第1个回答 2013-12-06
电子技术是信息社会的基石。实现信息化的网络及其关键部件不管是各种计算机还是通讯电子装备，它们的基础都是集成电路。尽管电子学在化合物半导体和其它新材料方面的研究及在某些领域的应用取得了很大进展，但还远不具备替代硅基工艺的条件。硅集成电路技术发展至今，全世界数以万亿美元计的设备和科技投入，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。微电子也就是集成电路，它是电子信息科学与技术的一门前沿学科。把微电子说得更通俗一点，它不过就是电子的一种实现方式，即用半导体的方法让电子设备“微小”。不过，微电子不微，微电子技术涉及的面非常广泛，从半导体材料，半导体工艺，到半导体器件，单元电路，乃至于各种类型集成电路的设计和制造，都是微电子学科覆盖的范围。中国科学院王阳元院士曾经这样评价：微电子是最能体现知识经济特征的典型产品之一。在世界上，美国把微电子视为他们的战略性产业，日本则把它摆到了“电子立国”的高度。可以毫不夸张地说，微电子技术是当今信息社会和时代的核心竞争力。随着集成电路技术的发展，使整机、电路与元件、器件之间的明确界限被突跛。器件问题、电路问题和整机系统问题已经结合在一起，体现在一小块硅片上，这就形成了固体物理、硅器件工艺与电子学三者交叉的新技术学科——微电子学。随着集成电路技术的广泛渗透和延拓，它将是一个更为广泛的边缘性学科。 微电子学和微电子技术一般地指以集成电路技术为代表，制造和使用微小型电子元件、器件和电路，实现电子系统功能的新型技术学科，它也特指大规模集成电路的制造和运用技术。微电子技术与传统电子技术相比，其主要特征是器件和电路的微小型化。它把电路系统的设计和制造工艺紧密结合起来，适于进行大规模的批量生产，因而成本低和可靠性高。在21世纪，微电子技术是改变生产和 生活面貌的先导技术。例如，采用微电子技术制成的集成电路芯片（微芯片）已发展到进入GSI时代；微芯片上的器件密度已达到人脑中神经元密度水平。这样水平的微芯片将促使计算机及通信产业更新换代，大大改变人们生产、生活的面貌。科学家们已在讨论把微芯片记忆线路植入人的大脑以治疗老年性痴呆症，或增加人的记忆能力的可能性。而用微芯片制作的手提式超级计算机、电子笔记本、微型翻译机和便携式电话等已陆续出现。 微电子技术是现代电子信息技术的直接基础。美国贝尔研究所的三位科学家因研制成功第一个结晶体三极管，获得1956年诺贝尔物理学奖。晶体管成为集成电路技术发展的基础，现代微电子技术就是建立在以集成电路为核心的各种半导体器件基础上的高新电子技术。集成电路的生产始于1959年，其特点是体积小、重量轻、可靠性高、工作速度快。衡量微电子技术进步的标志要在三个方面：一是缩小芯片中器件结构的尺寸，即缩小加工线条的宽度；二是增加芯片中所包含的元器件的数量，即扩大集成规模；三是开拓有针对性的设计应用。大规模集成电路指每一单晶硅片上可以集成制作一千个以上的元器件。集成度在一万至十万以上元器件的为超大规模集成电路。国际上80年代大规模和超大规模集成电路光刻标准线条宽度为0．7一0．8微米，集成度为108 。90年代的标准线条宽度为0．3一0．5微米，集成度为109。集成电路有专用电路(如钟表、照相机、洗衣机等电路)和通用电路。通用电路中最典型的是存贮器和处理器，应用极为广泛。计算机的换代就取决于这两项集成电路的集成规模。存贮器是具有信息存贮能力的器件。随着集成电路的发展，半导体存贮器已大范围地取代过去使用的磁性存贮器，成为计算机进行数字运算和信息处理过程中的信息存贮器件。存贮器的大小(或称容量)常以字节为单位，字节则以大写字母B表示，存贮器芯片的集成度已以百万位(MB)为单位。目前，实验室已做出8MB的动态存贮器芯片。一个汉字占用2个字节，也就是说，400万汉字可以放入指甲大小的一块硅片上。动态存贮器的集成度以每3年翻两番的速度发展。中央处理器(CPU)是集成电路技术的另一重要方面，其主要功能是执行“指令”进行运算或数据处理。现代计算机的CPU通常由数十万到数百万晶体管组成。70年代，随着微电子技术的发展，促使一个完整的CFU可以制作在一块指甲大小的硅片上。度量CPU性能最重要的指标是“速度”，即看它每秒钟能执行多少条指令。60年代初，最快的CPU每秒能执行100万条指令（常缩写成MIPS)。1991年，高档微处理器的速度已达5000万一 8000万次。现在继续提高CPU速度的精简指令系统技术(即将复杂指令精减、减少)以及并行运算技术(同时并行地执行若干指令)正在发展中。在这个领域，美国硅谷的英特尔公司一直处于领先地位。此外，光学与电子学的结合，成为光电子技术，被称为尖端中的尖端，为微电子技术的进一步发展找到了新的出路。美国《时代》杂志预测：“21世纪将成为光电子时代。”其主要领有激光技术、红外技术、光纤通信技术等。 微电子技术当前发展的一个鲜明特点就是：系统级芯片（System On Chip，简称SOC）概念的出现。在集成电路（IC）发展初期，电路都从器件的物理版图设计入手，后来出现了IC单元库，使用IC设计从器件级进入到逻辑级，这样的设计思路使大批电路和逻辑设计师可以直接参与IC设计，极大的推动了IC产业的发展。由于IC设计与工艺技术水平不断提高，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。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IC芯片上的系统级芯片的概念。其进一步发展，可以将各种物理的、化学的和生物的敏感器(执行信息获取功能)和执行器与信息处理系统集成在一起，从而完成从信息获取、处理、存储、传输到执行的系统功能，这是一个更广义上的系统集成芯片。很多研究表明，与由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。微电子技术从IC向SOC转变不仅是一种概念上的突破，同时也是信息技术发展的必然结果。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。微电子技术的另一个显著特点就是其强大的生命力，它源于可以低成本、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。这种技术一旦与其他学科相结合，便会诞生出一系列崭新的学科和重大的经济增长点。作为与微电子技术成功结合的典型例子便是MEMS（微电子机械系统或称微机电系统）技术和生物芯片等。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。可以认为微电子技术的迅猛发展必将带来又一次革命性变革。相应的微电子产品将如同细胞组成人体一样，成为现代工农业、国防装备和家庭耐用消费品的细胞，改变着社会的生产方式和人们的生活方式。微电子技术不仅成为现代产业和科学技术的基础，而且正在创造着代表信息时代的硅文化。因此有科学家认为人类继石器、青铜器、铁器时代之后正进入硅石时代。