归结于两者间结果的不同之处,即:IGBT多一个P层发射级。在IGBT导通时,这个p层发射级可由P+注入区向N基区发射载流子(空穴),以调制漂移区的电导率。

IGBT的开通和关断是由门极电压来控制的。门极是以正向栅极电压时,MOSFET内形成沟道并未PNP晶体管提供基极电流,从而使IGBT导通。在门极施以负电压时,MOSFET内的沟道消失,PNP晶体管的基极电流被切断,IGBT关断。

3 IGBT的应用领域

IGBT作为电机控制和功率半导体器件首选器件,在轨道交通、航空航天、船舶驱动、新能源电动汽车、风力发电、太阳能发电、高压变频、工业传动及电力传输等多个重要行业和领域广泛运用。目前,在轨道交通高速动车组、大功率电力机车、城轨车辆几乎普遍采用IGBT;在节能环保领域,IGBT成为节能设备最核心的部件;在电力传输领域,IGBT在柔性输电等技术中发挥越来越大的作用。同时,大功率IGBT也是谐波治理中最理想的开关器件。因此,IGBT具有良好的市场前景。在未来很长一段时间内,为适应全球降低CO2排放的战略需要,IGBT将更加广泛地应用于可再生能源发电、智能配电与控制、分布式发电、电力牵引等领域,成为节能技术和低碳经济的主要支撑。

4 IGBT的发展现状

IGBT是电力电子时代的新宠。它是一种很优秀的电力电子器件,已逐渐替代了晶闸管,成为电力电子技术平台性的器件。虽然国外的IGBT产业取得了很大进展,但令人叹惋的是,我们国家目前并未形成自己的IGBT产业,目前我们使用的IGBT管子全部是进口购买的。我国只能进口国外IGBT芯片,自己进行少量封装。因此对于我们这样一个拥有13亿人口的大国,像IGBT这样的基础元件及其相关技术,必须拥有自己的IGBT产业。随着国家对电力电子技术发展的重视,相信很快就会用上自己生产出的IGBT。

5 IGBT的发展方向

IGBT的发展趋势有两个方向:超大功率模块和超快速IGBT。其中,超大功率模块IGBT有望取代GTO,并将其在电力系统、高压直流输电、机车牵引等方面扩宽应用领域。超快速IGBT则将在高频开关电源等方面扩大其应用领域。总之,超大功率、超快速、模块化、智能化是IGBT发展的方向。

参考文献

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关键词 数字电子汽车衡；检定；常见故障；维修措施

中图分类号 TH715 文献标识码 A 文章编号 1673-9671-（2012）112-0204-01

数字电子汽车衡在称重计量中应用的很广泛，是称重计量中的重要工具，但是在应用过程中出现的诸多故障使人烦恼。下面我们就简单分析一下数字式汽车衡检定、常见故障、故障排除以及维修措施。

1 数字汽车衡的检定

1.1 检定前的分析

在进行检定前，应对各个主要的部件进行查看，主要是对称重显示器、称重传感器、秤体进行检查。检查秤台下面有无杂物，例如煤块、水泥块、石块等，应把杂物清理干净；然后查看四角的螺丝紧挨秤体的程度、秤体的水平问题等。检查完之后，对电子汽车衡的仪表通电，在通过足够的预热时间后，才可以对整机进行检定。

1.2 首次检定

首次检定是对于没有检定过的数字式汽车衡进行检定，包括对新制造、新安装秤的检定和进口秤的检定。

1.3 随后检定

随后检定也叫后续检定，它的检定标准是最大允许的误差和首次检定的最大误差应该相同，是对首次检定后的任何一种检定，它包括：修理后检定、周期检定、周期检定有效期未到前的检定、新投入使用数字汽车衡使用前申请的检定。

1.4 使用中检定

使用中检定是检查秤是否满足检定的条件，工作状态是否良好，数据的准确率，还要查看检定证书或检定标记是否在有效期内，有没有损坏检定标记、在检定后有无明显的改动，误差是否符合标准等，检定项目和随后检定项目一样，但其最大允许误差是首次检定项目最大误差的两倍，实质上是对首次检定和随后检定的监督检验。

2 数字式汽车衡故障排除

1）直接法，通过用肉眼观察，检查各个部件是否出现异常，例如脱焊、掉线、虚焊、短路、错接等。

2）比较法，利用万能表进行对疑似故障的部件两端的电阻和电压测量，再与正常的电阻、电压想比较。

3）替代法，对怀疑损坏的部件，用好的电子元器件、电路板替换，观察替换后的结果是否正常。

4）代码诊断法，对于仪表出现的故障，根据它的错误代码，通过说明书查找故障代码，就可以发现哪一环节出现故障。

5）插拨法，检查各个部件的接触是否连接好，可以将插件或芯片通过拔出或者插入的方式检查。

3 数字式汽车衡的常见故障与维修

3.1 仪表不归零或零位不稳

1）造成数字式汽车衡不归零或零位不稳的重要原因是基础不实。汽车衡共经历了三个阶段：机械式、机电式、电子式，基础要求随着吨位的增大而变高。麻石基础可以满足低吨位时期的需要，但是对于大吨位的电子秤，特别是精度高的数字式电子汽车衡，基础要求的就特别高，要有足够的强度而且各板面间的水平高度误差不得超过3毫米。

2）接地不良。电子汽车衡对于电阻的要求要小于4欧姆，而且要有独立的接地，所以在做基础的时候必须考虑设置接地桩。

3）限位装置不当。秤体安装时，应把横、纵向限位装置放在对应的基础板上，并紧固螺栓，使限位螺栓头部与秤台侧面板的间隙保持3毫米，再锁紧螺母。但是由于秤体具有热胀冷缩性，所以在冬夏季节要及时调整限位螺栓，保持间隙3毫米，否则就会造成秤体被侧向顶死，出现仪表不归零的现象。

4）传感器被损坏。传感器被损坏是造成仪表不归零的原因之一，可以用砝码进行偏载试验，找出有问题的传感器，并检查其安装是否正常，如果正常就说明是传感器自身的故障，需更换传感器。

5）没有得到良好的保养。使用数字式电子汽车秤的环境恶劣，灰尘垃圾较多，如果清理的不及时就会造成堵塞。比如，用于港口称重的数字式汽车衡，会由于港口的粮食较多，容易引起鼠害，老鼠会藏匿秤体下，连接信号的导线会被老鼠咬断而造成短路或断路，影响数字式汽车衡的正常使用，因此要注意衡器的日常维护和保养。停机时，按照资料的要求，对每个需的地方及时补充油，定时更换减速机和螺旋泵承座油。另外，还要检查电机、各个气动元件、压力表、传感器和仪表，要及时清理灰尘、杂物、及时取出过滤器积液，并按照随机要求做好日常的维护工作。

3.2 数字秤仪表数字闪烁

仪表数字闪烁，有可能有三种情况：①仪表外面的电源不稳定导致；②传感器接头或者接线盒，由于接触不良或者受潮引起的；③仪表连接处和输出电缆虚焊或接触不良所致。如果仪表有问题，则修复仪表；更换损坏的传感器；把接头和接线板连接好。若接线盒潮湿则用电吹风吹干，然后用酒精擦洗吹干。

3.3 数字仪表不显示或者循环显示

这类故障一般比较复杂，可能是由于仪表、传感器性能、接线引起的问题。用万能表检查电源和电压是否正常，检查连接总线有无断路，检查仪表是否损坏，传感器的损坏程度。遇到这样的问题，应恢复正常电源，修复仪表、处理好连接线，如果传感器损坏则需更换。

3.4 仪表出现end01-erd08的错误代码

当仪表出现这种提示时，则表示仪表和数字传感器之间的通信出现故障，有可能是因通信中断引起的，首先要检查传感器的供电是不是正常的，在接线盒内测量end和v+间的电压，并保证电压在6.5v以上，如果没有电压或者电压很低，则要检查主线是否断线，是否因传感器短路引起。传感器的通信线和接地线短路也会引起仪表的错误，显示end01-erd08（代码），用万用表的20k电阻档位，黑表棒接传感器的黑线，用红表棒分别接四根信号线测量，若测量值不在9k-12k之间，则说明阻值偏大或偏小，说明传感器损坏，需更换才可使用。

3.5 仪表标定数据丢失

导致标定数据丢失的原因可能是电源、传感器和秤台不接地，或者用零线代替地线，通常会导致传感器通讯不稳定、仪表和秤体带电、甚至导致仪表的数据丢失，从而损害仪表。因此，现场的电源接地非常重要。例如，一台中行数字传感器的数字汽车衡，在初期使用时正常，但是经过供电线路改造后，秤体和仪表的外壳有麻手的感觉，数据的稳定性差，而且在连接打印机后出现总开关跳闸的现象。经检查才发现是由于现场电源不接地，从而使仪表地线带电影响到设备不能正常的工作，在现场处理时，发现仪表变压器已被损坏，经重做地线、更换变压器后，问题才得以解决。

4 结束语

本文通过对数字电子汽车衡的分析，对它的相关情况有了进一步的了解，在以后的工作中可以根据文中提出的措施运用到实践中去。

参考文献

[1]杨云川.数字式汽车衡检定分析[J].科技情报开发与经济，2011，20（30）：187-190.

[2]贾薇，赵宏伟.浅谈电子汽车衡的故障分析与修理[J].城市建设理论研究（电子版），2012，20：1-8.

[3]刘遵云.关于数字式汽车衡的使用和维修方法[J].衡器，2010，39（10）：22-31.

[4]巫业山.数字式汽车衡的使用和维修方法[J].衡器，2011，40（8）：5-8.

[5]张羽丽.浅谈电子汽车衡检测过程中常见的故障及处理方法[J].商品与质量：学术观察，2011，10.

篇4

适当的

很多心理学家，把得到轻抚同食物、水并列为婴儿最需要的供给品，轻抚是新生儿神经和体格发育不可缺少的营养品。每次轻抚都传递着父母的呵护，可以增加亲子间的情感交流，让孩子感受到家人对他的关爱，因而获得心理上的安全感――这一点对其心理健康成长是极其重要的。经常得到的孩子，长大后会拥有自信和乐观的性格，并懂得爱与被爱。哺乳期孩子的“皮肤饥饿”是很强烈的，父母或其他抚育者都应尽量满足孩子的需要。因此，新生儿不宜捆绑起来单独放置在小床，最好能让其赤身靠近母亲的胸膛，与母亲体肤接触，听到母亲的心跳声。

愉悦的哺乳活动

孩子吃牛奶不如吃母乳，不仅营养上有差异，更重要的是母亲喂奶可以让孩子获得感情上的慰籍。有关研究表明，哺乳方式与哺乳者的情绪状态对孩子身心健康都有很大影响。国外有个保育院曾采用自动化喂奶，喂奶时一按电钮就往孩子嘴里灌奶，结果院里的孩子情绪很坏，患病率和死亡率都很高。后来增加了保育员，并规定抱起孩子喂奶，孩子们的情绪和健康状况就有了很大的好转。

许多年轻的母亲都有这样的经验，有时孩子吃饱了，还会含着不肯放，表情上显得很满足。对许多孩子来说，依偎在妈妈怀里，吸吮着妈妈的，是件十分愉快的事情。

孩子从6个月到一周岁，是心理活动急剧发展的时期，也是建立“母子联结”的关键时期，如果这个时期让孩子多和母亲接触，容易培养孩子良好的情绪；如果孩子长期得不到母爱，就会出现夜惊、拒食、消化系统的功能紊乱，甚至造成发育缓慢。

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[关键词]《时间旅行者的妻子》；时空旅行；爱情；时间

电影《时间旅行者的妻子》改编自美国作家奥黛丽・尼芬格2003年创作的一部同名畅销小说。这部小说第一次出版就跻身于畅销小说榜单。影片遵循原著，运用引人入胜的科幻概念，讲述了一个战胜了时空阻碍的爱情故事。栩栩如生的人物刻画、片段式的叙事结构以及感人至深的爱情守候让这部电影充满了迷人魅力。演员艾瑞克，巴纳将亨利这个永远不知道自己下一刻将身在何方的男人形象表现得极其丰富，将亨利对穿越的恐惧以及对来之不易的爱情的感激之情演绎得生动自然；女演员瑞秋・麦克亚当斯则带着她与生俱来的温暖气息和超凡魅力，像天使一样完成了影片中一生的温情守候。

一、剧情简介

一个人，如果能够自由地在时间里穿梭，那该是一件多么幸福的事情！至少他可以回去看一眼已经逝去的亲人，重温幸福的时光。然而，当每一次穿越不为人所控，他不能改变任何事情，只能眼睁睁地看着悲剧在眼前发生，那又是一件多么痛苦的事情！男主角亨利就是这样一个时空穿梭者。

自从幼年时目睹母亲车祸死亡，亨利就患上了一种被称为“慢性时间错位症”的奇症，从此他失去了正常的生活，开始不受控制地穿梭于过去、现在和未来的时空中，他不停地寻找自己身在何时、何地，每一次在弄清这些之前，他都要狼狈不堪地胡乱找几件蔽体的衣服，因为每一次时空旅行只能送走他赤条条的身体，带回那个时空片段里碎裂的记忆。无论是回到过去，还是去往未来，他只是时空穿梭中一个无望的旁观者，生活在无法消解的不安定和恐慌中。

直到有一天，克莱尔出现在亨利面前，这个有着天使般笑容的女孩告诉他：“我从小就认识你，为了见到你，我已经等待了很多年。”原来，未来的亨利早已多次穿越回过去，出现在克莱尔的生命中，伴随她的成长，成为她特殊的朋友，并早已征服少女的心。克莱尔的出现对亨利来说是一种救赎，亨利开始产生安全感，这个在时空中漂泊无依的男人感到幸福和安定。婚后，亨利始终不能控制自己的能力，依然会随时消失，两人经历了许多磨难。作为一名时间旅行者的妻子，克莱尔用梦幻般包容的爱忍受着亨利一次次的不告而别，用一种不同于常人的方式来继续着自己的家庭生活。

很多电影也是以时光为主题，如《返老还童》《蝴蝶效应》等，在这部《时间旅行者的妻子》中，频繁的时空穿越让影片呈现出一种不确定的漂浮感，从亨利遇到克莱尔开始出现了故事的主线。凌乱的时空，片段构成的故事，观众随着亨利感受着一次次不受控制的时空之旅，感受着疲累的亨利回到克莱尔身边时两人浓烈的爱情，思考着关于时间维度的问题。

二、不受控制的时空之旅

亨利穿越时空的能力并没有让他的生活变得轻松有趣，相反，他总是活在不知道下一刻在哪里的恐惧和不安中。在这样不能自控的时光旅行中，他不断抢夺偷盗衣物来遮体、寻找食物和避难所、承受严寒酷暑或旁人惊愕的目光，害怕不可A知的命运，茫然等待下一刻再穿回原来的时空……长期频繁的穿越让亨利已经疲于思考如何去控制自己这项能力，有时是酒精，有时是电脑辐射，有时甚至压力、劳累、噪音等任何一件事物都有可能导致他的失踪。这种失踪可能出现在任何一个无法预料的场合――在淋浴房、厨房、图书馆、汽车上、在大庭广众之下，甚至在他和克莱尔的婚礼上，有时消失几分钟，有时几天、几个星期甚至几个月才能回来。

当然这种恼人的时空穿越也会带来一些福利，比如可以取巧赢得彩票；可以带亨利遇见去世前的母亲，告诉她“你的儿子很爱你”；可以遇见不同年龄段的克莱尔，陪伴她的成长并俘获她的心；可以在多年后赶去参加年轻时遗憾缺席的婚礼；可以趁自己健在时，穿越到未来安慰孀居的克莱尔；甚至在自己做过节育手术后，让过去的亨利穿越到现代来让克莱尔再次怀孕；就连等待自己死亡的恐惧也被来自未来的女儿的一个微笑缓解了。所以影片中的亨利有时是个年轻帅气的英俊小伙，有时是个扎满胡须的中年汉子，冥冥中总有一个个重要的时刻吸引着亨利，带他穿越，比如见证了一百多次母亲的死亡，遇见不同年龄的克莱尔，遭遇来自过去的一颗子弹……

不得不说，这部影片将时空穿越这一科幻元素运用得极其熟练巧妙，从技术上来说，这是属于亨利一个人的穿越――不打乱时空，不改变历史，没有多个并行空间。可以说，时空穿越在这里只是一个极端手段，来检验并巩固亨利与克莱尔之间的爱情，来增强这部影片的表现力。我们可以这样理解，正是时空穿越让两个人走到一起；也是时空穿越成为他们爱情的阻碍，带给他们各种冲突与矛盾；亦是时空穿越让他们珍惜相守的点滴，成为爱情的保鲜剂。正如演员巴纳所说的：“在任何一个爱情故事当中，你都需要制造一些充满着戏剧冲突的时刻，就为了推动和检验两个人关系的牢靠性，而这两个角色本身就具备了这类特色，包括他们之间的关系，几乎是时时刻刻都在接受着无法预期的考验，让你没办法不相信他们真的深爱着对方。”所以时空穿越只是一种催化剂，作用就是将时间的魔力加之于一对情侣身上，从这个意义上来说，每一对普通的情侣在相爱与磨合的过程中，都承受着这种隐喻意味的“时空穿越”，而爱情的结果如何，就要看双方如何取舍了。

三、爱与守候

爱情是本片的主题，所有戏剧化的设置都在为展现亨利与克莱尔的爱而服务。跟所有的爱情一样，他们之间有肉体的欢娱，有情感的依恋，有精神的失落。这对男女有着一种不可思议的天赋，尽管他们面临的是穷极我们想象的巨大的阻力和挑战，他们依然能一眼就在人群中找到彼此，将心中的爱保留到最后。他们的爱跨越了时空，即使亨利身死，他依然可以出现在克莱尔的生活中，这也算是这恼人的穿越带给克莱尔的一大补偿吧！

在这份感情中，说不上是谁付出更多，但是克莱尔所承受包容的一切一定是一般女性难以想象的。是什么让一个女人从童年到少女时期一直活在梦幻般的等候中，只为在不错乱的时空里与爱人相见？是什么让已经预见了未来坎坷的她仅仅片刻犹疑就欣然许诺终身？是什么让已为人妻的她忍受丈夫不知归期的离别，独自承担家庭责任？是什么让已痛失爱侣的她，仍在爱人可能出现的地方留有衣物守候？克莱尔到底是一个什么样的女人？她有着艺术家的气质，有着坚定的信仰，有着对爱义无反顾的决绝，一旦选择，就会全然托付。比起两人在一起时的甜蜜，她一人独处时的空虚与无助显然更易消磨心力，这一点在影片中两人婚后的那一小段中表现得淋漓尽致。影片没有向观众提供她爱的理由，只提供了她等待的理由――“我别无选择。他就要来了。我就在这里。”也许是亨利的养成计划得逞了，也许他们中的一切早已注定。

再来看亨利，亨利在两人的爱情中显然是“获利”的一方，他的离开不需要理由，他的归来自有人等候。但是自从他在正常时空与克莱尔相遇后，克莱尔就成为他生命的全部，他的每一次穿越，为的都是与克莱尔短暂的重逢。所以他有多感激这份爱，就有多惧怕失去这份爱。承受着这一切的亨利从来没有在克莱尔面前表露出酸楚和痛苦。甚至当他预知了自己的死亡时，依然乐观积极地生活着，与妻子、女儿一起欢笑。当他一人独处时，也会看着窗外飞扬的雪花，释放心中的忧伤和痛苦。

这两个人的爱情相守总像是裹上了一层梦幻的色彩，亨利的特殊体质似乎没有让朋友们一惊一乍，克莱尔的无悔付出似乎也颇得家人的理解。这两个人好像被命运关在一个与世隔绝的小空间里，只有彼此可以理解对方，相互取暖。而一旦他们中间有一人离去，我们简直无法想象另一个的处境。对于亨利的死，编剧显然也是矛盾的，所以影片才设置了一个略让人欣慰的结局：在那片与克莱尔初遇，也见证他身死的草坪上，曾经的亨利穿越到女儿艾尔巴9岁时的未来，与这对母女再度拥抱，再度絮语，又再度消失，就像以前每一次消失，却还是会回来一样……

四、死亡与期限

再来看亨利的死。不得不说，作为观众，即使我们很想向编剧抗议：为什么要让亨利被误杀？为什么不怜悯这对受尽磨难的恋人，给他们美好的结局？我们还是得承认：是死亡让这份爱超越了生命的极限，让它变得隽永绵长。深刻的影片总是离不开死亡，这部影片中描述了几个人的死，亨利母亲的死――孩子的流产以及他自己的死，其中亨利的死设置得最为巧妙。

亨利的每次穿越都是去往对他具有重要意义的地方，影片中那片葱郁茂密的树林既是两人相遇相爱的地方，也是亨利在时空旅行中被岳父误杀的地方。到底是因为他会在那里死去，所以才被拉去遇见克莱尔，还是他与克莱尔的宿命相遇才导致了自己的身死？到底什么是因，什么是果？这里不免让观众想起，早在亨利婚前与岳父的一番谈话中，老人就说过“人生如同狩猎”，那时亨利的回答“我经常觉得自己才是那个猎物”直是一语双关，一语成谶。影片在这里的处理除了契合亨利一生被宿命绑缚的设定外，也向观众展示了：真爱能够超越时空，亦能超越生死。

五、对时间的思考

本片名为“时间旅行者的妻子”，除了要展示时空穿梭这一元素和克莱尔与亨利的爱，还有一个重要启示就是时间的寓意，对时间的思考。

在影片中，亨利所经历的，是一个个颠倒顺序的时间片段，对他而言，有一段宁静、悠闲、漫长的时光是一件再奢侈不过的事情，他是一个被时间绑缚的可怜人。想想我们的现实生活吧，我们中的许多人不也是如此吗？被现代的快节奏驱赶着，被世俗的价值观捆绑着，追逐快速提升、快速发展的生活，我们在疾走、在奔跑、在人人自危。我们有多少时间来悠闲度假？有多少时间来陪伴父母和爱人？有多少时间来关注孩子的成长？我们的时间也被分成一个个小碎片，用来完成单位时间内最大化的工作量。当我们回忆从前时，感觉更是如此：一些记忆片段被时光冲淡，一些被我们反复摩挲。我们享受着时光的旅行，亦无法改变过往分毫。对于未来，也是如此。我们总是在想象中遥望未来，那些片段仿佛斑驳的回忆一般虚无缥缈，对我们而言，甚至没有改变的意义。所以，我们能够把握的，仅仅是现在，然而，现在又如何呢？

亨利的时间错位症正是象征着当下人们被时间驾驭的生存状态，尽管知道不能失去自我、不能辜负所爱、不能亲不在才子欲养，可是很多人依然故我。想象一下，如果此时你正在为世俗名利所扰，在焦虑、困顿中不能自拔，这时未来的你穿越而来，坐在对面冲着你温暖地笑，告诉你：慢慢来，没关系。你是否就能从时间的束缚中抽离出来，变得从容淡定？很多时候，我们只能活在当下，体会这一刻的滋味，无论是感受快乐，还是承受悲伤。

篇6

关键词：微电子工艺；创新性；实验教学

一、引言

微电子技术与国家科技发展密切相关，是21世纪我国重点发展的技术方向。在新形势下，无论军用还是民用方面都对微电子方向人才有强烈需求。高校微电子专业是以培养能在微电子学领域内，从事半导体器件、集成电路设计、制造和相应的新产品、新技术、新工艺的研究和开发等方面工作的高级应用型科技人才为目标的。因此，要求学生不仅要具备坚实的理论基础，还需具备突出的专业能力和创新能力，满足行业的快速发展和社会需求。

目前我国微电子行业中，微电子工艺研究相对于器件和集成电路设计研究工作是滞后的，处于不平衡发展状态，为使行业发展更均衡，需要加强微电子工艺人才的培养。微电子工艺是微电子专业中非常重要的专业课，主要研究微电子器件与集成电路制造工艺原理与技术。微电子器件与集成电路尺寸都是在微米甚至纳米量级，导致在理论学习过程中，学生理解有一定的困难，因此需要通过开设微电子工艺实验课程加深和巩固知识内容，使学生更加直接地接触微电子行业核心技术，了解半导体器件、集成电路生产制造加工的技术方法，从而促进学生对微电子工艺等课程的学习。因此，微电子工艺实验教学可以有效地弥补理论教学的局限性和抽象性，促进学生对理论课的理解和提高学生的动手能力。

二、课程分析

微电子工艺课程要求掌握制造集成电路所涉及的外延、氧化、掺杂、光刻、刻蚀、化学气相淀积、物理气相淀积、金属化等技术的原理与方法，熟悉双极型和M0s集成电路的制造工艺流程，了解集成电路的新工艺和新技术。微电子技术的发展是遵循摩尔定律，快速发展变化的，虽然工程教育要求教学最新最前沿的技术，但微电子设备价格昂贵，运转与维护费用很高，任何高校都很难不断升级换代；而且集成电路制造技术的更新迭代主要是在掺杂技术、光刻技术、电极制造技术方面进行了技术改进，在其他方面还都是相似的，因此，在高校中单纯追求工艺先进的实验教学是不现实的。基于此，结合实际教学资源情况，建设主流、典型工艺技术的工艺实验线，并开展理论联系实践的实验教学是微电子工艺实验室建设的重点。通过实验使学生更牢固地掌握晶体管及简单Ic的整个工艺制造技术，学会测试晶体管重要参数，以及初步了解集成电路工艺制造过程。

黑龙江大学微电子工艺实验室已建立数十年，之前受到设备的限制，所开设的实验都是分立的，不能完全按工艺流程完成器件的制作，没有形成有机整体，学生缺乏对晶体管制作工艺流程的整体认识。经过不断发展和学校的大量投入，目前该实验室拥有一条微电子平面工艺线，主要的设备包括磁控溅射设备、电子束蒸发设备、CVD化学气相淀积系统、光刻机、离子刻蚀机、扩散炉、氧化炉、超声压焊机、烧结炉等。这些设备保证了微电子工艺实验能够按晶体管制作工艺流程顺序完成制作。同时实验室配备了测试环节所必须的显微镜、电阻率测试仪、探针测试台、半导体特性图示仪等检测仪器，通过实验能进一步加深学生对微电子工艺制造过程的了解。实践证明，以上实验内容对学生掌握知识和开拓视野起到十分重要的作用，效果显著。该实验室多年来一直开展本科生教学和本科生毕业设计、研究生毕业设计、各类创新实验项目等教学、科研工作。

三、实验教学的开展

为了达到理论实践相互支撑与关联，通过实验促进理论学习，笔者根据微电子专业特点，开展了微电子工艺实验的教学改革。在原有的微电子平面工艺实验的基础上，建立由实验内容的设置、多媒体工艺视频、实际操作的工艺实验、实验考核方法和参观学习五部分组成的教学方式，形成有效的实践教学，加强了学生对制造技术和工艺流程的整体的认识，培养了学生对半导体器件原理研究的兴趣，使学生对将来从事半导体工艺方面的研究充满信心。

（一）实验内容的设置

实验内容主要包括四部分：

1.教师提供给学生难易不同的器件结构（二极管、三极管、MOS管等），学生可以自主选择；

2.根据器件结构，计算机辅助软件设计器件制作的工艺流程；

3.通过实验室提供的仪器设备完成器件制作；

4.测试器件性能参数。

通过这样设置，既能掌握微电子工艺的基本理论，又能通过实验分析完善工艺参数，使学生完全参与其中。

（二）多媒体工艺视频

为了让学生对集成电路设计和微电子制造工艺有直观的认识。结合实际的实验教学过程，制作全程相关单项工艺技术、流程及设备操作视频演示资料，同时强调工艺制作过程中安全操作和注意事项，防止危险的发生。

（三）实际操作的工艺实验

工艺实验涵盖清洗、氧化、扩散、光刻、制版、蒸镀、烧结、压焊等主要工序，为学生亲自动手制作半导体器件和制造集成电路提供了一个完整的实验条件。学生根据所学的理论知识了解器件结构、确定工艺条件、按照流程完成器件的制作。保证每名学生都参与到器件制作过程中。同时每个单项工序时间和内容采取预约制，实现开放式实验教学。

、

（四）实验考核方法

在实验教学环节中，实验考核是重要的教学质量评价手段。实验着重对动手能力和综合分析问题的能力及创新能力进行考核。主要考核内容包括：

1.器件工艺设计：考核设计器件制作流程的合理性；

2.工艺实验：考核现场工艺操作是否规范，选用的工艺条件是否合理；

3.测试结果：考核制作器件的测试结果；

4.实验分析报告：考核分析问题和解决问题能力，并最终给出综合成绩。

（五）参观学习

参观学习有助于学生全面了解本行业国内外发展的概况及先进的设备、现代化的生产车间和工艺水平。每年带领学生参观中国电子科技集团公司第49研究所、海格集团等企事业单位，安排相应技术人员进行讲座和交流，使学生学习到更多的宝贵经验和实践知识。

篇7

预计在未来10到20年，微电子器件抗辐射加固的重点发展技术是：抗辐射加固新技术和新方法研究；新材料和先进器件结构辐射效应；多器件相互作用模型和模拟研究；理解和研究复杂3－D结构、系统封装的抗辐射加固；开发能够降低测试要求的先进模拟技术；开发应用加固设计的各种技术。本文分析研究了微电子器件抗辐射加固设计技术和工艺制造技术的发展态势。

2辐射效应和损伤机理研究

微电子器件中的数字和模拟集成电路的辐射效应一般分为总剂量效应（TID）、单粒子效应（SEE）和剂量率（DoesRate）效应。总剂量效应源于由γ光子、质子和中子照射所引发的氧化层电荷陷阱或位移破坏，包括漏电流增加、MOSFET阈值漂移，以及双极晶体管的增益衰减。SEE是由辐射环境中的高能粒子（质子、中子、α粒子和其他重离子）轰击微电子电路的敏感区引发的。在p－n结两端产生电荷的单粒子效应，可引发软误差、电路闭锁或元件烧毁。SEE中的单粒子翻转（SEU）会导致电路节点的逻辑状态发生翻转。剂量率效应是由甚高速率的γ或X射线，在极短时间内作用于电路，并在整个电路内产生光电流引发的，可导致闭锁、烧毁和轨电压坍塌等破坏［1］。辐射效应和损伤机理研究是抗辐射加固技术的基础，航空航天应用的SiGe，InP，集成光电子等高速高性能新型器件的辐射效应和损伤机理是研究重点。研究新型器件的辐射效应和损伤机理的重要作用是：1）对新的微电子技术和光电子技术进行分析评价，推动其应用到航空航天等任务中；2）研究辐射环境应用技术的指导方法学；3）研究抗辐射保证问题，以增加系统可靠性，减少成本，简化供应渠道。研究的目的是保证带宽／速度不断提升的微电子和光（如光纤数据链接）电子电路在辐射环境中可靠地工作。图1所示为辐射效应和损伤机理的重点研究对象。研究领域可分为：1）新微电子器件辐射效应和损伤机理；2）先进微电子技术辐射评估；3）航空航天抗辐射保障；4）光电子器件的辐射效应和损伤机理；5）辐射测试、放射量测定及相关问题；6）飞行工程和异常数据分析；7）提供及时的前期工程支持；8）航空辐射效应评估；9）辐射数据维护和传送。

3抗辐射加固设计技术

3．1抗辐射加固系统设计方法

开展抗辐射加固设计需要一个完整的设计和验证体系，包括技术支持开发、建立空间环境模型及环境监视系统、具备系统设计概念和在轨实验的数据库等。图2所示为空间抗辐射加固设计的验证体系。本文讨论的设计技术范围主要是关于系统、结构、电路、器件级的设计技术。可以通过图2所示设计体系进行抗辐射加固设计：1）采用多级别冗余的方法减轻辐射破坏，这些级别分为元件级、板级、系统级和飞行器级。2）采用冗余或加倍结构元件（如三模块冗余）的逻辑电路设计方法，即投票电路根据最少两位的投票确定输出逻辑。3）采用电路设计和版图设计以减轻电离辐射破坏的方法。即采用隔离、补偿或校正、去耦等电路技术，以及掺杂阱和隔离槽芯片布局设计；4）加入误差检测和校正电路，或者自修复和自重构功能；5）器件间距和去耦。这些加固设计器件可以采用专用工艺，也可采用标准工艺制造。

3．2加固模拟／混合信号IP技术

最近的发展趋势表明，为了提高卫星的智能水平和降低成本，推动了模拟和混合信号IP需求不断增加［2］。抗辐射加固模拟IP的数量也不断增加。其混合信号IP也是相似的，在高、低压中均有应用，只是需在不同的代工厂加工。比利时IMEC，ICsense等公司在设计抗辐射加固方案中提供了大量的模拟IP内容。模拟IP包括抗辐射加固的PLL和A／D转换器模块，正逐步向软件控制型混合信号SoCASIC方向发展。该抗辐射加固库基于XFab公司180nm工艺，与台积电180nm设计加固IP库参数相当。TID加固水平可以达到1kGy，并且对单粒子闭锁和漏电流增加都可以进行有效加固。

3．3SiGe加固设计技术

SiGeHBT晶体管在空间应用并作模拟器件时，对总剂量辐射效应具有较为充分和固有的鲁棒性，具备大部分空间应用（如卫星）所要求的总剂量和位移效应的耐受能力［3］。目前，SiGeBiCMOS设计加固的热点主要集中在数字逻辑电路上。SEE／SEU会对SiGeHBT数字逻辑电路造成较大破坏。因此，这方面的抗加设计技术发展较快。对先进SiGeBiCMOS工艺的逻辑电路进行SEE／SEU加固时，在器件级，可采用特殊的C－B－ESiGeHBT器件、反模级联结构器件、适当的版图结构设计等来进行SEE／SEU加固。在电路级，可使用双交替、栅反馈和三模冗余等方法进行加固设计。三模冗余法除了在电路级上应用外，还可作为一种系统级加固方法使用。各种抗辐射设计获得的加固效果各不相同。例如，移相器使用器件级和电路级并用的加固设计方案，经过LET值为75MeV•cm2／mg的重粒子试验和标准位误差试验后，结果显示，该移相器整体抗SEU能力得到有效提高，对SEU具有明显的免疫力。

4抗辐射加固工艺技术

目前，加固专用工艺线仍然是战略级加固的强有力工具，将来会越来越多地与加固设计结合使用。因为抗辐射加固工艺技术具有非常高的专业化属性和高复杂性，因此只有少数几个厂家能够掌握该项技术。例如，单粒子加固的SOI工艺和SOS工艺，总剂量加固的小几何尺寸CMOS工艺，IBM的45nmSOI工艺，Honeywe1l的50nm工艺，以及BAE外延CMOS工艺等。主要的抗辐射加固产品供应商之一Atmel于2006年左右达到0．18μm技术节点，上一期的工艺节点为3μm。Atmel的RTCMOS，RTPCMOS，RHCMOS抗辐射加固专用工艺不需改变设计和版图，只用工艺加固即可制造出满足抗辐射要求的军用集成电路。0．18μm是Atmel当前主要的抗辐射加固工艺，目前正在开发0．15μm技术，下一步将发展90nm和65nm工艺。Atmel采用0．18μm专用工艺制造的IC有加固ASIC、加固通信IC、加固FPGA、加固存储器、加固处理器等，如图3所示。

5重点发展技术态势

5．1美国的抗辐射加固技术

5．1．1加固设计重点技术

美国商务部2009年国防工业评估报告《美国集成电路设计和制造能力》，详细地研究了美国抗辐射加固设计和制造能力［4］。拥有抗辐射加固制造能力的美国厂商同时拥有抗单粒子效应、辐射容错、抗辐射加固和中子加固的设计能力。其中，拥有抗单粒子效应能力的18家、辐射容错14家、辐射加固10家，中子加固9家。IDM公司是抗辐射加固设计的主力军，2006年就已达到从10μm到65nm的15个技术节点的产品设计能力。15家公司具备10μm～1μm的设计能力，22家公司具备1μm～250nm的设计能力，24家公司具备250nm～65nm设计能力，7家公司的技术节点在65nm以下，如图5所示。纯设计公司的抗辐射加固设计能力较弱。美国IDM在设计抗辐射产品时所用的材料包括体硅、SOI，SiGe等Si标准材料，和蓝宝石上硅、SiC，GaN，GaAs，InP，锑化物、非结晶硅等非标准材料两大类。标准材料中使用体硅的有23家，使用SOI的有13家，使用SiGe的有10家。使用非标准材料的公司数量在明显下降。非标材料中，GaN是热点，有7家公司（4个小规模公司和3个中等规模公司）在开发。SiC则最弱，只有两家中小公司在研发。没有大制造公司从事非标材料的开发。

5．1．2重点工艺和制造能力

美国有51家公司从事辐射容错、辐射加固、中子加固、单粒子瞬态加固IC产品研制。其中抗单粒子效应16家，辐射容错15家，抗辐射加固12家，中子加固8家。制造公司加固IC工艺节点从10μm到32nm。使用的材料有标准Si材料和非标准两大类。前一类有体硅、SOI和SiGe，非标准材料则包括蓝宝石上硅，SiC，GaN，GaAs，InP，锑化物和非晶硅（amorphous）。晶圆的尺寸有50，100，150，200，300mm这几类。抗辐射加固产品制造可分为专用集成电路（ASIC）、栅阵列、存储器和其他产品。ASIC制造能力最为强大，定制ASIC的厂商达到21家，标准ASIC达到13家，结构化ASIC有12家。栅阵列有：现场可编程阵列（FPGA）、掩膜现场可编程阵列（MPGA）、一次性现场可编程阵列（EPGA），共19家。RF／模拟／混合信号IC制造商达到18家，制造处理器／协处理器有11家。5．1．3RF和混合信号SiGeBiCMOS据美国航空航天局（NASA），SiGe技术发展的下一目标是深空极端环境应用的技术和产品，例如月球表面应用。这主要包括抗多种辐射和辐射免疫能力。例如，器件在＋120℃～－180℃温度范围内正常工作的能力。具有更多的SiGe模拟／混合信号产品，微波／毫米波混合信号集成电路。系统能够取消各种屏蔽和专用电缆，以减小重量和体积。德国IHP公司为空间应用提供高性能的250nmSiGeBiCMOS工艺SGB25RH［5］，其工作频率达到20GHz。包括专用抗辐射加固库辐射试验、ASIC开发和可用IP。采用SGB13RH加固的130nmSiGeBiCMOS工艺可达到250GHz／300GHz的ft／fmax。采用该技术，可实现SiGeBiCMOS抗辐射加固库。

5．2混合信号的抗辐射加固设计技术

如果半导体发展趋势不发生变化，则当IC特征尺寸向90nm及更小尺寸发展时，混合信号加固设计技术的重要性就会增加［6］。设计加固可以使用商用工艺，与特征尺寸落后于商用工艺的专用工艺相比，能够在更小的芯片面积上提高IC速度和优化IC性能。此外，设计加固能够帮助设计者扩大减小单粒子效应的可选技术范围。在20～30年长的时期内，加固设计方法学的未来并不十分清晰。最终数字元件将缩小到分子或原子的尺度。单个的质子、中子或粒子碰撞导致的后果可能不是退化，而是整个晶体管或子电路毁坏。除了引入新的屏蔽和／或封装技术，一些复杂数字电路还需要具备一些动态的自修复和自重构功能。此外，提高产量和防止工作失效的力量或许会推动商用制造商在解决这些问题方面起到引领的作用。当前，没有迹象表明模拟和RF电路会最终使用与数字电路相同的元件和工艺。因此，加固混合信号电路设计者需要在模拟和数字两个完全不同的方向开展工作，即需要同时使用两种基本不同的IC技术，并应用两种基本不同的加固设计方法。

6结束语

篇8

“面对灾情，通信企业精心组织，多方筹措抗灾重建物资，全力抢修受损基站和线路，保障通信畅通”，国资委主任李荣融在讲话中这样总结了电信央企为抗击冰雪所做出的贡献。李荣融指出，在抗击雨雪冰冻灾害中，中央企业把国家利益和人民利益放在第一位，彰显出高度的政治责任感和大局意识，更展现出了团结奋斗、勇担重任、顾全大局的奉献精神、拼搏精神和协作精神，这种极为宝贵的精神财富，将成为推动中央企业实现又好又快发展的强大动力。

在表彰先进的同时，如何通过多层次合作、多平台搭建形成行业资源整合，提高整个央企应对自然灾害的抵御能力，节约国家公共资源也是国资委一直在监管层面着力探讨的问题。而不久前中国电信与南方电网合作提升应灾能力在这方面提供了良好的范例。

南方电网与中国电信表示，双方将整合资源，健全应急体系，提高御灾能力。中国电信将为南方电网提高应急通信提供支撑服务，南方电网将为中国电信提供广东等五省内及跨省电力特种光缆，以及维护支持、故障处理服务。在2008年初的冰灾中，两家央企同舟共济、共渡难关的同时，更看到了广阔的合作前景和良好基础。

链接电信央企抗灾总结

■中国移动累计组织50万人次参与通信保障，出动应急抢修车辆20.1万次，完成应急发电时长337.4万小时，耗油1172万升，实时保障了灾区移动通信需求。

■中国电信投入抢修人员2.7万人，投入抢修车辆设备5856台，使用各类油机近万台。还通过全网资源调度和紧急采购，向灾区运送了大量油机、蓄电池组等急需物资。所属64个本地网迅速恢复通信，确保了国家一、二级干线和县以上通信网络畅通。

■中国联通启动通信保障以及应急预案，累计恢复了1540皮长公里的传输线路。恢复倒塌杆路8881根。

■中国网通全集团南北协同，共出动2.2万人次，车辆1万台次，设备5095台套。

篇9

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

篇10

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