半導(dǎo)體技術(shù)發(fā)展過(guò)程中的基本分析

　　隨著科技的不斷創(chuàng)新和發(fā)展, 半導(dǎo)體技術(shù)也取得了顯著的發(fā)展成果, 特別是半導(dǎo)體晶體管得到了非常廣泛的運(yùn)用, 已經(jīng)有越來(lái)越多的人們投入到了半導(dǎo)體技術(shù)相關(guān)的工作中。自從半導(dǎo)體技術(shù)的出現(xiàn)到現(xiàn)在, 它已經(jīng)逐漸滲透到人們?nèi)粘５纳a(chǎn)、生活各個(gè)方面。伴隨著半導(dǎo)體技術(shù)的開發(fā)和發(fā)展, 人們必將受益。在此主要探討了半導(dǎo)體技術(shù)的概念和開發(fā)發(fā)展過(guò)程, 以及我國(guó)目前半導(dǎo)體的發(fā)展現(xiàn)狀和未來(lái)的發(fā)展趨勢(shì)。

　　《半導(dǎo)體技術(shù)》以嚴(yán)謹(jǐn)風(fēng)格，權(quán)威著述，在業(yè)內(nèi)深孚眾望，享譽(yù)中外，對(duì)我國(guó)半導(dǎo)體事業(yè)的發(fā)展發(fā)揮了積極的作用。"向讀者提供更好資訊，為客戶開拓更大市場(chǎng)，提供技術(shù)成果展示、轉(zhuǎn)化和技術(shù)交流的平臺(tái)，達(dá)到了促進(jìn)我國(guó)半導(dǎo)體技術(shù)不斷發(fā)展的目的"是《半導(dǎo)體技術(shù)》的追求，本刊一如既往地堅(jiān)持客戶至上，服務(wù)第一，竭誠(chéng)向讀者提供多元化的信息。

　　在硅技術(shù)領(lǐng)域, 對(duì)于芯片的尺寸正在逐漸的變小, 晶圓的尺寸在不斷的增大, 這兩種需求正在積極的推動(dòng)著半導(dǎo)體技術(shù)快速的向前發(fā)展。隨著半導(dǎo)體技術(shù)的發(fā)展, 特別是在高速計(jì)算、通訊、可再生清潔能源、電子對(duì)抗以及智能化等這些對(duì)國(guó)家安全以及提高國(guó)民經(jīng)濟(jì)方面的領(lǐng)域起到了巨大的推動(dòng)作用, 受到了人們的普遍重視和歡迎。

　　1半導(dǎo)體以及半導(dǎo)體技術(shù)的含義

　　一般情況下絕緣體指的是一些導(dǎo)電性和導(dǎo)熱性都比較差的材料, 比如金剛石、陶瓷、玻璃、人工晶體等等, 而諸如一些金屬材料比如鐵、銅、金、銀等都是導(dǎo)熱性、導(dǎo)電性比較好的材料稱之為導(dǎo)體。而半導(dǎo)體的定義就是介于兩者之間的, 其發(fā)現(xiàn)的時(shí)間也比較晚, 大約在20世紀(jì)30年代才被學(xué)術(shù)界真正的認(rèn)可半導(dǎo)體的存在。半導(dǎo)體的應(yīng)用在我們?nèi)粘Ｉ钪蟹浅V泛, 比如常見的電視、收音機(jī)等設(shè)備, 其內(nèi)部的很多二極管都是采用半導(dǎo)體制成。半導(dǎo)體的價(jià)值非常可觀, 目前我們常用的手機(jī)、計(jì)算機(jī)等電子產(chǎn)品的核心部分都是半導(dǎo)體, 因?yàn)楹芏嘟M件和集成電路的相關(guān)技術(shù)都是建立在半導(dǎo)體材料的基礎(chǔ)之上完成的[1]。

　　2半導(dǎo)體技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀

　　在20世紀(jì)初期, 雖然人們對(duì)于半導(dǎo)體的認(rèn)知還不是很豐富, 但是對(duì)于半導(dǎo)體材料的研究已經(jīng)逐漸嶄露頭角。在20世紀(jì)20年代, 隨著量子力學(xué)以及固體物理的發(fā)展, 對(duì)于半導(dǎo)體材料的電子運(yùn)輸狀態(tài)以及電子態(tài)都有了非常深入的研究和發(fā)展, 對(duì)于半導(dǎo)體材料的雜質(zhì)、結(jié)構(gòu)的性能以及缺陷等問(wèn)題都有了充足的認(rèn)知, 人們開始逐漸的轉(zhuǎn)入半導(dǎo)體晶體材料的純度以及完整性方面的研究。到了50年代, 為了提高晶體管的穩(wěn)定性, 更好的完善晶體管的自身特性, 半導(dǎo)體材料的制備技術(shù)取得了飛速的發(fā)展。隨著化學(xué)束外延、金屬有機(jī)氣相外延等一些列先進(jìn)外延生長(zhǎng)技術(shù)的發(fā)展, 已經(jīng)成功的出現(xiàn)了一些列非晶態(tài)薄層、超薄層等的材料, 這大大的推動(dòng)了半導(dǎo)體器件和物理設(shè)計(jì)和制造, 為后期的量子效應(yīng)時(shí)代的發(fā)展打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

　　半導(dǎo)體技術(shù)在我國(guó)的發(fā)展還是處在一個(gè)初級(jí)的起步階段, 而且各個(gè)方面的配套技術(shù)還有待提高, 缺乏平衡。比如在設(shè)計(jì)方面以及制造方面已經(jīng)取得了飛速的發(fā)展, 但是在封裝和測(cè)試的方面還有很多的短板之處。而且, 我國(guó)目前很多的企業(yè)存在設(shè)計(jì)規(guī)模較小、產(chǎn)值低下, 對(duì)于半導(dǎo)體技術(shù)的研發(fā)能力也比較差, 在自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)方面還比較匱乏, 市場(chǎng)化的管理以及政策的相關(guān)配套等方面都有很多的不足[2]。相對(duì)于歐美等國(guó)家來(lái)說(shuō), 我國(guó)的半導(dǎo)體事業(yè)發(fā)展存在較大差距。由于經(jīng)濟(jì)和技術(shù)等各個(gè)方面的積累不是很充分, 在一些利潤(rùn)最高、規(guī)模最大的市場(chǎng)上, 比如FPGA、CPU等領(lǐng)域我國(guó)的公司還是有很長(zhǎng)的一段路要走, 幾乎處于一種別人吃肉我喝湯的狀態(tài)。目前, 一些發(fā)達(dá)國(guó)家的半導(dǎo)體發(fā)展的趨勢(shì)就是逐漸的將芯片的生產(chǎn)和制造轉(zhuǎn)移到東南亞一些地區(qū), 而在自己國(guó)家就只是負(fù)責(zé)設(shè)計(jì)方面的環(huán)節(jié)。這種根據(jù)市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)的利益來(lái)決定半導(dǎo)體的發(fā)展產(chǎn)業(yè)對(duì)我國(guó)的半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)發(fā)展有著積極的推動(dòng)作用。

　　3半導(dǎo)體技術(shù)的開發(fā)和發(fā)展趨勢(shì)

　　微電子技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)主要體現(xiàn)在以下三個(gè)方面:首先就是不斷增長(zhǎng)高密度嵌入的設(shè)計(jì)水平;然后就是不斷的擴(kuò)展跨學(xué)科的橫向應(yīng)用方面;最后就是不斷的尋求突破。經(jīng)過(guò)大量的研究發(fā)現(xiàn), 微電子技術(shù)的后期發(fā)展還是要以硅作為主流趨勢(shì), 由于微電子技術(shù)和其他一些學(xué)科的融合, 這肯定會(huì)帶來(lái)更加客觀的經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)點(diǎn)以及新的技術(shù)突破。

　　3.1高密度的嵌入設(shè)計(jì)階段

　　微電子技術(shù)的發(fā)展的目標(biāo)就是在盡可能的小的空間內(nèi), 集成盡可能大的規(guī)模功能, 這間接的帶動(dòng)了一系列產(chǎn)業(yè)的進(jìn)步, 包括設(shè)計(jì)、測(cè)試以及封裝等各個(gè)環(huán)節(jié), 促進(jìn)了材料、設(shè)備甚至是廠區(qū)的變遷。在這個(gè)過(guò)程中, IC的出現(xiàn)是一個(gè)非常重要的里程碑環(huán)節(jié), 推動(dòng)了晶體管物理到邏輯綜合以及電路模擬等方面的進(jìn)步, 而且已經(jīng)逐漸的過(guò)渡到了IS新的發(fā)展階段[3]。這就實(shí)現(xiàn)了把整個(gè)電子系統(tǒng)集成到了一個(gè)芯片上, 把IC的單純硬件設(shè)計(jì)也提高了一個(gè)檔次, 提升到電子系統(tǒng)硬件和軟件合理分配的階段, 這說(shuō)明IS是微電子技術(shù)下一個(gè)重要的發(fā)展階段。IS在某種程度上來(lái)說(shuō)是控制系統(tǒng)的一個(gè)組成部分, 也可以作為一個(gè)獨(dú)立的復(fù)雜系統(tǒng), 這跟ASIC芯片是不一樣的。而且IS還有一定的存儲(chǔ)編程能力, 這極大的擴(kuò)大了IS芯片的應(yīng)用領(lǐng)域。但是由于IS涉及到了很多的軟硬件系統(tǒng)的集成, 而且是多個(gè)層次的基礎(chǔ), 因此導(dǎo)致了其設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)具有了更多的復(fù)雜性, 同時(shí)還要面對(duì)深亞微米寄生效應(yīng)的問(wèn)題, 這都給IS的生產(chǎn)制造帶來(lái)非常大的麻煩。在物理層面上來(lái)說(shuō)由于存在深亞微米、百萬(wàn)門級(jí)集成等問(wèn)題導(dǎo)致了IS的設(shè)計(jì)非常困難, 主要是因?yàn)樵骷拖嗷ミB接的部分沒(méi)有按照比例進(jìn)行縮小。器件縮小, 但是導(dǎo)致了驅(qū)動(dòng)的能力減弱了, 受到噪音的影響變得非常敏感, 但是互聯(lián)的縮小不能等同于電阻的增大, 而且隨著互連層數(shù)的增加, 層間的介質(zhì)就會(huì)出現(xiàn)變薄的問(wèn)題, 這都極大的增加了訊號(hào)的耦合問(wèn)題[4]。基于此, IS的未來(lái)設(shè)計(jì)目標(biāo)就是逐漸的從以往的注重版圖最小化和邏輯設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)向以互連為中心, 支持布線的評(píng)估、規(guī)劃以及綜合驗(yàn)證方面來(lái)。另外, 還應(yīng)該提高測(cè)試的精度, 在IS的設(shè)計(jì)中充分考慮封裝的影響問(wèn)題。

　　3.2跨學(xué)科的橫向發(fā)展運(yùn)用階段

　　任何技術(shù)的發(fā)展都離不開經(jīng)濟(jì)的大力支持, 半導(dǎo)體技術(shù)的飛速發(fā)展帶動(dòng)了高密度嵌入電子系統(tǒng)技術(shù)的發(fā)展, 而且還橫向的擴(kuò)展到了光學(xué)、機(jī)械、生物以及化學(xué)等相關(guān)領(lǐng)域, 這也促進(jìn)了很多交叉學(xué)科比如機(jī)械學(xué)、微電子、微光電子學(xué)等的發(fā)展, 也由此引發(fā)了很多新興行業(yè)的興起和發(fā)展。微電子技術(shù)的橫向發(fā)展應(yīng)用主要是有兩個(gè)主要方向:利用微細(xì)加工的手段形成單純的創(chuàng)新裝置或者逐漸的嵌入微電子控制電路形成一種新型的智能微裝置。利用微細(xì)加工等一系列手段形成創(chuàng)新型的微裝置。比如“芯片分析儀”這種微裝置就是硅片或者其他的一些襯底上的利用光刻的辦法形成曲線型的溝槽。然后在溝槽中進(jìn)行液體的分析, 在電磁場(chǎng)的作用下產(chǎn)生電動(dòng)效應(yīng)可以讓液體以1ml/s的速度來(lái)抽送, 以便于其測(cè)量熒光譜。還有類似的比如“DNA芯片”, 用光刻的方式在襯底上制作互補(bǔ)DNA的陣列, 然后用兩種不同的顏色分布標(biāo)記探針使之雜交, 然后可以根據(jù)每一段的基因片段強(qiáng)度檢測(cè)出基因在細(xì)胞中的活性等功能。利用精細(xì)加工等新型手段形成嵌入的微電子控制的微智能裝置。比如MEMS系統(tǒng)就是一個(gè)非常明顯的例子, 可以利用光刻刻蝕的方法形成馬達(dá)、微型齒輪、閥門等一些微機(jī)械以及微電子控制系統(tǒng)等, 這些都是涉及到一些新的材料、電子控制、機(jī)械制造、機(jī)器人等多門學(xué)科的集成。在初期階段, MEMS主要是用在汽車的加速表方面, 后期就逐漸的運(yùn)用到各個(gè)方面, 小到一些昆蟲機(jī)器人再到大型的一些微型衛(wèi)星等。該類智能微裝置最終將成為引起一種新的產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域和技術(shù)的誕生[5]。

　　3.3突破極限的開發(fā)發(fā)展階段

　　由于半導(dǎo)體技術(shù)給社會(huì)帶來(lái)的巨大效益, 因此吸引了大量的企業(yè)家和科學(xué)家投入到半導(dǎo)體技術(shù)的開發(fā)和研究, 相繼投入了巨資進(jìn)行研究, 這也是逼近于極限的研究氛圍。主要是研究一些目前來(lái)說(shuō)尚且不夠明朗的光刻技術(shù)、或者是前期遇到有嚴(yán)重困難的工藝集成技術(shù)以及封裝技術(shù), 以及GHZ信號(hào)的傳輸互連技術(shù)等等。在繼續(xù)發(fā)展的半導(dǎo)體技術(shù)深挖研究中能夠發(fā)現(xiàn), 后期的發(fā)展主要可以歸納為三個(gè)方向:

　　(1) 進(jìn)一步的將尺寸縮小, 降低電壓電壓, 在體硅器件結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上不斷的開發(fā)具有低電壓、低寄生電容等優(yōu)點(diǎn)的結(jié)構(gòu)。在碰到體硅器件頻率、速度等受到限制的時(shí)候, 人們不但能夠保持硅技術(shù)的長(zhǎng)處, 還能夠提高器件的自身性能以及其他硅基半導(dǎo)體器件。

　　(2) 在追求硅技術(shù)高密度集成和橫向發(fā)展運(yùn)用的階段, 人們同時(shí)又開展了關(guān)于材料、系統(tǒng)、器件等各個(gè)層次的技術(shù)研究, 開展了半導(dǎo)體機(jī)、光、電、熱磁效應(yīng)等相互之間的耦合、調(diào)制等方面的研究, 目的就是為了能夠誕生新的系統(tǒng)和元器件, 因此有可能產(chǎn)生一種新型的復(fù)合功能電子學(xué)科。

　　(3) 在元器件逐漸的縮小到一定程度時(shí), 人們還在逐漸的研究極力抑制, 而不是一味的利用小尺寸器件設(shè)計(jì)熱電子、摻雜漲落等環(huán)節(jié), 而是逐漸的突破半導(dǎo)體技術(shù)的理論, 探索新的制造技術(shù), 把“微米科技”不斷的推向“納米科技”, 爭(zhēng)取在生物器件、量子器件等領(lǐng)域進(jìn)行一個(gè)非常大的突破。

　　綜上所述, 隨著半導(dǎo)體技術(shù)的不斷創(chuàng)新和發(fā)展, 特別是微細(xì)加工技術(shù)的深入發(fā)展, 半導(dǎo)體器件的尺寸正在逐漸的接近于量子尺寸。當(dāng)器件尺寸達(dá)到了量子尺寸時(shí)那么建筑在粒子性物理上的半導(dǎo)體電子學(xué)也會(huì)逐漸的被波形半導(dǎo)體量子學(xué)而取代。半導(dǎo)體技術(shù)的自身發(fā)展趨勢(shì)和關(guān)聯(lián)技術(shù)的成熟發(fā)展是半導(dǎo)體技術(shù)的快速發(fā)展的推動(dòng)力。另外, 先進(jìn)的科學(xué)技術(shù)以及一些現(xiàn)實(shí)的高要求無(wú)疑成為了半導(dǎo)體技術(shù)發(fā)展的巨大牽引力。這些巨大的推動(dòng)力和牽引力都對(duì)半導(dǎo)體技術(shù)特別是微電子學(xué)、光電子學(xué)等的發(fā)展起到了非常積極的作用。

　　參考文獻(xiàn)

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　　[3]林杞澤, 陳松.三星電子公司半導(dǎo)體技術(shù)發(fā)展過(guò)程[J].中國(guó)科技論壇, 1999 (01) :58-61.

　　[4]金圣東.半導(dǎo)體技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)和研究重點(diǎn)[J].半導(dǎo)體情報(bào), 1993 (01) :14-19.

　　[5]王峰瀛.泛半導(dǎo)體技術(shù)的發(fā)展[J].電子技術(shù)與軟件工程, 2018 (01) :85.