关键字：微电子技术；发展限制因素；发展前景分析
前言：电子产品微型化是目前电子产品的主要发展方向，微电子技术的发展不仅可以为人们的生活带来更多便利，还可以推动航空技术、通信技术等向更高水平发展。微电子技术主要包括微电子材料制造、集成电路芯片制造、薄膜工艺、微电子封装技术等。目前微电子技术水平已经成为衡量国家科技水平的重要指标，因此，对微电子技术发展的限制因素和发展前景进行分析十分必要。
一、微电子技术的发展限制因素
（一）物理规律的客观限制
集成电路芯片制造技术是微电子技术的核心，在微电子技术的发展过程中，不断突破单个芯片元件集成数量的极限，单个芯片上已经可以集成5亿个元件，远远超过了特大集成规模。从物理规律来看，微电子技术的发展面临着客观限制。硅基CMOS是微电子技术发展的基础，通过对器件尺寸进行压缩，提高IC性能。但器件尺寸的缩小存在限制，随着器件尺寸的缩小，器件氧化层厚度、沟道长度等一再被压缩，“穿通效应”等的克服难度越来越大。比如量子隧道穿透效应的增加会增加器件静态耗功，达到占总耗功的比例上限时，就到达了晶体管缩小的极限。目前科技水平还无法解决这些违反客观物理规律的限制问题[1]。
（二）材料和工艺方面的技术限制
在微电子制造材料方面，主要以单晶硅、多晶硅为主，材料性质参数主要包括介电常数、载流子饱和速度、迁移率和击穿场强等。材料自身性质的限制使微电子IC高度集成存在限制，制约着微电子技术的发展。在制造工艺方面，目前工艺技术主要包括微细线条加工工艺、离子注入控制工艺、薄膜淀积控制工艺等。比如在微电子制造工艺中占据核心地位的光刻工艺，由于光刻设备分辨率和焦深的限制，使微电子小型化发展受到限制。
（三）半导体器件以及电路系统等方面的限制
半导体器件的限制主要来源于超薄栅氧化层、沟道杂质涨落、硅片的强电场效应、以及半导体期间模拟等方面。在计算机辅助下进行仿真设计，要综合考虑工艺、器件、电路等各个部分的问题，需要弄清楚基本物理概念模型。现阶段微电子技术的发展离不开计算机软件技术的支持，同时也会受到此方面的限制。在电路系统方面，微电子技术发展主要面临三方面问题，一是互连引线的问题，随着器件尺寸缩小，互连引线延迟时间明显增加。二是电路可靠性问题，涉及到物理学、热学和制造工艺等各个方面的问题。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆三是电路的散热问题，在封装技术限制下，高集成度电路散热困难，容易导致电路故障[2]。
二、微电子技术的发展前景分析
（一）生物芯片技术的发展与应用
基于上述主要限制问题，微电子技术的发展通过与其他学科技术的结合，使部分问题得到解决，成为未来微电子技术发展的主要方向。其中，生物芯片技术是微电子技术结合生物技术的产物。关于此方面的研究可以追溯到上世纪90年代内锅研制的脱氧核糖核酸基因芯片，该芯片于计算机芯片类似，能够在几秒钟时间内进行数千次生物反应，包括基因解码等。在后续研究中发现，利用有机高分子导电材料制造生物芯片，发展生物计算机，可以使其容量达到电子计算机的10亿倍。目前该技术研究在农业、工业等方面拥有良好的发展前景和广泛的应用空间。
（二）塑料半导体技术的发展与应用
塑料半导体技术是有机化学与半导体结合的产物，代表着有机化学与半导体制造技术的发展水平，目前已经形成塑料半导体技术分支。该技术制造的塑料半导体不同于传统硅半导体晶体管，是一种全新的塑料晶体管，被称为有机薄膜晶体管。塑料半导体技术的发展开辟了晶体管制作的新途径，可以采用橡皮图章式印刷技术或精密喷墨技术，在几分钟内完成塑料半导体晶体管的制作。而且该半导体晶体管拥有广泛的应用空间，目前已经在手机、平板电脑、电子书数字纸张驱动装置等产品中得到应用，也具有良好的发展前景。
（三）纳米技术的发展与应用
微电子技术的IC线宽不断缩小，纳米技术的应用，可以克服半导体工艺技术面临的困难。纳米技术为微电子技术的发展提供了有利支持，相关研究者首先从材料着手，寻找能够代替Si的半导体制造材料，解决IC缩小的技术问题。IBM公司率先找到一种单层碳纳米管（SWNT），并将其应用到电子学中，采用碳纳米管制造晶体管，取得了成功，推动半导体技术发展进入了一个新的阶段。随后，碳纳米管在微电子组件、通信设备、显示器以及电源设备等方面都得到广泛应用。IBM公司又研发出基于碳纳米管的电压反相器，开辟了分子内逻辑电路制造的先河。新的纳米管电路拥有更强的输出信号，对信号增益效果更佳明显。将碳纳米管的作用放大到Si晶体管的水平，可以实现Si晶体管的功能。目前纳米技术已经在微电子产品制造中够得到广泛应用，是微电子技术发展的重要推动力。
结束语：综上所述，微电子产业作为现代电子产业的核心领域，其技术水平的提高影响重大。对微电子技术的发展限制因素进行分析，可以找到微电子技术的未来发展方向，针对各项限制因素，引进其他学科领域的技术手段，提高微电子制造水平。生物技术、纳米技术等与微电子技术的结合，可以帮助微电子技术再次突破技术限制，获得更好、更快的发展。目前微电子技术拥有良好的发展前景。
参考文献：
[1]李彦林. 微电子技术的发展与应用研究[J]. 电子制作,2015,(20):36.
[2]金撼尘. 微电子技术发展的新领域[J]. 电子世界,2014,(09):5-6.
论文作者:吴若诚
论文发表刊物:《科技中国》2018年5期
论文发表时间:2018/8/10
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