微电子技术的发展

【摘要】 ： 70 年代中期以后， 出现了以微电子技术为核心的新兴技术群。 以 微电子技术为基础的信息技术是新技术革命的主导技术和主要标志。 它开辟了人 类历史上的新时代——信息时代。 今天， 信息技术已渗透到社会生产和生活的一 切领域， 并产生了巨大而深远的影响。 信息产业正逐步取代传统工业而跃居主导 地位。 从某种意义上说， 人类社会己进入了信息时代。

【关键词】 ： 微电子技术、 信息技术 新技术革命

又称现代技术革命， 也有人将它称为继蒸汽机、 电力之后的第三 次技术革命。 它产生于本世纪 40 年代中期， 伴随着当代科学技术的形成而发展 起来， 扩展到科学技术的各个领域。 它首先在西方发达资本主义国家兴起， 逐步 向其他国家和地区辐射， 直至席卷全球。 70 年代，光纤通信进入实用阶段。 以 微电子技术、 电子计算机、 激光、 光纤通信、 卫星通信和遥感技术为主要内容的 信息技术成为新技术革命的先导技术。 微电子技术是信息技术的基础。 信息技术 是新技术革命的核心技术之一。 微电子技术是采用微细加工工艺， 在微小的半导体结构内制成微型电子线路 或系统的技术。 它是伴随集成电路技术而发展起来的一门新技术。 微电子技术的 形成引起电子设备和系统的设计、 工艺、 封装等方面的巨大变革。 它最突出的成就是微处理器。 1947 年底， 美国贝尔实验室研制成了世界上第一个晶体管， 微电子技术开 始萌芽。 50 年代末期， 集成电路出现了。 这一发明的功绩应属于美国得克萨斯 仪器公司的基尔比和仙童公司研究与开发部的诺伊斯。早在 1958 年， 基尔比就 开始了对集成电路的探索。当时他正参与美国军方的一项微型组件研制。 这种微 型组件由晶体管、 电阻、 电容等元器件装配到一片陶瓷基片上， 然后叠成立体结 构。 它的焊点多， 制作技术复杂， 可靠性差， 成本较高。 基尔比便想设计出一种 更优越的微型电路。 他的方案是用一块半导体材料制成由若干晶体管和电阻、 电 容组成的功能电路。 在公司负责人的支持下， 经过坚韧不拔的努力， 他终于在 1959 年初制成了包括电阻、 电容和晶体管的单块锗晶体触发器。 同年 2 月 6 日， 基尔比向美国专利局申请了专利。 不久， 这种集成触发电路在美国无线电工程师协会公诸于世， 被人称为硅晶体管后的 “最重要的开发成果” 。

几乎与此同时， 仙童公司的诺伊斯等人也在从事集成电路的研究。 他们曾在肖克利手下参与半导 体的研究， 后来雄心勃勃地创建了仙童半导体公司， 以大展宏图。 正当他们信心 百倍地逐鹿集成电路时，基尔比已捷足先登。 但诺伊斯并未灰心丧气。 经过仔细 分析， 他发现基尔比的设计与自己迥然不同， 基尔比的集成电路的缺点在于元器 件的连线采用的是热焊合金丝， 并非与元件一道加工的。 诺伊斯则设想把连线也 变成集成电路制造过程的一部分。 他和同事们经过探索， 改进了 晶体管制造的平 面工艺， 巧妙地在硅片上的二氧化硅层被刻蚀的窗口中扩散一定的材料， 形成各 种元器件， 并利用 PN 结使元器件相互隔离， 又在晶片表面上沉积金属作为连线。

诺伊斯等人的设计获得了成功， 于 1959 年 7 月申请了专利。 后来， 得克萨斯 公司和仙童公司为集成电路的发明权发生过争执。 但人们公认， 基尔比和诺伊斯 对集成电路的发展都做出了 重大贡献。集成电路的诞生， 标志着电子技术进入了 微电子技术的新阶段。1960 年，得克萨斯仪器公司和仙童公司等都研制出电阻 —晶体管逻辑电路。这是一种数字集成电路系列产品。 1962 年， 西格尼蒂克斯 公司发明了性能更佳的二极管——晶体管逻辑电路， 摩托罗拉公司开发出高速双 极逻辑电路——发射极耦合电路。 1963 年， 塞尔凡尼亚公司研制成更为先进的 晶体管—晶体管逻辑电路。 这种双极电路后来取得很大进展。

1962 年， 美国无线电公司的霍夫斯坦和海曼研制出金属氧化物半导体场效 应管。 它的集成度高， 功耗低， 可靠性好， 工艺简单， 但存在工作速度较慢、 要 求不同工作电压、 易氧化等缺点。 60 年代后期。 制造 MOS 电路的技术更加成 熟， 一些障碍被突破， MOS 电路才获得巨大发展。 1967 年，仙童公司生产出世 界上第一个只读存贮器。 它是一个 64 位 MOS 器件。 1969 年， 美国的英特尔 公司制成了 4 位的 4004 微处理机， 采用了 P 沟道 MOS 工艺。 1972 年， 该 公司开发了计算机上使用的 MOS 结构 1024 位动态随机存贮器。 1975 年， 他 们又推出了 4096 位动态随机存贮器。 这时， 使用几片集成电路片子已能组装成 一台微型计算机。

集成电路自问世以来， 发展异常迅猛。 60 年代初期， 生产的是在一块芯片 上包含几十个晶体管的小规模集成电路。 60 年代中期发展到几百甚至上千个元 器件的中规模集成电路。 同时， 微电子学也成为一门独立的学科。 进入 70 年代，集成电路技术发展更快， 形成了 1000 个以上晶体管的大规模集成电路， 后期甚 至出现了 20 多万个晶体管的芯片， 进入了超大规模集成电路的时代。 而且集成 的对象也发生了 根本变化， 有复杂的功能部件， 也有成台整机 （单片计算机） 。 80 年代， 集成电路又有长足发展， 芯片上的集成元器件最多已达几百万个。 预 计 90 年代集成度将达到上千万， 本世纪末可达数十亿。 集成电路的这种发展速 度是无与伦比的。 在集成度不断提高的同时， 集成电路的功能也不断完善， 形成了数字集成电 路、 模拟集成电路和接口集成电路等几大类。

接口集成电路出现于 70 年代。它 可以在各种不同的电子系统之间起到连接和匹配作用。 集成电路的迅猛发展， 与大规模集成技术密不可分。 这一技术包括电路设备 分析技术和手段、微细加工技术、 半导体材料提纯和加工技术、 检测技术、 超纯 和超净技术 5 个方面。 用电子束制作集成电路光刻工序中使用的掩膜， 取代了 庞大昂贵的红宝石刻蚀设备， 使集成电路生产过程发生了根本性变化。 离子注入 技术的出现， 则使半导体掺杂方法得到重大改进。 超纯、 超净技术大大提高了半 导体器件的质量。 到 80 年代初， 超纯硅的纯度已达 12 个 9。此外， 在电路设 计中引进了 计算机辅助设计， 检测技术实现了高精度化、 自动化和计算机化。80 年代末， 工业发达国家在超精细加工技术方面已大量采用了 1 微米技术， 代表 品种是 1兆位动态存贮器。

采用 0. 8 微米技术的 4 兆位动态存贮器也已投入生产。 90 年代， 超精细加工技术将从亚微米（0. 5 —1） 微米） 向深亚微米 （0. 1—0. 5 微米） 发展。 1990 年 6 月，日本宣布研制出 0. 3 微米技术的 64 兆位动态存贮 器原型样品。估计到 2000 年 256 兆位动态存贮器将投入生产。 微电子技术作为新技术革命的前导技术， 在各高新技术领域中大显神通， 以 其无以匹敌的巨大威力， 带动了计算机技术、 通信技术、 生物技术、 空间技术等 的飞速进展。 由于中央处理器的集成化， 微型计算机在 70—80 年代迅速普及， 并进入了办公室和家庭。 微电子技术对人类社会发展的影响是难以估量的。 目前， 微电子技术发展方兴未艾。 各国政府对它极为重视。 70 年代， 在日 本政府扶植和资助下， 日本 5 家公司组成 “超大规模集成电路技术研究组合” ， 通过共同研究取得很大成功。 美国半导体制造技术联合体， 进行了 1987—1993 年的合作研究。 西欧实施了欧洲联合亚微米硅计划， 时间从 1989年到 1996 年。

中国引进的 3 微米技术生产线已于 1990 年投产， “1 微米兆位计划” 已列为 国家重点发展项目。 新技术革命又称现代技术革命， 也有人将它称为继蒸汽机、 电力之后的第三 次技术革命。 它产生于本世纪 40 年代中期， 伴随着当代科学技术的形成而发展 起来， 扩展到科学技术的各个领域。 它首先在西方发达资本主义国家兴起， 逐步 向其他国家和地区辐射，直至席卷全球。 以微电子技术为基础的信息技术是新技 术革命的主导技术和主要标志。 它开辟了人类历史上的新时代——信息时代。

【参考文献】 ： 1、《世界全史》 第 097 卷 世界当代科学技术史 出版社: 光明日报出版社

2、《科学技术史》 李思孟 华中科技大学出版社 (2000-11 出版)

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