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關鍵詞：微電子；靜電防護；ESD

引言

為了防護微電子器件，電路設計者對電子器件進行靜電防護。電路保護的設計要考慮很多的因素，要不斷進行試驗。其中ESD是對微電子器件一個較大的威脅。ESD嚴重影響著微電子器件的質(zhì)量，威脅著器件的整體工作。ESD對微電子器件制造業(yè)是一個巨大的威脅。解決ESD問題，是當前微電子生產(chǎn)的一個重要課題。ESD問題的解決，對整個行業(yè)的發(fā)展有重要的影響。

1 ESD分析

由于電荷的積累，物體表面帶上靜電，電荷發(fā)生移動，就是發(fā)生了ESD。ESD包括四個階段。第一階段，電荷的產(chǎn)生。電荷的產(chǎn)生是由于摩擦、感應的現(xiàn)象。兩種不同的材料接觸或摩擦，電荷通過絕緣體傳播，而導體間電荷的轉(zhuǎn)移是由于兩個物體的電勢不同造成的。第二階段，電荷的轉(zhuǎn)移。電荷發(fā)生轉(zhuǎn)移是由于兩個物體的電勢不同，當兩個物體的電勢平衡，電荷的轉(zhuǎn)移也就停止了。第三階段，器件響應。電荷發(fā)生轉(zhuǎn)移時，器件的感應?，F(xiàn)階段，要解決電荷重新分布的問題。第四階段，u估。對器件的效果進行評估。判斷期間失效與否，如失效，確認失效原因及失效屬性。

2 微電子器件在生產(chǎn)中的靜電

對微電子器件生產(chǎn)中靜電的研究中，最重要的現(xiàn)象是靜電破壞。對器件的靜電釋放，分析如下：

第一種來源是工作人員。微電子器件的生產(chǎn)過程中，一定離不開工作人員的接觸。而器件與人接觸，就一定會產(chǎn)生靜電。一般摩擦產(chǎn)生的靜電，有幾萬伏的靜電勢，這樣微電子器件就很容易被損壞。而微電子器件生產(chǎn)中，大量的靜電無法釋放，微電子器件的安全無法保證，所以，微電子器件的生產(chǎn)過程中一定會有微電子器件被破壞，而工作人員產(chǎn)生的靜電又不太容易避免，一些靜電釋放設備等并不能完全保證靜電的全部釋放。而工作人員在生產(chǎn)過程中一定會有行為動作，這就無法避免的產(chǎn)生靜電，這就使微電子器件的生產(chǎn)有一定的阻礙，也影響IT行業(yè)的發(fā)展[1]。

第二種來源是設備機械。在微電子器件的生產(chǎn)過程中，設備一定會存儲大量的靜電，而這些靜電的釋放，必定會造成大量微電子器件的損壞。且企業(yè)為了增加生產(chǎn)量，在許多的工藝上都采用自動化設備，這些設備的運行更是會產(chǎn)生大量靜電。在微電子器件加工時，靜電就會在各個工藝流程中釋放，大量的微電子器件就會失效[2]。這對微電子器件的生產(chǎn)影響也是較大的，且無法避免。

第三種是其他來源。一些工作服、座椅、包裝材料等是由高分子材料制作的，所以他們都會帶有一定的靜電，有很高的電勢，在微電子生產(chǎn)時它們的釋放，又會損壞一批微電子器件。

3 靜電防護

3.1 改善器件抗靜電能力

第一，靜電防護電路要設置一個低阻通路和高阻通路，在ESD發(fā)生時能輸出電荷，也能進行正常的工作。第二，在輸入端加入一個MOS可以檢測靜電。第三，pn二極管也是防護電路經(jīng)常用到的一個構(gòu)件，對靜電防護也有重要作用。第四，在靜電防護電路中，應加粗金屬線[3]。第五，避免90°以上的彎曲，使電路允許通過的電流更大。第六，金屬環(huán)路盡量的長、遠，減小或避免尖端放電產(chǎn)生的損傷。第七，設計多層布線?，F(xiàn)在仿真模擬設計技術是成功率比較高的靜電防護設計。

3.2 在生產(chǎn)、運輸時采取保護措施

防靜電地線是微電子器件制造廠需要安裝的。地線要與設備儀器都保持連接。防靜電地線要分離使用，不能與其他接地線一起使用。防靜電腕表是操作人員一定要佩戴的，腕表要與皮膚接觸。防靜電地線連接完成后，較高的靜電就難以形成。操作人員最好要穿戴防靜電的工作服。微電子器件生產(chǎn)的廠房內(nèi)，我們應采用不易產(chǎn)生靜電，且靜電較易釋放的材料。此外，環(huán)境的濕度和空氣的離子濃度對靜電的產(chǎn)生也有影響。所以，要減少廠房內(nèi)靜電的產(chǎn)生還要控制廠房內(nèi)的溫度和濕度。在對微電子的測量與使用時，要注意周圍環(huán)境，避免周圍環(huán)境對其的影響，也是避免微電子器件的損傷。在微電子器件的運輸?shù)冗^程中，一定要避免使用泡沫等無法防止靜電產(chǎn)生的方式，為防止器件的損害，要使用正確的防靜電材料。

4 ESD模型

微電子器件生產(chǎn)中，靜電的放電方式有：第一種，微電子器件與帶電的人體接觸；第二種，帶電微電子器件與接地物體的接觸；第三種，微電子器件與帶電的機械設備接觸；第四種，微電子器件周圍靜電場產(chǎn)生的強大電壓[4]。

根據(jù)這四種靜電放電方式，人們提出四種描述模型：第一種，人體模型即HBM，這也是比較廣泛的應用模型。HBM模擬微電子器件與帶電的人體接觸時，靜電放電過程，從而從中尋求解決辦法。第二種，機器模型即MM模型。這種模型是模擬器件生產(chǎn)中，設備放電的情況。第三種，器件帶點模型即CDM模型。CDM與FIM模型的原理類似，其不同之處是電荷的來源。第四種，感應電場模型即FIM.FIM模型中電場感應產(chǎn)生電荷。ESD模型的建立，可以模擬微電子器件生產(chǎn)中靜電的產(chǎn)生、釋放過程、釋放原理，最重要的是尋求解決辦法，得到一個改善措施，從而促進微電子器件生產(chǎn)的效率，使微電子器件在生產(chǎn)中，微電子器件的損害率下降，促進微電子行業(yè)的發(fā)展。

5 靜電防護體系

微電子器件的生產(chǎn)，運輸?shù)冗^程較多，所以受到損害的概率也就比較大，每個環(huán)節(jié)的防護都要完善。任何一個環(huán)節(jié)都有可能導致微電子器件的損壞。除了對工作人員服飾上的防護，生產(chǎn)設備上的防護，生產(chǎn)環(huán)境的設置，還應追求更高層次的防護措施。靜電防護不應只停留在防靜電用品，而應是系統(tǒng)化的管理，這樣的防護措施才是更有效的。靜電防護系統(tǒng)的科學化、標準化、整體化也是靜電防護發(fā)展的要求。

6 結(jié)束語

在微電子器件生產(chǎn)中，為了避免靜電損傷器件，不僅技術需要加強，更應對ESD體系進行完善。建立健全ESD防護標準，加強規(guī)章制度的貫徹力度，對人員的管理也要加強。ESD防護體系是對靜電防護的有效措施。

參考文獻

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[2]羅靜.微電子器件的靜電防護探討[J].通訊世界，2016，6（8）：250.

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關鍵詞:功率半導體器件 混合型器件 IGBT

中圖分類號:TN31 文獻標識碼:A 文章編號:1672-3791(2012)06(a)-0044-01

20世紀80年代以來,微電子技術與電力電子技術在各自發(fā)展的基礎上相結(jié)合而產(chǎn)生了一代高頻化、全控型的電力集成器件,帶來了電力電子技術的新時代,實現(xiàn)了由傳統(tǒng)的電力電子技術向現(xiàn)代電力電子技術的轉(zhuǎn)變。

1 現(xiàn)代電力電子器件

現(xiàn)代電力電子器件是指全控型的電力半導體器件,分為三大類[1]:雙極型器件、單極型器件和混合型器件。

1.1 雙極型器件,是指在器件內(nèi)部電子和空穴兩種載流子都參與導電過程的半導體器件

這類器件具有通態(tài)壓降低、阻斷電壓高和電流容量大的特點。適合中大容量的變流裝置。其中,我們常見的交流裝備有:門極關斷(GTO)晶閘管、電力晶體管(GTR)、靜電感應晶閘管(SITH)。

1.2 單極型器件,是指器件內(nèi)只有一種載流子(多數(shù)載流子)參與導電過程的半導體器件

具有代表性的產(chǎn)品有電力場控晶體管(電力MOSFET)和靜電感應晶體管(SIT)。單極型器件開關的時間較短,一般多在幾十納秒以下,這是因為大部分的載流子導電,無少子存儲效應。

1.3 混合型器件,是指雙極型器件與單極型器件的集成混合

其主導器件為GTR、GTO晶閘管和SCR,將MOSFET用來做控制器件混合集成之后產(chǎn)生的器件。這種器件不僅具有GTR、GTO晶閘管和SCR等雙極型器件電流密度高、導通壓降低的優(yōu)點,又具備MOSFET等單極型器件輸入阻抗高、響應速度快的優(yōu)點。因此,人們開始高度重視這種新型混合器件。IGBT被人們公認為最有發(fā)展?jié)摿Φ膹秃掀骷弧?/p>

2 絕緣柵雙極型晶體管(IGBT)

2.1 IGBT的地位及作用

IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor),中文我們稱之為“絕緣柵雙極晶體管”,是一種復合全控型電壓驅(qū)動式功率半導體器件。它是電力電子技術的核心技術,且是電機控制和功率變換器的首選器件。廣泛用于軌道交通、航空航天等戰(zhàn)略性行業(yè),具有高頻率、高電壓、大電流,易于開關等優(yōu)良性能,被業(yè)界譽為功率變流裝置的“CPU”。

它是電力電子領域非常理想的開關器件,其頻率特性介于MOSFET和功率晶體管之間,可正常工作在幾十Hz的頻率范圍內(nèi),故在較高頻率的大、中頻率應用中占主要地位[2]。

2.2 IGBT的工作原理(如圖1)

IGBT和電力MOSFET有很大的淵源,可以說IGBT是根據(jù)電力MOSFET的原理發(fā)展出來的,在結(jié)構(gòu)上面,兩者有很大的相似之處。但是,IGBT具有很強的電流控制能力。原因歸結(jié)于兩者間結(jié)果的不同之處,即:IGBT多一個P層發(fā)射級。在IGBT導通時,這個p層發(fā)射級可由P+注入?yún)^(qū)向N基區(qū)發(fā)射載流子(空穴),以調(diào)制漂移區(qū)的電導率。

IGBT的開通和關斷是由門極電壓來控制的。門極是以正向柵極電壓時,MOSFET內(nèi)形成溝道并未PNP晶體管提供基極電流,從而使IGBT導通。在門極施以負電壓時,MOSFET內(nèi)的溝道消失,PNP晶體管的基極電流被切斷,IGBT關斷。

3 IGBT的應用領域

IGBT作為電機控制和功率半導體器件首選器件,在軌道交通、航空航天、船舶驅(qū)動、新能源電動汽車、風力發(fā)電、太陽能發(fā)電、高壓變頻、工業(yè)傳動及電力傳輸?shù)榷鄠€重要行業(yè)和領域廣泛運用。目前,在軌道交通高速動車組、大功率電力機車、城軌車輛幾乎普遍采用IGBT;在節(jié)能環(huán)保領域,IGBT成為節(jié)能設備最核心的部件;在電力傳輸領域,IGBT在柔性輸電等技術中發(fā)揮越來越大的作用。同時,大功率IGBT也是諧波治理中最理想的開關器件。因此,IGBT具有良好的市場前景。在未來很長一段時間內(nèi),為適應全球降低CO2排放的戰(zhàn)略需要,IGBT將更加廣泛地應用于可再生能源發(fā)電、智能配電與控制、分布式發(fā)電、電力牽引等領域,成為節(jié)能技術和低碳經(jīng)濟的主要支撐。

4 IGBT的發(fā)展現(xiàn)狀

IGBT是電力電子時代的新寵。它是一種很優(yōu)秀的電力電子器件,已逐漸替代了晶閘管,成為電力電子技術平臺性的器件。雖然國外的IGBT產(chǎn)業(yè)取得了很大進展,但令人嘆惋的是,我們國家目前并未形成自己的IGBT產(chǎn)業(yè),目前我們使用的IGBT管子全部是進口購買的。我國只能進口國外IGBT芯片,自己進行少量封裝。因此對于我們這樣一個擁有13億人口的大國,像IGBT這樣的基礎元件及其相關技術,必須擁有自己的IGBT產(chǎn)業(yè)。隨著國家對電力電子技術發(fā)展的重視,相信很快就會用上自己生產(chǎn)出的IGBT。

5 IGBT的發(fā)展方向

IGBT的發(fā)展趨勢有兩個方向:超大功率模塊和超快速IGBT。其中,超大功率模塊IGBT有望取代GTO,并將其在電力系統(tǒng)、高壓直流輸電、機車牽引等方面擴寬應用領域。超快速IGBT則將在高頻開關電源等方面擴大其應用領域。總之,超大功率、超快速、模塊化、智能化是IGBT發(fā)展的方向。

參考文獻

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關鍵詞 數(shù)字電子汽車衡；檢定；常見故障；維修措施

中圖分類號 TH715 文獻標識碼 A 文章編號 1673-9671-（2012）112-0204-01

數(shù)字電子汽車衡在稱重計量中應用的很廣泛，是稱重計量中的重要工具，但是在應用過程中出現(xiàn)的諸多故障使人煩惱。下面我們就簡單分析一下數(shù)字式汽車衡檢定、常見故障、故障排除以及維修措施。

1 數(shù)字汽車衡的檢定

1.1 檢定前的分析

在進行檢定前，應對各個主要的部件進行查看，主要是對稱重顯示器、稱重傳感器、秤體進行檢查。檢查秤臺下面有無雜物，例如煤塊、水泥塊、石塊等，應把雜物清理干凈；然后查看四角的螺絲緊挨秤體的程度、秤體的水平問題等。檢查完之后，對電子汽車衡的儀表通電，在通過足夠的預熱時間后，才可以對整機進行檢定。

1.2 首次檢定

首次檢定是對于沒有檢定過的數(shù)字式汽車衡進行檢定，包括對新制造、新安裝秤的檢定和進口秤的檢定。

1.3 隨后檢定

隨后檢定也叫后續(xù)檢定，它的檢定標準是最大允許的誤差和首次檢定的最大誤差應該相同，是對首次檢定后的任何一種檢定，它包括：修理后檢定、周期檢定、周期檢定有效期未到前的檢定、新投入使用數(shù)字汽車衡使用前申請的檢定。

1.4 使用中檢定

使用中檢定是檢查秤是否滿足檢定的條件，工作狀態(tài)是否良好，數(shù)據(jù)的準確率，還要查看檢定證書或檢定標記是否在有效期內(nèi)，有沒有損壞檢定標記、在檢定后有無明顯的改動，誤差是否符合標準等，檢定項目和隨后檢定項目一樣，但其最大允許誤差是首次檢定項目最大誤差的兩倍，實質(zhì)上是對首次檢定和隨后檢定的監(jiān)督檢驗。

2 數(shù)字式汽車衡故障排除

1）直接法，通過用肉眼觀察，檢查各個部件是否出現(xiàn)異常，例如脫焊、掉線、虛焊、短路、錯接等。

2）比較法，利用萬能表進行對疑似故障的部件兩端的電阻和電壓測量，再與正常的電阻、電壓想比較。

3）替代法，對懷疑損壞的部件，用好的電子元器件、電路板替換，觀察替換后的結(jié)果是否正常。

4）代碼診斷法，對于儀表出現(xiàn)的故障，根據(jù)它的錯誤代碼，通過說明書查找故障代碼，就可以發(fā)現(xiàn)哪一環(huán)節(jié)出現(xiàn)故障。

5）插撥法，檢查各個部件的接觸是否連接好，可以將插件或芯片通過拔出或者插入的方式檢查。

3 數(shù)字式汽車衡的常見故障與維修

3.1 儀表不歸零或零位不穩(wěn)

1）造成數(shù)字式汽車衡不歸零或零位不穩(wěn)的重要原因是基礎不實。汽車衡共經(jīng)歷了三個階段：機械式、機電式、電子式，基礎要求隨著噸位的增大而變高。麻石基礎可以滿足低噸位時期的需要，但是對于大噸位的電子秤，特別是精度高的數(shù)字式電子汽車衡，基礎要求的就特別高，要有足夠的強度而且各板面間的水平高度誤差不得超過3毫米。

2）接地不良。電子汽車衡對于電阻的要求要小于4歐姆，而且要有獨立的接地，所以在做基礎的時候必須考慮設置接地樁。

3）限位裝置不當。秤體安裝時，應把橫、縱向限位裝置放在對應的基礎板上，并緊固螺栓，使限位螺栓頭部與秤臺側(cè)面板的間隙保持3毫米，再鎖緊螺母。但是由于秤體具有熱脹冷縮性，所以在冬夏季節(jié)要及時調(diào)整限位螺栓，保持間隙3毫米，否則就會造成秤體被側(cè)向頂死，出現(xiàn)儀表不歸零的現(xiàn)象。

4）傳感器被損壞。傳感器被損壞是造成儀表不歸零的原因之一，可以用砝碼進行偏載試驗，找出有問題的傳感器，并檢查其安裝是否正常，如果正常就說明是傳感器自身的故障，需更換傳感器。

5）沒有得到良好的保養(yǎng)。使用數(shù)字式電子汽車秤的環(huán)境惡劣，灰塵垃圾較多，如果清理的不及時就會造成堵塞。比如，用于港口稱重的數(shù)字式汽車衡，會由于港口的糧食較多，容易引起鼠害，老鼠會藏匿秤體下，連接信號的導線會被老鼠咬斷而造成短路或斷路，影響數(shù)字式汽車衡的正常使用，因此要注意衡器的日常維護和保養(yǎng)。停機時，按照資料的要求，對每個需的地方及時補充油，定時更換減速機和螺旋泵承座油。另外，還要檢查電機、各個氣動元件、壓力表、傳感器和儀表，要及時清理灰塵、雜物、及時取出過濾器積液，并按照隨機要求做好日常的維護工作。

3.2 數(shù)字秤儀表數(shù)字閃爍

儀表數(shù)字閃爍，有可能有三種情況：①儀表外面的電源不穩(wěn)定導致；②傳感器接頭或者接線盒，由于接觸不良或者受潮引起的；③儀表連接處和輸出電纜虛焊或接觸不良所致。如果儀表有問題，則修復儀表；更換損壞的傳感器；把接頭和接線板連接好。若接線盒潮濕則用電吹風吹干，然后用酒精擦洗吹干。

3.3 數(shù)字儀表不顯示或者循環(huán)顯示

這類故障一般比較復雜，可能是由于儀表、傳感器性能、接線引起的問題。用萬能表檢查電源和電壓是否正常，檢查連接總線有無斷路，檢查儀表是否損壞，傳感器的損壞程度。遇到這樣的問題，應恢復正常電源，修復儀表、處理好連接線，如果傳感器損壞則需更換。

3.4 儀表出現(xiàn)end01-erd08的錯誤代碼

當儀表出現(xiàn)這種提示時，則表示儀表和數(shù)字傳感器之間的通信出現(xiàn)故障，有可能是因通信中斷引起的，首先要檢查傳感器的供電是不是正常的，在接線盒內(nèi)測量end和v+間的電壓，并保證電壓在6.5v以上，如果沒有電壓或者電壓很低，則要檢查主線是否斷線，是否因傳感器短路引起。傳感器的通信線和接地線短路也會引起儀表的錯誤，顯示end01-erd08（代碼），用萬用表的20k電阻檔位，黑表棒接傳感器的黑線，用紅表棒分別接四根信號線測量，若測量值不在9k-12k之間，則說明阻值偏大或偏小，說明傳感器損壞，需更換才可使用。

3.5 儀表標定數(shù)據(jù)丟失

導致標定數(shù)據(jù)丟失的原因可能是電源、傳感器和秤臺不接地，或者用零線代替地線，通常會導致傳感器通訊不穩(wěn)定、儀表和秤體帶電、甚至導致儀表的數(shù)據(jù)丟失，從而損害儀表。因此，現(xiàn)場的電源接地非常重要。例如，一臺中行數(shù)字傳感器的數(shù)字汽車衡，在初期使用時正常，但是經(jīng)過供電線路改造后，秤體和儀表的外殼有麻手的感覺，數(shù)據(jù)的穩(wěn)定性差，而且在連接打印機后出現(xiàn)總開關跳閘的現(xiàn)象。經(jīng)檢查才發(fā)現(xiàn)是由于現(xiàn)場電源不接地，從而使儀表地線帶電影響到設備不能正常的工作，在現(xiàn)場處理時，發(fā)現(xiàn)儀表變壓器已被損壞，經(jīng)重做地線、更換變壓器后，問題才得以解決。

4 結(jié)束語

本文通過對數(shù)字電子汽車衡的分析，對它的相關情況有了進一步的了解，在以后的工作中可以根據(jù)文中提出的措施運用到實踐中去。

參考文獻

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適當?shù)?/p>

很多心理學家，把得到輕撫同食物、水并列為嬰兒最需要的供給品，輕撫是新生兒神經(jīng)和體格發(fā)育不可缺少的營養(yǎng)品。每次輕撫都傳遞著父母的呵護，可以增加親子間的情感交流，讓孩子感受到家人對他的關愛，因而獲得心理上的安全感――這一點對其心理健康成長是極其重要的。經(jīng)常得到的孩子，長大后會擁有自信和樂觀的性格，并懂得愛與被愛。哺乳期孩子的“皮膚饑餓”是很強烈的，父母或其他撫育者都應盡量滿足孩子的需要。因此，新生兒不宜捆綁起來單獨放置在小床，最好能讓其赤身靠近母親的胸膛，與母親體膚接觸，聽到母親的心跳聲。

愉悅的哺乳活動

孩子吃牛奶不如吃母乳，不僅營養(yǎng)上有差異，更重要的是母親喂奶可以讓孩子獲得感情上的慰籍。有關研究表明，哺乳方式與哺乳者的情緒狀態(tài)對孩子身心健康都有很大影響。國外有個保育院曾采用自動化喂奶，喂奶時一按電鈕就往孩子嘴里灌奶，結(jié)果院里的孩子情緒很壞，患病率和死亡率都很高。后來增加了保育員，并規(guī)定抱起孩子喂奶，孩子們的情緒和健康狀況就有了很大的好轉(zhuǎn)。

許多年輕的母親都有這樣的經(jīng)驗，有時孩子吃飽了，還會含著不肯放，表情上顯得很滿足。對許多孩子來說，依偎在媽媽懷里，吸吮著媽媽的，是件十分愉快的事情。

孩子從6個月到一周歲，是心理活動急劇發(fā)展的時期，也是建立“母子聯(lián)結(jié)”的關鍵時期，如果這個時期讓孩子多和母親接觸，容易培養(yǎng)孩子良好的情緒；如果孩子長期得不到母愛，就會出現(xiàn)夜驚、拒食、消化系統(tǒng)的功能紊亂，甚至造成發(fā)育緩慢。

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[關鍵詞]電子汽車衡 使用 維護 檢定

中圖分類號：TH715.1 文獻標識碼：A 文章編號：1009-914X（2015）18-0333-01

引言：SCS系列數(shù)字式汽車衡是對運行中或靜止的貨物進行稱重的自動化稱重設備，適用于各種火車和散貨的計量。我公司采用的是SCS-150型電子汽車衡，它由機械稱重臺面、數(shù)字傳感器系統(tǒng)、數(shù)字稱重顯示器等組成，與之配套的設施有秤體基礎及控制室等。當被稱重物或載重汽車置于秤體臺面上，在重力作用下，稱重臺面將重力傳遞至傳感器，使傳感器彈性體變形，完成力/電轉(zhuǎn)換，輸出與重量數(shù)值成正比例的電信號，經(jīng)稱重儀表處理，完成模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換、數(shù)據(jù)采集、處理、顯示等工作。其具有①高精度、高可靠性②一致性、互換性好③高穩(wěn)定性、抗干擾能力強④具有自我識別功能，便于故障診斷⑤具有較高的組稱靈活性⑥具有防作弊功能等特點。

一、電子汽車衡的日檢維護及主要技術參數(shù)

（一）技術性能指標要求（表1）

（二）使用注意事項

1、汽車衡應勻速上秤臺，速度控制在5km/h以內(nèi)；禁止在秤臺上緊急剎車，車身盡量?？吭诔芋w中間位置。

2、每次車輛上秤臺前先觀察儀表顯示是否為毛重零；打印或記錄數(shù)據(jù)前觀察儀表顯示是否穩(wěn)定。

3、當秤上有車輛時不允許儀表斷電，如臨時斷電，在恢復上電后應讓車輛下秤臺，待儀表恢復零點后再重新計量。

4、秤臺上嚴禁電焊作業(yè)或?qū)⒊优_作為地線使用。

5、每次計量的汽車載重不得大于最大稱量。

（三）維護注意事項

1、定期檢查汽車衡的限位裝置以保證衡器的精度。檢查？秤體是否靈活，縱向、橫向限位間隙應為3mm，限位撞塊與各個限位螺栓完好（橫向限位間隙≤2mm，縱向限位≤3mm，卸荷間隙≤2mm）。

2、檢查承重臺是否合格即：四個傳感器受力點對角線尺寸（對角誤差在4mm以內(nèi)），以及以中心線為基準左右偏差（在±1.5mm以內(nèi)）和前后偏差（在±2mm以內(nèi)）；

3、檢查秤臺四周間隙應注意秤的邊緣與秤體底部或秤體與引坡間有無雜物嵌入；接線盒應內(nèi)清潔干燥，各個傳感器電纜接線牢固，ABS外六角螺母鎖緊。

5、柱式傳感器垂直安裝，無傾斜現(xiàn)象。

（四）常見故障的分析與排除

1、儀表通電無顯示及蜂鳴聲：可能為保險絲燒斷，或無220V交流電無輸入或儀表變壓器被高壓擊穿應更換保險絲、檢查有無22V交流輸入或更換專用變壓器；

2、儀表顯示有角差：可能由于秤體基礎不實，長期使用后使傳感器基座高度不一致?？芍匦抡{(diào)整角差分數(shù)或調(diào)整基座高度。

3、儀表顯示有飄移現(xiàn)象：可能由于數(shù)字傳感器長期浸水受潮，絕緣性能減弱。應檢查每一只傳感器的內(nèi)碼值，可確定哪一只傳感器存在飄移現(xiàn)象。

4、儀表開機后自檢，然后顯示“…………”死機：可能接線盒中的綠白數(shù)據(jù)線接反：應立即斷開電源，用儀表檢測所有傳感器電纜線與總線的相應色線是否正確，并測試相互之間有無碰線，重新連線后即可。

5、大屏顯示從開機一直不顯示正常稱重數(shù)據(jù)：儀表接口與大屏接口的連線方式未統(tǒng)一；該表連接方式連接即可。

6、儀表與計算機連接后，運行稱重軟件顯示亂碼：重新設置儀表和稱重軟件中的波特率，將其設置統(tǒng)一。

7、車下稱臺后，儀表上仍顯示一個比較大的穩(wěn)定數(shù)據(jù)：檢查稱臺的限位，將其調(diào)整到合理位置。

8、開機后儀表一直顯示比較大的數(shù)據(jù)，而且大范圍閃變：電壓不穩(wěn)或有外界干擾。

二、電子汽車衡的檢定

（一）檢定標準器（砝碼）

檢定用的標準砝碼誤差，應不大于秤相應秤量最大允許誤差的1/3。

（二）分度值及最大允許誤差范圍（表2）

（三）檢定過程

電子汽車衡的檢定應符合JJG539-1997《數(shù)字指示稱》檢定規(guī)程，其具體操作步驟如下：

1、外觀檢查

檢查制造許可證的標志和編號；生產(chǎn)廠家、出廠編號、準確度等級；最大最小秤量；檢定分度值；標志應牢固可靠，其字跡大小和形狀必須清楚、易懂。

2、重復性檢測

對同一載荷多次稱量所得的結(jié)果之差，應不大于該秤量最大允許誤差的絕對值。

從零點起按由小到大的順序加砝碼至最大秤量，用相同的方法卸砝碼至零點，進行多次測量。測量應包括（最小秤量；最大允許誤差改變的秤量；50%最大秤量；最大秤量）。

3、偏載

同一砝碼在不同位置的示值，其誤差應不大于該秤量的最大允許誤差。

（1）對于承載器的支撐點個數(shù)N

（2）對于承載器的支撐點個數(shù)N>=4的秤，在每個支撐點上加的砝碼約等于最大秤量與最大添加皮重之和的1/（N-1）。

4、鑒別力

在處于平衡的秤上，輕緩地放上或取下等于1.4d的砝碼，此時原來的示值應改變。

5、置零裝置

置零裝置的置零準確度在±0.25d，置零裝置的置零的總效果應不大于最大秤量（MAX）的4%.

初始置零裝置的總效果應不大最大秤量的20%.

6、置零裝置的準確度

置零后，零點偏差對稱量結(jié)果的影響應不大于0.25e。

7、重復效驗

找總質(zhì)量大于或等于本動態(tài)汽車衡的最大秤量汽車重復壓幾次，其偏差應不大于最大允許誤差。

參考文獻

篇6

關鍵詞：微電子工藝；創(chuàng)新性；實驗教學

一、引言

微電子技術與國家科技發(fā)展密切相關，是21世紀我國重點發(fā)展的技術方向。在新形勢下，無論軍用還是民用方面都對微電子方向人才有強烈需求。高校微電子專業(yè)是以培養(yǎng)能在微電子學領域內(nèi)，從事半導體器件、集成電路設計、制造和相應的新產(chǎn)品、新技術、新工藝的研究和開發(fā)等方面工作的高級應用型科技人才為目標的。因此，要求學生不僅要具備堅實的理論基礎，還需具備突出的專業(yè)能力和創(chuàng)新能力，滿足行業(yè)的快速發(fā)展和社會需求。

目前我國微電子行業(yè)中，微電子工藝研究相對于器件和集成電路設計研究工作是滯后的，處于不平衡發(fā)展狀態(tài)，為使行業(yè)發(fā)展更均衡，需要加強微電子工藝人才的培養(yǎng)。微電子工藝是微電子專業(yè)中非常重要的專業(yè)課，主要研究微電子器件與集成電路制造工藝原理與技術。微電子器件與集成電路尺寸都是在微米甚至納米量級，導致在理論學習過程中，學生理解有一定的困難，因此需要通過開設微電子工藝實驗課程加深和鞏固知識內(nèi)容，使學生更加直接地接觸微電子行業(yè)核心技術，了解半導體器件、集成電路生產(chǎn)制造加工的技術方法，從而促進學生對微電子工藝等課程的學習。因此，微電子工藝實驗教學可以有效地彌補理論教學的局限性和抽象性，促進學生對理論課的理解和提高學生的動手能力。

二、課程分析

微電子工藝課程要求掌握制造集成電路所涉及的外延、氧化、摻雜、光刻、刻蝕、化學氣相淀積、物理氣相淀積、金屬化等技術的原理與方法，熟悉雙極型和M0s集成電路的制造工藝流程，了解集成電路的新工藝和新技術。微電子技術的發(fā)展是遵循摩爾定律，快速發(fā)展變化的，雖然工程教育要求教學最新最前沿的技術，但微電子設備價格昂貴，運轉(zhuǎn)與維護費用很高，任何高校都很難不斷升級換代；而且集成電路制造技術的更新迭代主要是在摻雜技術、光刻技術、電極制造技術方面進行了技術改進，在其他方面還都是相似的，因此，在高校中單純追求工藝先進的實驗教學是不現(xiàn)實的?；诖耍Y(jié)合實際教學資源情況，建設主流、典型工藝技術的工藝實驗線，并開展理論聯(lián)系實踐的實驗教學是微電子工藝實驗室建設的重點。通過實驗使學生更牢固地掌握晶體管及簡單Ic的整個工藝制造技術，學會測試晶體管重要參數(shù)，以及初步了解集成電路工藝制造過程。

黑龍江大學微電子工藝實驗室已建立數(shù)十年，之前受到設備的限制，所開設的實驗都是分立的，不能完全按工藝流程完成器件的制作，沒有形成有機整體，學生缺乏對晶體管制作工藝流程的整體認識。經(jīng)過不斷發(fā)展和學校的大量投入，目前該實驗室擁有一條微電子平面工藝線，主要的設備包括磁控濺射設備、電子束蒸發(fā)設備、CVD化學氣相淀積系統(tǒng)、光刻機、離子刻蝕機、擴散爐、氧化爐、超聲壓焊機、燒結(jié)爐等。這些設備保證了微電子工藝實驗能夠按晶體管制作工藝流程順序完成制作。同時實驗室配備了測試環(huán)節(jié)所必須的顯微鏡、電阻率測試儀、探針測試臺、半導體特性圖示儀等檢測儀器，通過實驗能進一步加深學生對微電子工藝制造過程的了解。實踐證明，以上實驗內(nèi)容對學生掌握知識和開拓視野起到十分重要的作用，效果顯著。該實驗室多年來一直開展本科生教學和本科生畢業(yè)設計、研究生畢業(yè)設計、各類創(chuàng)新實驗項目等教學、科研工作。

三、實驗教學的開展

為了達到理論實踐相互支撐與關聯(lián)，通過實驗促進理論學習，筆者根據(jù)微電子專業(yè)特點，開展了微電子工藝實驗的教學改革。在原有的微電子平面工藝實驗的基礎上，建立由實驗內(nèi)容的設置、多媒體工藝視頻、實際操作的工藝實驗、實驗考核方法和參觀學習五部分組成的教學方式，形成有效的實踐教學，加強了學生對制造技術和工藝流程的整體的認識，培養(yǎng)了學生對半導體器件原理研究的興趣，使學生對將來從事半導體工藝方面的研究充滿信心。

（一）實驗內(nèi)容的設置

實驗內(nèi)容主要包括四部分：

1.教師提供給學生難易不同的器件結(jié)構(gòu)（二極管、三極管、MOS管等），學生可以自主選擇；

2.根據(jù)器件結(jié)構(gòu)，計算機輔助軟件設計器件制作的工藝流程；

3.通過實驗室提供的儀器設備完成器件制作；

4.測試器件性能參數(shù)。

通過這樣設置，既能掌握微電子工藝的基本理論，又能通過實驗分析完善工藝參數(shù)，使學生完全參與其中。

（二）多媒體工藝視頻

為了讓學生對集成電路設計和微電子制造工藝有直觀的認識。結(jié)合實際的實驗教學過程，制作全程相關單項工藝技術、流程及設備操作視頻演示資料，同時強調(diào)工藝制作過程中安全操作和注意事項，防止危險的發(fā)生。

（三）實際操作的工藝實驗

工藝實驗涵蓋清洗、氧化、擴散、光刻、制版、蒸鍍、燒結(jié)、壓焊等主要工序，為學生親自動手制作半導體器件和制造集成電路提供了一個完整的實驗條件。學生根據(jù)所學的理論知識了解器件結(jié)構(gòu)、確定工藝條件、按照流程完成器件的制作。保證每名學生都參與到器件制作過程中。同時每個單項工序時間和內(nèi)容采取預約制，實現(xiàn)開放式實驗教學。

、

（四）實驗考核方法

在實驗教學環(huán)節(jié)中，實驗考核是重要的教學質(zhì)量評價手段。實驗著重對動手能力和綜合分析問題的能力及創(chuàng)新能力進行考核。主要考核內(nèi)容包括：

1.器件工藝設計：考核設計器件制作流程的合理性；

2.工藝實驗：考核現(xiàn)場工藝操作是否規(guī)范，選用的工藝條件是否合理；

3.測試結(jié)果：考核制作器件的測試結(jié)果；

4.實驗分析報告：考核分析問題和解決問題能力，并最終給出綜合成績。

（五）參觀學習

參觀學習有助于學生全面了解本行業(yè)國內(nèi)外發(fā)展的概況及先進的設備、現(xiàn)代化的生產(chǎn)車間和工藝水平。每年帶領學生參觀中國電子科技集團公司第49研究所、海格集團等企事業(yè)單位，安排相應技術人員進行講座和交流，使學生學習到更多的寶貴經(jīng)驗和實踐知識。

篇7

預計在未來10到20年，微電子器件抗輻射加固的重點發(fā)展技術是：抗輻射加固新技術和新方法研究；新材料和先進器件結(jié)構(gòu)輻射效應；多器件相互作用模型和模擬研究；理解和研究復雜3－D結(jié)構(gòu)、系統(tǒng)封裝的抗輻射加固；開發(fā)能夠降低測試要求的先進模擬技術；開發(fā)應用加固設計的各種技術。本文分析研究了微電子器件抗輻射加固設計技術和工藝制造技術的發(fā)展態(tài)勢。

2輻射效應和損傷機理研究

微電子器件中的數(shù)字和模擬集成電路的輻射效應一般分為總劑量效應（TID）、單粒子效應（SEE）和劑量率（DoesRate）效應?？倓┝啃从谟搔霉庾?、質(zhì)子和中子照射所引發(fā)的氧化層電荷陷阱或位移破壞，包括漏電流增加、MOSFET閾值漂移，以及雙極晶體管的增益衰減。SEE是由輻射環(huán)境中的高能粒子（質(zhì)子、中子、α粒子和其他重離子）轟擊微電子電路的敏感區(qū)引發(fā)的。在p－n結(jié)兩端產(chǎn)生電荷的單粒子效應，可引發(fā)軟誤差、電路閉鎖或元件燒毀。SEE中的單粒子翻轉(zhuǎn)（SEU）會導致電路節(jié)點的邏輯狀態(tài)發(fā)生翻轉(zhuǎn)。劑量率效應是由甚高速率的γ或X射線，在極短時間內(nèi)作用于電路，并在整個電路內(nèi)產(chǎn)生光電流引發(fā)的，可導致閉鎖、燒毀和軌電壓坍塌等破壞［1］。輻射效應和損傷機理研究是抗輻射加固技術的基礎，航空航天應用的SiGe，InP，集成光電子等高速高性能新型器件的輻射效應和損傷機理是研究重點。研究新型器件的輻射效應和損傷機理的重要作用是：1）對新的微電子技術和光電子技術進行分析評價，推動其應用到航空航天等任務中；2）研究輻射環(huán)境應用技術的指導方法學；3）研究抗輻射保證問題，以增加系統(tǒng)可靠性，減少成本，簡化供應渠道。研究的目的是保證帶寬／速度不斷提升的微電子和光（如光纖數(shù)據(jù)鏈接）電子電路在輻射環(huán)境中可靠地工作。圖1所示為輻射效應和損傷機理的重點研究對象。研究領域可分為：1）新微電子器件輻射效應和損傷機理；2）先進微電子技術輻射評估；3）航空航天抗輻射保障；4）光電子器件的輻射效應和損傷機理；5）輻射測試、放射量測定及相關問題；6）飛行工程和異常數(shù)據(jù)分析；7）提供及時的前期工程支持；8）航空輻射效應評估；9）輻射數(shù)據(jù)維護和傳送。

3抗輻射加固設計技術

3．1抗輻射加固系統(tǒng)設計方法

開展抗輻射加固設計需要一個完整的設計和驗證體系，包括技術支持開發(fā)、建立空間環(huán)境模型及環(huán)境監(jiān)視系統(tǒng)、具備系統(tǒng)設計概念和在軌實驗的數(shù)據(jù)庫等。圖2所示為空間抗輻射加固設計的驗證體系。本文討論的設計技術范圍主要是關于系統(tǒng)、結(jié)構(gòu)、電路、器件級的設計技術?？梢酝ㄟ^圖2所示設計體系進行抗輻射加固設計：1）采用多級別冗余的方法減輕輻射破壞，這些級別分為元件級、板級、系統(tǒng)級和飛行器級。2）采用冗余或加倍結(jié)構(gòu)元件（如三模塊冗余）的邏輯電路設計方法，即投票電路根據(jù)最少兩位的投票確定輸出邏輯。3）采用電路設計和版圖設計以減輕電離輻射破壞的方法。即采用隔離、補償或校正、去耦等電路技術，以及摻雜阱和隔離槽芯片布局設計；4）加入誤差檢測和校正電路，或者自修復和自重構(gòu)功能；5）器件間距和去耦。這些加固設計器件可以采用專用工藝，也可采用標準工藝制造。

3．2加固模擬／混合信號IP技術

最近的發(fā)展趨勢表明，為了提高衛(wèi)星的智能水平和降低成本，推動了模擬和混合信號IP需求不斷增加［2］。抗輻射加固模擬IP的數(shù)量也不斷增加。其混合信號IP也是相似的，在高、低壓中均有應用，只是需在不同的代工廠加工。比利時IMEC，ICsense等公司在設計抗輻射加固方案中提供了大量的模擬IP內(nèi)容。模擬IP包括抗輻射加固的PLL和A／D轉(zhuǎn)換器模塊，正逐步向軟件控制型混合信號SoCASIC方向發(fā)展。該抗輻射加固庫基于XFab公司180nm工藝，與臺積電180nm設計加固IP庫參數(shù)相當。TID加固水平可以達到1kGy，并且對單粒子閉鎖和漏電流增加都可以進行有效加固。

3．3SiGe加固設計技術

SiGeHBT晶體管在空間應用并作模擬器件時，對總劑量輻射效應具有較為充分和固有的魯棒性，具備大部分空間應用（如衛(wèi)星）所要求的總劑量和位移效應的耐受能力［3］。目前，SiGeBiCMOS設計加固的熱點主要集中在數(shù)字邏輯電路上。SEE／SEU會對SiGeHBT數(shù)字邏輯電路造成較大破壞。因此，這方面的抗加設計技術發(fā)展較快。對先進SiGeBiCMOS工藝的邏輯電路進行SEE／SEU加固時，在器件級，可采用特殊的C－B－ESiGeHBT器件、反模級聯(lián)結(jié)構(gòu)器件、適當?shù)陌鎴D結(jié)構(gòu)設計等來進行SEE／SEU加固。在電路級，可使用雙交替、柵反饋和三模冗余等方法進行加固設計。三模冗余法除了在電路級上應用外，還可作為一種系統(tǒng)級加固方法使用。各種抗輻射設計獲得的加固效果各不相同。例如，移相器使用器件級和電路級并用的加固設計方案，經(jīng)過LET值為75MeV•cm2／mg的重粒子試驗和標準位誤差試驗后，結(jié)果顯示，該移相器整體抗SEU能力得到有效提高，對SEU具有明顯的免疫力。

4抗輻射加固工藝技術

目前，加固專用工藝線仍然是戰(zhàn)略級加固的強有力工具，將來會越來越多地與加固設計結(jié)合使用。因為抗輻射加固工藝技術具有非常高的專業(yè)化屬性和高復雜性，因此只有少數(shù)幾個廠家能夠掌握該項技術。例如，單粒子加固的SOI工藝和SOS工藝，總劑量加固的小幾何尺寸CMOS工藝，IBM的45nmSOI工藝，Honeywe1l的50nm工藝，以及BAE外延CMOS工藝等。主要的抗輻射加固產(chǎn)品供應商之一Atmel于2006年左右達到0．18μm技術節(jié)點，上一期的工藝節(jié)點為3μm。Atmel的RTCMOS，RTPCMOS，RHCMOS抗輻射加固專用工藝不需改變設計和版圖，只用工藝加固即可制造出滿足抗輻射要求的軍用集成電路。0．18μm是Atmel當前主要的抗輻射加固工藝，目前正在開發(fā)0．15μm技術，下一步將發(fā)展90nm和65nm工藝。Atmel采用0．18μm專用工藝制造的IC有加固ASIC、加固通信IC、加固FPGA、加固存儲器、加固處理器等，如圖3所示。

5重點發(fā)展技術態(tài)勢

5．1美國的抗輻射加固技術

5．1．1加固設計重點技術

美國商務部2009年國防工業(yè)評估報告《美國集成電路設計和制造能力》，詳細地研究了美國抗輻射加固設計和制造能力［4］。擁有抗輻射加固制造能力的美國廠商同時擁有抗單粒子效應、輻射容錯、抗輻射加固和中子加固的設計能力。其中，擁有抗單粒子效應能力的18家、輻射容錯14家、輻射加固10家，中子加固9家。IDM公司是抗輻射加固設計的主力軍，2006年就已達到從10μm到65nm的15個技術節(jié)點的產(chǎn)品設計能力。15家公司具備10μm～1μm的設計能力，22家公司具備1μm～250nm的設計能力，24家公司具備250nm～65nm設計能力，7家公司的技術節(jié)點在65nm以下，如圖5所示。純設計公司的抗輻射加固設計能力較弱。美國IDM在設計抗輻射產(chǎn)品時所用的材料包括體硅、SOI，SiGe等Si標準材料，和藍寶石上硅、SiC，GaN，GaAs，InP，銻化物、非結(jié)晶硅等非標準材料兩大類。標準材料中使用體硅的有23家，使用SOI的有13家，使用SiGe的有10家。使用非標準材料的公司數(shù)量在明顯下降。非標材料中，GaN是熱點，有7家公司（4個小規(guī)模公司和3個中等規(guī)模公司）在開發(fā)。SiC則最弱，只有兩家中小公司在研發(fā)。沒有大制造公司從事非標材料的開發(fā)。

5．1．2重點工藝和制造能力

美國有51家公司從事輻射容錯、輻射加固、中子加固、單粒子瞬態(tài)加固IC產(chǎn)品研制。其中抗單粒子效應16家，輻射容錯15家，抗輻射加固12家，中子加固8家。制造公司加固IC工藝節(jié)點從10μm到32nm。使用的材料有標準Si材料和非標準兩大類。前一類有體硅、SOI和SiGe，非標準材料則包括藍寶石上硅，SiC，GaN，GaAs，InP，銻化物和非晶硅（amorphous）。晶圓的尺寸有50，100，150，200，300mm這幾類?？馆椛浼庸坍a(chǎn)品制造可分為專用集成電路（ASIC）、柵陣列、存儲器和其他產(chǎn)品。ASIC制造能力最為強大，定制ASIC的廠商達到21家，標準ASIC達到13家，結(jié)構(gòu)化ASIC有12家。柵陣列有：現(xiàn)場可編程陣列（FPGA）、掩膜現(xiàn)場可編程陣列（MPGA）、一次性現(xiàn)場可編程陣列（EPGA），共19家。RF／模擬／混合信號IC制造商達到18家，制造處理器／協(xié)處理器有11家。5．1．3RF和混合信號SiGeBiCMOS據(jù)美國航空航天局（NASA），SiGe技術發(fā)展的下一目標是深空極端環(huán)境應用的技術和產(chǎn)品，例如月球表面應用。這主要包括抗多種輻射和輻射免疫能力。例如，器件在＋120℃～－180℃溫度范圍內(nèi)正常工作的能力。具有更多的SiGe模擬／混合信號產(chǎn)品，微波／毫米波混合信號集成電路。系統(tǒng)能夠取消各種屏蔽和專用電纜，以減小重量和體積。德國IHP公司為空間應用提供高性能的250nmSiGeBiCMOS工藝SGB25RH［5］，其工作頻率達到20GHz。包括專用抗輻射加固庫輻射試驗、ASIC開發(fā)和可用IP。采用SGB13RH加固的130nmSiGeBiCMOS工藝可達到250GHz／300GHz的ft／fmax。采用該技術，可實現(xiàn)SiGeBiCMOS抗輻射加固庫。

5．2混合信號的抗輻射加固設計技術

如果半導體發(fā)展趨勢不發(fā)生變化，則當IC特征尺寸向90nm及更小尺寸發(fā)展時，混合信號加固設計技術的重要性就會增加［6］。設計加固可以使用商用工藝，與特征尺寸落后于商用工藝的專用工藝相比，能夠在更小的芯片面積上提高IC速度和優(yōu)化IC性能。此外，設計加固能夠幫助設計者擴大減小單粒子效應的可選技術范圍。在20～30年長的時期內(nèi)，加固設計方法學的未來并不十分清晰。最終數(shù)字元件將縮小到分子或原子的尺度。單個的質(zhì)子、中子或粒子碰撞導致的后果可能不是退化，而是整個晶體管或子電路毀壞。除了引入新的屏蔽和／或封裝技術，一些復雜數(shù)字電路還需要具備一些動態(tài)的自修復和自重構(gòu)功能。此外，提高產(chǎn)量和防止工作失效的力量或許會推動商用制造商在解決這些問題方面起到引領的作用。當前，沒有跡象表明模擬和RF電路會最終使用與數(shù)字電路相同的元件和工藝。因此，加固混合信號電路設計者需要在模擬和數(shù)字兩個完全不同的方向開展工作，即需要同時使用兩種基本不同的IC技術，并應用兩種基本不同的加固設計方法。

6結(jié)束語

篇8

“面對災情，通信企業(yè)精心組織，多方籌措抗災重建物資，全力搶修受損基站和線路，保障通信暢通”，國資委主任李榮融在講話中這樣總結(jié)了電信央企為抗擊冰雪所做出的貢獻。李榮融指出，在抗擊雨雪冰凍災害中，中央企業(yè)把國家利益和人民利益放在第一位，彰顯出高度的政治責任感和大局意識，更展現(xiàn)出了團結(jié)奮斗、勇?lián)厝?、顧全大局的奉獻精神、拼搏精神和協(xié)作精神，這種極為寶貴的精神財富，將成為推動中央企業(yè)實現(xiàn)又好又快發(fā)展的強大動力。

在表彰先進的同時，如何通過多層次合作、多平臺搭建形成行業(yè)資源整合，提高整個央企應對自然災害的抵御能力，節(jié)約國家公共資源也是國資委一直在監(jiān)管層面著力探討的問題。而不久前中國電信與南方電網(wǎng)合作提升應災能力在這方面提供了良好的范例。

南方電網(wǎng)與中國電信表示，雙方將整合資源，健全應急體系，提高御災能力。中國電信將為南方電網(wǎng)提高應急通信提供支撐服務，南方電網(wǎng)將為中國電信提供廣東等五省內(nèi)及跨省電力特種光纜，以及維護支持、故障處理服務。在2008年初的冰災中，兩家央企同舟共濟、共渡難關的同時，更看到了廣闊的合作前景和良好基礎。

鏈接電信央企抗災總結(jié)

■中國移動累計組織50萬人次參與通信保障，出動應急搶修車輛20.1萬次，完成應急發(fā)電時長337.4萬小時，耗油1172萬升，實時保障了災區(qū)移動通信需求。

■中國電信投入搶修人員2.7萬人，投入搶修車輛設備5856臺，使用各類油機近萬臺。還通過全網(wǎng)資源調(diào)度和緊急采購，向災區(qū)運送了大量油機、蓄電池組等急需物資。所屬64個本地網(wǎng)迅速恢復通信，確保了國家一、二級干線和縣以上通信網(wǎng)絡暢通。

■中國聯(lián)通啟動通信保障以及應急預案，累計恢復了1540皮長公里的傳輸線路?；謴偷顾鷹U路8881根。

■中國網(wǎng)通全集團南北協(xié)同，共出動2.2萬人次，車輛1萬臺次，設備5095臺套。

篇9

關鍵詞微電子技術集成系統(tǒng)微機電系統(tǒng)DNA芯片

1引言

綜觀人類社會發(fā)展的文明史，一切生產(chǎn)方式和生活方式的重大變革都是由于新的科學發(fā)現(xiàn)和新技術的產(chǎn)生而引發(fā)的，科學技術作為革命的力量，推動著人類社會向前發(fā)展。從50多年前晶體管的發(fā)明到目前微電子技術成為整個信息社會的基礎和核心的發(fā)展歷史充分證明了“科學技術是第一生產(chǎn)力”。信息是客觀事物狀態(tài)和運動特征的一種普遍形式，與材料和能源一起是人類社會的重要資源，但對它的利用卻僅僅是開始。當前面臨的信息革命以數(shù)字化和網(wǎng)絡化作為特征。數(shù)字化大大改善了人們對信息的利用，更好地滿足了人們對信息的需求；而網(wǎng)絡化則使人們更為方便地交換信息，使整個地球成為一個“地球村”。以數(shù)字化和網(wǎng)絡化為特征的信息技術同一般技術不同，它具有極強的滲透性和基礎性，它可以滲透和改造各種產(chǎn)業(yè)和行業(yè)，改變著人類的生產(chǎn)和生活方式，改變著經(jīng)濟形態(tài)和社會、政治、文化等各個領域。而它的基礎之一就是微電子技術?？梢院敛豢鋸埖卣f，沒有微電子技術的進步，就不可能有今天信息技術的蓬勃發(fā)展，微電子已經(jīng)成為整個信息社會發(fā)展的基石。

50多年來微電子技術的發(fā)展歷史，實際上就是不斷創(chuàng)新的過程，這里指的創(chuàng)新包括原始創(chuàng)新、技術創(chuàng)新和應用創(chuàng)新等。晶體管的發(fā)明并不是一個孤立的精心設計的實驗，而是一系列固體物理、半導體物理、材料科學等取得重大突破后的必然結(jié)果。1947年發(fā)明點接觸型晶體管、1948年發(fā)明結(jié)型場效應晶體管以及以后的硅平面工藝、集成電路、CMOS技術、半導體隨機存儲器、CPU、非揮發(fā)存儲器等微電子領域的重大發(fā)明也都是一系列創(chuàng)新成果的體現(xiàn)。同時，每一項重大發(fā)明又都開拓出一個新的領域，帶來了新的巨大市場，對我們的生產(chǎn)、生活方式產(chǎn)生了重大的影響。也正是由于微電子技術領域的不斷創(chuàng)新，才能使微電子能夠以每三年集成度翻兩番、特征尺寸縮小倍的速度持續(xù)發(fā)展幾十年。自1968年開始，與硅技術有關的學術論文數(shù)量已經(jīng)超過了與鋼鐵有關的學術論文，所以有人認為，1968年以后人類進入了繼石器、青銅器、鐵器時代之后硅石時代（siliconage）〖1〗。因此可以說社會發(fā)展的本質(zhì)是創(chuàng)新，沒有創(chuàng)新，社會就只能被囚禁在“超穩(wěn)態(tài)”陷阱之中。雖然創(chuàng)新作為經(jīng)濟發(fā)展的改革動力往往會給社會帶來“創(chuàng)造性的破壞”，但經(jīng)過這種破壞后，又將開始一個新的處于更高層次的創(chuàng)新循環(huán)，社會就是以這樣螺旋形上升的方式向前發(fā)展。

在微電子技術發(fā)展的前50年，創(chuàng)新起到了決定性的作用，而今后微電子技術的發(fā)展仍將依賴于一系列創(chuàng)新性成果的出現(xiàn)。我們認為：目前微電子技術已經(jīng)發(fā)展到了一個很關鍵的時期，21世紀上半葉，也就是今后50年微電子技術的發(fā)展趨勢和主要的創(chuàng)新領域主要有以下四個方面：以硅基CMOS電路為主流工藝；系統(tǒng)芯片（SystemOnAChip，SOC）為發(fā)展重點；量子電子器件和以分子（原子）自組裝技術為基礎的納米電子學；與其他學科的結(jié)合誕生新的技術增長點，如MEMS，DNAChip等。

221世紀上半葉仍將以硅基CMOS電路為主流工藝

微電子技術發(fā)展的目標是不斷提高集成系統(tǒng)的性能及性能價格比，因此便要求提高芯片的集成度，這是不斷縮小半導體器件特征尺寸的動力源泉。以MOS技術為例，溝道長度縮小可以提高集成電路的速度；同時縮小溝道長度和寬度還可減小器件尺寸，提高集成度，從而在芯片上集成更多數(shù)目的晶體管，將結(jié)構(gòu)更加復雜、性能更加完善的電子系統(tǒng)集成在一個芯片上；此外，隨著集成度的提高，系統(tǒng)的速度和可靠性也大大提高，價格大幅度下降。由于片內(nèi)信號的延遲總小于芯片間的信號延遲，這樣在器件尺寸縮小后，即使器件本身的性能沒有提高，整個集成系統(tǒng)的性能也可以得到很大的提高。

自1958年集成電路發(fā)明以來，為了提高電子系統(tǒng)的性能，降低成本，微電子器件的特征尺寸不斷縮小，加工精度不斷提高，同時硅片的面積不斷增大。集成電路芯片的發(fā)展基本上遵循了Intel公司創(chuàng)始人之一的GordonE．Moore1965年預言的摩爾定律，即每隔三年集成度增加4倍，特征尺寸縮小倍。在這期間，雖然有很多人預測這種發(fā)展趨勢將減緩，但是微電子產(chǎn)業(yè)三十多年來發(fā)展的狀況證實了Moore的預言[2]。而且根據(jù)我們的預測，微電子技術的這種發(fā)展趨勢還將在21世紀繼續(xù)一段時期，這是其它任何產(chǎn)業(yè)都無法與之比擬的。

現(xiàn)在，0．18微米CMOS工藝技術已成為微電子產(chǎn)業(yè)的主流技術，0．035微米乃至0．020微米的器件已在實驗室中制備成功，研究工作已進入亞0．1微米技術階段，相應的柵氧化層厚度只有2．0～1．0nm。預計到2010年，特征尺寸為0．05～0．07微米的64GDRAM產(chǎn)品將投入批量生產(chǎn)。

21世紀，起碼是21世紀上半葉,微電子生產(chǎn)技術仍將以尺寸不斷縮小的硅基CMOS工藝技術為主流。盡管微電子學在化合物和其它新材料方面的研究取得了很大進展；但還不具備替代硅基工藝的條件。根據(jù)科學技術的發(fā)展規(guī)律，一種新技術從誕生到成為主流技術一般需要20到30年的時間，硅集成電路技術自1947年發(fā)明晶體管1958年發(fā)明集成電路,到60年代末發(fā)展成為大產(chǎn)業(yè)也經(jīng)歷了20多年的時間。另外，全世界數(shù)以萬億美元計的設備和技術投入，已使硅基工藝形成非常強大的產(chǎn)業(yè)能力；同時，長期的科研投入已使人們對硅及其衍生物各種屬性的了解達到十分深入、十分透徹的地步，成為自然界100多種元素之最，這是非常寶貴的知識積累。產(chǎn)業(yè)能力和知識積累決定了硅基工藝起碼將在50年內(nèi)仍起重要作用，人們不會輕易放棄。

目前很多人認為當微電子技術的特征尺寸在2015年達到0．030～0．015微米的“極限”之后，將是硅技術時代的結(jié)束，這實際上是一種誤解。且不說微電子技術除了以特征尺寸為代表的加工工藝技術之外，還有設計技術、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)等方面需要進一步的大力發(fā)展，這些技術的發(fā)展必將使微電子產(chǎn)業(yè)繼續(xù)高速增長。即使是加工工藝技術，很多著名的微電子學家也預測，微電子產(chǎn)業(yè)將于2030年左右步入像汽車工業(yè)、航空工業(yè)這樣的比較成熟的朝陽工業(yè)領域。即使微電子產(chǎn)業(yè)步入汽車、航空等成熟工業(yè)領域，它仍將保持快速發(fā)展趨勢，就像汽車、航空工業(yè)已經(jīng)發(fā)展了50多年仍極具發(fā)展?jié)摿σ粯印?/p>

隨著器件的特征尺寸越來越小，不可避免地會遇到器件結(jié)構(gòu)、關鍵工藝、集成技術以及材料等方面的一系列問題，究其原因，主要是：對其中的物理規(guī)律等科學問題的認識還停留在集成電路誕生和發(fā)展初期所形成的經(jīng)典或半經(jīng)典理論基礎上，這些理論適合于描述微米量級的微電子器件，但對空間尺度為納米量級、空間尺度為飛秒量級的系統(tǒng)芯片中的新器件則難以適用；在材料體系上，SiO2柵介質(zhì)材料、多晶硅／硅化物柵電極等傳統(tǒng)材料由于受到材料特性的制約，已無法滿足亞50納米器件及電路的需求；同時傳統(tǒng)器件結(jié)構(gòu)也已無法滿足亞50納米器件的要求，必須發(fā)展新型的器件結(jié)構(gòu)和微細加工、互連、集成等關鍵工藝技術。具體的需要創(chuàng)新和重點發(fā)展的領域包括：基于介觀和量子物理基礎的半導體器件的輸運理論、器件模型、模擬和仿真軟件，新型器件結(jié)構(gòu)，高k柵介質(zhì)材料和新型柵結(jié)構(gòu)，電子束步進光刻、13nmEUV光刻、超細線條刻蝕，SOI、GeSi／Si等與硅基工藝兼容的新型電路，低K介質(zhì)和Cu互連以及量子器件和納米電子器件的制備和集成技術等。

3量子電子器件（QED）和以分子原子自組裝技術為基礎的納米電子學將帶來嶄新的領域

在上節(jié)我們談到的以尺寸不斷縮小的硅基CMOS工藝技術，可稱之為“scalingdown”，與此同時我們必須注意“bottomup”?！癰ottomup”最重要的領域有二個方面：

(1)量子電子器件（QED—QuantumElectronDevice）這里包括單電子器件和單電子存儲器等。它的基本原理是基于庫侖阻塞機理控制一個或幾個電子運動，由于系統(tǒng)能量的改變和庫侖作用，一個電子進入到一個勢阱，則將阻止其它電子的進入。在單電子存儲器中量子阱替代了通常存儲器中的浮柵。它的主要優(yōu)點是集成度高；由于只有一個或幾個電子活動所以功耗極低；由于相對小的電容和電阻以及短的隧道穿透時間，所以速度很快；且可用于多值邏輯和超高頻振蕩。但它的問題是制造比較困難，特別是制造大量的一致性器件很困難；對環(huán)境高度敏感，可靠性難以保證；在室溫工作時要求電容極?。é罠），要求量子點大小在幾個納米。這些都為集成成電路帶來了很大困難。

因此，目前可以認為它們的理論是清楚的，工藝有待于探索和突破。

(2)以原子分子自組裝技術為基礎的納米電子學。這里包括量子點陣列（QCA—Quantum－dotCellularAutomata)和以碳納米管為基礎的原子分子器件等。

量子點陣列由量子點組成，至少由四個量子點,它們之間以靜電力作用。根據(jù)電子占據(jù)量子點的狀態(tài)形成“0”和“1”狀態(tài)。它在本質(zhì)上是一種非晶體管和無線的方式達到陣列的高密度、低功耗和實現(xiàn)互連。其基本優(yōu)勢是開關速度快，功耗低，集成密度高。但難以制造，且對值置變化和大小改變都極為靈敏，0．05nm的變化可以造成單元工作失效。

以碳納米管為基礎的原子分子器件是近年來快速發(fā)展的一個有前景的領域。碳原子之間的鍵合力很強，可支持高密度電流，而熱導性能類似于金剛石，能在高集成度時大大減小熱耗散，性質(zhì)類金屬和半導體，特別是它有三種可能的雜交態(tài)，而Ge、Si只有一個。這些都使碳納米管（CNT）成為當前科研熱點，從1991年發(fā)現(xiàn)以來，現(xiàn)在已有大量成果涌現(xiàn)，北京大學納米中心彭練矛教授也已制備出0．33納米的CNT并提出“T形結(jié)”作為晶體管的可能性。但是問題是如何去生長有序的符合設計性能的CNT器件，更難以集成。

目前“bottomup”的量子器件和以自組裝技術為基礎的納米器件在制造工藝上往往與“Scalingdown”的加工方法相結(jié)合以制造器件。這對于解決高集成度CMOS電路的功耗制約將會帶來突破性的進展。

QCA和CNT器件不論在理論上還是加工技術上都有大量工作要做，有待突破，離開實際應用還需較長時日！但這終究是一個誘人探索的領域，我們期待它們將創(chuàng)出一個新的天地。

4系統(tǒng)芯片（SystemOnAChip）是21世紀微電子技術發(fā)展的重點

在集成電路（IC）發(fā)展初期，電路設計都從器件的物理版圖設計入手，后來出現(xiàn)了集成電路單元庫（Cell－Lib），使得集成電路設計從器件級進入邏輯級，這樣的設計思路使大批電路和邏輯設計師可以直接參與集成電路設計，極大地推動了IC產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。但集成電路僅僅是一種半成品，它只有裝入整機系統(tǒng)才能發(fā)揮它的作用。IC芯片是通過印刷電路板（PCB）等技術實現(xiàn)整機系統(tǒng)的。盡管IC的速度可以很高、功耗可以很小，但由于PCB板中IC芯片之間的連線延時、PCB板可靠性以及重量等因素的限制，整機系統(tǒng)的性能受到了很大的限制。隨著系統(tǒng)向高速度、低功耗、低電壓和多媒體、網(wǎng)絡化、移動化的發(fā)展，系統(tǒng)對電路的要求越來越高，傳統(tǒng)集成電路設計技術已無法滿足性能日益提高的整機系統(tǒng)的要求。同時，由于IC設計與工藝技術水平提高，集成電路規(guī)模越來越大，復雜程度越來越高，已經(jīng)可以將整個系統(tǒng)集成為一個芯片。目前已經(jīng)可以在一個芯片上集成108－109個晶體管，而且隨著微電子制造技術的發(fā)展，21世紀的微電子技術將從目前的3G時代逐步發(fā)展到3T時代（即存儲容量由G位發(fā)展到T位、集成電路器件的速度由GHz發(fā)展到燈THz、數(shù)據(jù)傳輸速率由Gbps發(fā)展到Tbps，注：1G=109、1T=1012、bps：每秒傳輸數(shù)據(jù)位數(shù)）。

正是在需求牽引和技術推動的雙重作用下，出現(xiàn)了將整個系統(tǒng)集成在一個微電子芯片上的系統(tǒng)芯片（SystemOnAChip，簡稱SOC）概念。

系統(tǒng)芯片（SOC）與集成電路（IC）的設計思想是不同的，它是微電子設計領域的一場革命，它和集成電路的關系與當時集成電路與分立元器件的關系類似，它對微電子技術的推動作用不亞于自50年代末快速發(fā)展起來的集成電路技術。

SOC是從整個系統(tǒng)的角度出發(fā)，把處理機制、模型算法、芯片結(jié)構(gòu)、各層次電路直至器件的設計緊密結(jié)合起來，在單個（或少數(shù)幾個）芯片上完成整個系統(tǒng)的功能，它的設計必須是從系統(tǒng)行為級開始的自頂向下（Top－Down）的。很多研究表明，與IC組成的系統(tǒng)相比，由于SOC設計能夠綜合并全盤考慮整個系統(tǒng)的各種情況，可以在同樣的工藝技術條件下實現(xiàn)更高性能的系統(tǒng)指標。例如若采用SOC方法和0．35μm工藝設計系統(tǒng)芯片,在相同的系統(tǒng)復雜度和處理速率下，能夠相當于采用0．18～0.25μm工藝制作的IC所實現(xiàn)的同樣系統(tǒng)的性能；還有，與采用常規(guī)IC方法設計的芯片相比,采用SOC設計方法完成同樣功能所需要的晶體管數(shù)目約可以降低l～2個數(shù)量級。

對于系統(tǒng)芯片（SOC）的發(fā)展，主要有三個關鍵的支持技術。

（1）軟、硬件的協(xié)同設計技術。面向不同系統(tǒng)的軟件和硬件的功能劃分理論（FunctionalPartitionTheory），這里不同的系統(tǒng)涉及諸多計算機系統(tǒng)、通訊系統(tǒng)、數(shù)據(jù)壓縮解壓縮和加密解密系統(tǒng)等等。

（2）IP模塊庫問題。IP模塊有三種,即軟核，主要是功能描述；固核，主要為結(jié)構(gòu)設計；和硬核，基于工藝的物理設計、與工藝相關，并經(jīng)過工藝驗證過的。其中以硬核使用價值最高。CMOS的CPU、DRAM、SRAM、E2PROM和FlashMemory以及A／D、D／A等都可以成為硬核。其中尤以基于深亞微米的新器件模型和電路模擬為基礎，在速度與功耗上經(jīng)過優(yōu)化并有最大工藝容差的模塊最有價值?，F(xiàn)在,美國硅谷在80年代出現(xiàn)無生產(chǎn)線（Fabless)公司的基礎上，90年代后期又出現(xiàn)了一些無芯片（Chipless）的公司,專門銷售IP模塊。

（3）模塊界面間的綜合分析技術,這主要包括IP模塊間的膠聯(lián)邏輯技術（gluelogictechnologies）和IP模塊綜合分析及其實現(xiàn)技術等。

微電子技術從IC向SOC轉(zhuǎn)變不僅是一種概念上的突破,同時也是信息技術新發(fā)展的里程碑。通過以上三個支持技術的創(chuàng)新,它必將導致又一次以系統(tǒng)芯片為主的信息技術上的革命。目前，SOC技術已經(jīng)嶄露頭角，21世紀將是SOC技術真正快速發(fā)展的時期。

在新一代系統(tǒng)芯片領域，需要重點突破的創(chuàng)新點主要包括實現(xiàn)系統(tǒng)功能的算法和電路結(jié)構(gòu)兩個方面。在微電子技術的發(fā)展歷史上,每一種算法的提出都會引起一場變革，例如維特比算法、小波變換等均對集成電路設計技術的發(fā)展起到了非常重要的作用,目前神經(jīng)網(wǎng)絡、模糊算法等也很有可能取得較大的突破。提出一種新的電路結(jié)構(gòu)可以帶動一系列的應用,但提出一種新的算法則可以帶動一個新的領域,因此算法應是今后系統(tǒng)芯片領域研究的重點學科之一。在電路結(jié)構(gòu)方面,在系統(tǒng)芯片中，由于射頻、存儲器件的加入，其中的電路結(jié)構(gòu)已經(jīng)不是傳統(tǒng)意義上的CMOS結(jié)構(gòu)，因此需要發(fā)展更靈巧的新型電路結(jié)構(gòu)。另外，為了實現(xiàn)膠聯(lián)邏輯（GlueLogic）新的邏輯陣列技術有望得到快速的發(fā)展,在這一方面也需要做系統(tǒng)深入的研究。

5微電子與其他學科的結(jié)合誕生新的技術增長點

微電子技術的強大生命力在于它可以低成本、大批量地生產(chǎn)出具有高可靠性和高精度的微電子結(jié)構(gòu)模塊。這種技術一旦與其它學科相結(jié)合,便會誕生出一系列嶄新的學科和重大的經(jīng)濟增長點，這方面的典型例子便是MEMS（微機電系統(tǒng)）技術和DNA生物芯片。前者是微電子技術與機械、光學等領域結(jié)合而誕生的，后者則是與生物工程技術結(jié)合的產(chǎn)物。

微電子機械系統(tǒng)不僅是微電子技術的拓寬和延伸,它將微電子技術和精密機械加工技術相互融合，實現(xiàn)了微電子與機械融為一體的系統(tǒng)。MEMS將電子系統(tǒng)和外部世界聯(lián)系起來，它不僅可以感受運動、光、聲、熱、磁等自然界的外部信號，把這些信號轉(zhuǎn)換成電子系統(tǒng)可以認識的電信號，而且還可以通過電子系統(tǒng)控制這些信號，發(fā)出指令并完成該指令。從廣義上講，MEMS是指集微型傳感器、微型執(zhí)行器、信號處理和控制電路、接口電路、通信系統(tǒng)以及電源于一體的微型機電系統(tǒng)。MEMS技術是一種典型的多學科交叉的前沿性研究領域，它幾乎涉及到自然及工程科學的所有領域，如電子技術、機械技術、光學、物理學、化學、生物醫(yī)學、材料科學、能源科學等〖3〗。

MEMS的發(fā)展開辟了一個全新的技術領域和產(chǎn)業(yè)。它們不僅可以降低機電系統(tǒng)的成本，而且還可以完成許多大尺寸機電系統(tǒng)所不能完成的任務。正是由于MEMS器件和系統(tǒng)具有體積小、重量輕、功耗低、成本低、可靠性高、性能優(yōu)異及功能強大等傳統(tǒng)傳感器無法比擬的優(yōu)點,因而MEMS在航空、航天、汽車、生物醫(yī)學、環(huán)境監(jiān)控、軍事以及幾乎人們接觸到的所有領域中都有著十分廣闊的應用前景。例如微慣性傳感器及其組成的微型慣性測量組合能應用于制導、衛(wèi)星控制、汽車自動駕駛、汽車防撞氣囊、汽車防抱死系統(tǒng)（ABS）、穩(wěn)定控制和玩具；微流量系統(tǒng)和微分析儀可用于微推進、傷員救護；信息MEMS系統(tǒng)將在射頻系統(tǒng)、全光通訊系統(tǒng)和高密度存儲器和顯示等方面發(fā)揮重大作用；同時MEMS系統(tǒng)還可以用于醫(yī)療、光譜分析、信息采集等等。現(xiàn)在已經(jīng)成功地制造出了尖端直徑為5μm的可以夾起一個紅細胞的微型鑷子，可以在磁場中飛行的象蝴蝶大小的飛機等。

MEMS技術及其產(chǎn)品的增長速度非常之高，目前正處在技術發(fā)展時期，再過若干年將會迎來MEMS產(chǎn)業(yè)化高速發(fā)展的時期。2000年，全世界MEMS的市場達到120到140億美元，而帶來的與之相關的市場達到1000億美元。

目前，MEMS系統(tǒng)與集成電路發(fā)展的初期情況極為相似。集成電路發(fā)展初期，其電路在今天看來是很簡單的，應用也非常有限，以軍事需求為主,但它的誘人前景吸引了人們進行大量投資，促進了集成電路飛速發(fā)展。集成電路技術的進步,加快了計算機更新?lián)Q代的速度，對CPU和RAM的需求越來越大,反過來又促進了集成電路的發(fā)展。集成電路和計算機在發(fā)展中相互推動，形成了今天的雙贏局面，帶來了一場信息革命?，F(xiàn)階段的微機電系統(tǒng)專用性很強，單個系統(tǒng)的應用范圍非常有限,還沒有出現(xiàn)類似于CPU和RAM這樣量大面廣的產(chǎn)品。隨著微機電系統(tǒng)的進步，最后將有可能形成像微電子技術一樣有廣泛應用前景的新產(chǎn)業(yè)，從而對人們的社會生產(chǎn)和生活方式產(chǎn)生重大影響。

當前MEMS系統(tǒng)能否取得更更大突破，取決于兩方面的因素：第一是在微系統(tǒng)理論與基礎技術方面取得突破性進展，使人們依靠掌握的理論和基礎技術可以高效地設計制造出所需的微系統(tǒng)；第二是找準應用突破口，揚長避短，以特別適合微系統(tǒng)應用的重大領域為目標進行研究,取得突破，從而帶動微系統(tǒng)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。在MEMS發(fā)展中需要繼續(xù)解決的問題主要有：MEMS建模與設計方法學研究；三維微結(jié)構(gòu)構(gòu)造原理、方法、仿真及制造；微小尺度力學和熱學研究；MEMS的表征與計量方法學；納結(jié)構(gòu)與集成技術等。

微電子與生物技術緊密結(jié)合誕生的以DNA芯片等為代表的生物芯片將是21世紀微電子領域的另一個熱點和新的經(jīng)濟增長點。它是以生物科學為基礎，利用生物體、生物組織或細胞等的特點和功能，設計構(gòu)建具有預期性狀的新物種或新品系，并與工程技術相結(jié)合進行加工生產(chǎn)，它是生命科學與技術科學相結(jié)合的產(chǎn)物。具有附加值高、資源占用少等一系列特點，正日益受到廣泛關注。目前最有代表性的生物芯片是DNA芯片。

采用微電子加工技術，可以在指甲蓋大小的硅片上制作出包含有多達萬種DNA基因片段的芯片。利用這種芯片可以在極快的時間內(nèi)檢測或發(fā)現(xiàn)遺傳基因的變化等情況，這無疑對遺傳學研究、疾病診斷、疾病治療和預防、轉(zhuǎn)基因工程等具有極其重要的作用。

DNA芯片的基本思想是通過生物反應或施加電場等措施使一些特殊的物質(zhì)能夠反映出某種基因的特性從而起到檢測基因的目的。目前Stanford和Affymetrix公司的研究人員已經(jīng)利用微電子技術在硅片或玻璃片上制作出了DNA芯片〖4〗。他們制作的DNA芯片是通過在玻璃片上刻蝕出非常小的溝槽，然后在溝槽中覆蓋一層DNA纖維。不同的DNA纖維圖案分別表示不同的DNA基因片段，該芯片共包括6000余種DNA基因片段。DNA（脫氧核糖核酸）是生物學中最重要的一種物質(zhì)，它包含有大量的生物遺傳信息，DNA芯片的作用非常巨大，其應用領域也非常廣泛：它不僅可以用于基因?qū)W研究、生物醫(yī)學等，而且隨著DNA芯片的發(fā)展還將形成微電子生物信息系統(tǒng)，這樣該技術將廣泛應用到農(nóng)業(yè)、工業(yè)、醫(yī)學和環(huán)境保護等人類生活的各個方面，那時，生物芯片有可能象今天的IC芯片一樣無處不在。

目前的生物芯片主要是指通過平面微細加工技術及超分子自組裝技術，在固體芯片表面構(gòu)建的微分析單元和系統(tǒng)，以實現(xiàn)對化合物、蛋白質(zhì)、核酸、細胞以及其它生物組分的準確、快速、大信息量的篩選或檢測。生物芯片的主要研究包括采用生物芯片的具體實現(xiàn)技術、基于生物芯片的生物信息學以及高密度生物芯片的設計、檢測方法學等等。

6結(jié)語

在微電子學發(fā)展歷程的前50年中，創(chuàng)新和基礎研究曾起到非常關鍵的決定性作用。而隨著器件特征尺寸的縮小、納米電子學的出現(xiàn)、新一代SOC的發(fā)展、MEMS和DNA芯片的崛起，又提出了一系列新的課題，客觀需求正在“召喚”創(chuàng)新成果的誕生。

回顧20世紀后50年，展望21世紀前50年，即百年的微電子科學技術發(fā)展歷程，使我們深切地感受到，世紀之交的微電子技術對我們既是一個重大的機遇，也是一個嚴峻的挑戰(zhàn)，如果我們能夠抓住這個機遇，立足創(chuàng)新，去勇敢地迎接這個挑戰(zhàn)，則有可能使我國微電子技術實現(xiàn)騰飛，在新一代微電子技術中擁有自己的知識產(chǎn)權(quán)，促進我國微電子產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，為迎接21世紀中葉將要到來的偉大的民族復興奠定技術基礎，以重鑄中華民族的輝煌！

參考文獻

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[4]NicholasWadeWhereComputersandBiologyMeet:MakingaDNAChip.NewYorkTimes,April8,1997

篇10

關鍵詞微電子技術集成系統(tǒng)微機電系統(tǒng)DNA芯片

1引言

綜觀人類社會發(fā)展的文明史，一切生產(chǎn)方式和生活方式的重大變革都是由于新的科學發(fā)現(xiàn)和新技術的產(chǎn)生而引發(fā)的，科學技術作為革命的力量，推動著人類社會向前發(fā)展。從50多年前晶體管的發(fā)明到目前微電子技術成為整個信息社會的基礎和核心的發(fā)展歷史充分證明了“科學技術是第一生產(chǎn)力”。信息是客觀事物狀態(tài)和運動特征的一種普遍形式，與材料和能源一起是人類社會的重要資源，但對它的利用卻僅僅是開始。當前面臨的信息革命以數(shù)字化和網(wǎng)絡化作為特征。數(shù)字化大大改善了人們對信息的利用，更好地滿足了人們對信息的需求；而網(wǎng)絡化則使人們更為方便地交換信息，使整個地球成為一個“地球村”。以數(shù)字化和網(wǎng)絡化為特征的信息技術同一般技術不同，它具有極強的滲透性和基礎性，它可以滲透和改造各種產(chǎn)業(yè)和行業(yè)，改變著人類的生產(chǎn)和生活方式，改變著經(jīng)濟形態(tài)和社會、政治、文化等各個領域。而它的基礎之一就是微電子技術?？梢院敛豢鋸埖卣f，沒有微電子技術的進步，就不可能有今天信息技術的蓬勃發(fā)展，微電子已經(jīng)成為整個信息社會發(fā)展的基石。

50多年來微電子技術的發(fā)展歷史，實際上就是不斷創(chuàng)新的過程，這里指的創(chuàng)新包括原始創(chuàng)新、技術創(chuàng)新和應用創(chuàng)新等。晶體管的發(fā)明并不是一個孤立的精心設計的實驗，而是一系列固體物理、半導體物理、材料科學等取得重大突破后的必然結(jié)果。1947年發(fā)明點接觸型晶體管、1948年發(fā)明結(jié)型場效應晶體管以及以后的硅平面工藝、集成電路、CMOS技術、半導體隨機存儲器、CPU、非揮發(fā)存儲器等微電子領域的重大發(fā)明也都是一系列創(chuàng)新成果的體現(xiàn)。同時，每一項重大發(fā)明又都開拓出一個新的領域，帶來了新的巨大市場，對我們的生產(chǎn)、生活方式產(chǎn)生了重大的影響。也正是由于微電子技術領域的不斷創(chuàng)新，才能使微電子能夠以每三年集成度翻兩番、特征尺寸縮小倍的速度持續(xù)發(fā)展幾十年。自1968年開始，與硅技術有關的學術論文數(shù)量已經(jīng)超過了與鋼鐵有關的學術論文，所以有人認為，1968年以后人類進入了繼石器、青銅器、鐵器時代之后硅石時代（siliconage）〖1〗。因此可以說社會發(fā)展的本質(zhì)是創(chuàng)新，沒有創(chuàng)新，社會就只能被囚禁在“超穩(wěn)態(tài)”陷阱之中。雖然創(chuàng)新作為經(jīng)濟發(fā)展的改革動力往往會給社會帶來“創(chuàng)造性的破壞”，但經(jīng)過這種破壞后，又將開始一個新的處于更高層次的創(chuàng)新循環(huán)，社會就是以這樣螺旋形上升的方式向前發(fā)展。

在微電子技術發(fā)展的前50年，創(chuàng)新起到了決定性的作用，而今后微電子技術的發(fā)展仍將依賴于一系列創(chuàng)新性成果的出現(xiàn)。我們認為：目前微電子技術已經(jīng)發(fā)展到了一個很關鍵的時期，21世紀上半葉，也就是今后50年微電子技術的發(fā)展趨勢和主要的創(chuàng)新領域主要有以下四個方面：以硅基CMOS電路為主流工藝；系統(tǒng)芯片（SystemOnAChip，SOC）為發(fā)展重點；量子電子器件和以分子（原子）自組裝技術為基礎的納米電子學；與其他學科的結(jié)合誕生新的技術增長點，如MEMS，DNAChip等。

221世紀上半葉仍將以硅基CMOS電路為主流工藝

微電子技術發(fā)展的目標是不斷提高集成系統(tǒng)的性能及性能價格比，因此便要求提高芯片的集成度，這是不斷縮小半導體器件特征尺寸的動力源泉。以MOS技術為例，溝道長度縮小可以提高集成電路的速度；同時縮小溝道長度和寬度還可減小器件尺寸，提高集成度，從而在芯片上集成更多數(shù)目的晶體管，將結(jié)構(gòu)更加復雜、性能更加完善的電子系統(tǒng)集成在一個芯片上；此外，隨著集成度的提高，系統(tǒng)的速度和可靠性也大大提高，價格大幅度下降。由于片內(nèi)信號的延遲總小于芯片間的信號延遲，這樣在器件尺寸縮小后，即使器件本身的性能沒有提高，整個集成系統(tǒng)的性能也可以得到很大的提高。

自1958年集成電路發(fā)明以來，為了提高電子系統(tǒng)的性能，降低成本，微電子器件的特征尺寸不斷縮小，加工精度不斷提高，同時硅片的面積不斷增大。集成電路芯片的發(fā)展基本上遵循了Intel公司創(chuàng)始人之一的GordonE．Moore1965年預言的摩爾定律，即每隔三年集成度增加4倍，特征尺寸縮小倍。在這期間，雖然有很多人預測這種發(fā)展趨勢將減緩，但是微電子產(chǎn)業(yè)三十多年來發(fā)展的狀況證實了Moore的預言[2]。而且根據(jù)我們的預測，微電子技術的這種發(fā)展趨勢還將在21世紀繼續(xù)一段時期，這是其它任何產(chǎn)業(yè)都無法與之比擬的。

現(xiàn)在，0．18微米CMOS工藝技術已成為微電子產(chǎn)業(yè)的主流技術，0．035微米乃至0．020微米的器件已在實驗室中制備成功，研究工作已進入亞0．1微米技術階段，相應的柵氧化層厚度只有2．0～1．0nm。預計到2010年，特征尺寸為0．05～0．07微米的64GDRAM產(chǎn)品將投入批量生產(chǎn)。

21世紀，起碼是21世紀上半葉,微電子生產(chǎn)技術仍將以尺寸不斷縮小的硅基CMOS工藝技術為主流。盡管微電子學在化合物和其它新材料方面的研究取得了很大進展；但還不具備替代硅基工藝的條件。根據(jù)科學技術的發(fā)展規(guī)律，一種新技術從誕生到成為主流技術一般需要20到30年的時間，硅集成電路技術自1947年發(fā)明晶體管1958年發(fā)明集成電路,到60年代末發(fā)展成為大產(chǎn)業(yè)也經(jīng)歷了20多年的時間。另外，全世界數(shù)以萬億美元計的設備和技術投入，已使硅基工藝形成非常強大的產(chǎn)業(yè)能力；同時，長期的科研投入已使人們對硅及其衍生物各種屬性的了解達到十分深入、十分透徹的地步，成為自然界100多種元素之最，這是非常寶貴的知識積累。產(chǎn)業(yè)能力和知識積累決定了硅基工藝起碼將在50年內(nèi)仍起重要作用，人們不會輕易放棄。

目前很多人認為當微電子技術的特征尺寸在2015年達到0．030～0．015微米的“極限”之后，將是硅技術時代的結(jié)束，這實際上是一種誤解。且不說微電子技術除了以特征尺寸為代表的加工工藝技術之外，還有設計技術、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)等方面需要進一步的大力發(fā)展，這些技術的發(fā)展必將使微電子產(chǎn)業(yè)繼續(xù)高速增長。即使是加工工藝技術，很多著名的微電子學家也預測，微電子產(chǎn)業(yè)將于2030年左右步入像汽車工業(yè)、航空工業(yè)這樣的比較成熟的朝陽工業(yè)領域。即使微電子產(chǎn)業(yè)步入汽車、航空等成熟工業(yè)領域，它仍將保持快速發(fā)展趨勢，就像汽車、航空工業(yè)已經(jīng)發(fā)展了50多年仍極具發(fā)展?jié)摿σ粯印?/p>

隨著器件的特征尺寸越來越小，不可避免地會遇到器件結(jié)構(gòu)、關鍵工藝、集成技術以及材料等方面的一系列問題，究其原因，主要是：對其中的物理規(guī)律等科學問題的認識還停留在集成電路誕生和發(fā)展初期所形成的經(jīng)典或半經(jīng)典理論基礎上，這些理論適合于描述微米量級的微電子器件，但對空間尺度為納米量級、空間尺度為飛秒量級的系統(tǒng)芯片中的新器件則難以適用；在材料體系上，SiO2柵介質(zhì)材料、多晶硅／硅化物柵電極等傳統(tǒng)材料由于受到材料特性的制約，已無法滿足亞50納米器件及電路的需求；同時傳統(tǒng)器件結(jié)構(gòu)也已無法滿足亞50納米器件的要求，必須發(fā)展新型的器件結(jié)構(gòu)和微細加工、互連、集成等關鍵工藝技術。具體的需要創(chuàng)新和重點發(fā)展的領域包括：基于介觀和量子物理基礎的半導體器件的輸運理論、器件模型、模擬和仿真軟件，新型器件結(jié)構(gòu)，高k柵介質(zhì)材料和新型柵結(jié)構(gòu)，電子束步進光刻、13nmEUV光刻、超細線條刻蝕，SOI、GeSi／Si等與硅基工藝兼容的新型電路，低K介質(zhì)和Cu互連以及量子器件和納米電子器件的制備和集成技術等。

3量子電子器件（QED）和以分子原子自組裝技術為基礎的納米電子學將帶來嶄新的領域

在上節(jié)我們談到的以尺寸不斷縮小的硅基CMOS工藝技術，可稱之為“scalingdown”，與此同時我們必須注意“bottomup”?！癰ottomup”最重要的領域有二個方面：

(1)量子電子器件（QED—QuantumElectronDevice）這里包括單電子器件和單電子存儲器等。它的基本原理是基于庫侖阻塞機理控制一個或幾個電子運動，由于系統(tǒng)能量的改變和庫侖作用，一個電子進入到一個勢阱，則將阻止其它電子的進入。在單電子存儲器中量子阱替代了通常存儲器中的浮柵。它的主要優(yōu)點是集成度高；由于只有一個或幾個電子活動所以功耗極低；由于相對小的電容和電阻以及短的隧道穿透時間，所以速度很快；且可用于多值邏輯和超高頻振蕩。但它的問題是制造比較困難，特別是制造大量的一致性器件很困難；對環(huán)境高度敏感，可靠性難以保證；在室溫工作時要求電容極?。é罠），要求量子點大小在幾個納米。這些都為集成成電路帶來了很大困難。

因此，目前可以認為它們的理論是清楚的，工藝有待于探索和突破。

(2)以原子分子自組裝技術為基礎的納米電子學。這里包括量子點陣列（QCA—Quantum－dotCellularAutomata)和以碳納米管為基礎的原子分子器件等。

量子點陣列由量子點組成，至少由四個量子點,它們之間以靜電力作用。根據(jù)電子占據(jù)量子點的狀態(tài)形成“0”和“1”狀態(tài)。它在本質(zhì)上是一種非晶體管和無線的方式達到陣列的高密度、低功耗和實現(xiàn)互連。其基本優(yōu)勢是開關速度快，功耗低，集成密度高。但難以制造，且對值置變化和大小改變都極為靈敏，0．05nm的變化可以造成單元工作失效。

以碳納米管為基礎的原子分子器件是近年來快速發(fā)展的一個有前景的領域。碳原子之間的鍵合力很強，可支持高密度電流，而熱導性能類似于金剛石，能在高集成度時大大減小熱耗散，性質(zhì)類金屬和半導體，特別是它有三種可能的雜交態(tài)，而Ge、Si只有一個。這些都使碳納米管（CNT）成為當前科研熱點，從1991年發(fā)現(xiàn)以來，現(xiàn)在已有大量成果涌現(xiàn)，北京大學納米中心彭練矛教授也已制備出0．33納米的CNT并提出“T形結(jié)”作為晶體管的可能性。但是問題是如何去生長有序的符合設計性能的CNT器件，更難以集成。

目前“bottomup”的量子器件和以自組裝技術為基礎的納米器件在制造工藝上往往與“Scalingdown”的加工方法相結(jié)合以制造器件。這對于解決高集成度CMOS電路的功耗制約將會帶來突破性的進展。

QCA和CNT器件不論在理論上還是加工技術上都有大量工作要做，有待突破，離開實際應用還需較長時日！但這終究是一個誘人探索的領域，我們期待它們將創(chuàng)出一個新的天地。

4系統(tǒng)芯片（SystemOnAChip）是21世紀微電子技術發(fā)展的重點

在集成電路（IC）發(fā)展初期，電路設計都從器件的物理版圖設計入手，后來出現(xiàn)了集成電路單元庫（Cell－Lib），使得集成電路設計從器件級進入邏輯級，這樣的設計思路使大批電路和邏輯設計師可以直接參與集成電路設計，極大地推動了IC產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。但集成電路僅僅是一種半成品，它只有裝入整機系統(tǒng)才能發(fā)揮它的作用。IC芯片是通過印刷電路板（PCB）等技術實現(xiàn)整機系統(tǒng)的。盡管IC的速度可以很高、功耗可以很小，但由于PCB板中IC芯片之間的連線延時、PCB板可靠性以及重量等因素的限制，整機系統(tǒng)的性能受到了很大的限制。隨著系統(tǒng)向高速度、低功耗、低電壓和多媒體、網(wǎng)絡化、移動化的發(fā)展，系統(tǒng)對電路的要求越來越高，傳統(tǒng)集成電路設計技術已無法滿足性能日益提高的整機系統(tǒng)的要求。同時，由于IC設計與工藝技術水平提高，集成電路規(guī)模越來越大，復雜程度越來越高，已經(jīng)可以將整個系統(tǒng)集成為一個芯片。目前已經(jīng)可以在一個芯片上集成108－109個晶體管，而且隨著微電子制造技術的發(fā)展，21世紀的微電子技術將從目前的3G時代逐步發(fā)展到3T時代（即存儲容量由G位發(fā)展到T位、集成電路器件的速度由GHz發(fā)展到燈THz、數(shù)據(jù)傳輸速率由Gbps發(fā)展到Tbps，注：1G=109、1T=1012、bps：每秒傳輸數(shù)據(jù)位數(shù)）。

正是在需求牽引和技術推動的雙重作用下，出現(xiàn)了將整個系統(tǒng)集成在一個微電子芯片上的系統(tǒng)芯片（SystemOnAChip，簡稱SOC）概念。

系統(tǒng)芯片（SOC）與集成電路（IC）的設計思想是不同的，它是微電子設計領域的一場革命，它和集成電路的關系與當時集成電路與分立元器件的關系類似，它對微電子技術的推動作用不亞于自50年代末快速發(fā)展起來的集成電路技術。

SOC是從整個系統(tǒng)的角度出發(fā)，把處理機制、模型算法、芯片結(jié)構(gòu)、各層次電路直至器件的設計緊密結(jié)合起來，在單個（或少數(shù)幾個）芯片上完成整個系統(tǒng)的功能，它的設計必須是從系統(tǒng)行為級開始的自頂向下（Top－Down）的。很多研究表明，與IC組成的系統(tǒng)相比，由于SOC設計能夠綜合并全盤考慮整個系統(tǒng)的各種情況，可以在同樣的工藝技術條件下實現(xiàn)更高性能的系統(tǒng)指標。例如若采用SOC方法和0．35μm工藝設計系統(tǒng)芯片,在相同的系統(tǒng)復雜度和處理速率下，能夠相當于采用0．18～0.25μm工藝制作的IC所實現(xiàn)的同樣系統(tǒng)的性能；還有，與采用常規(guī)IC方法設計的芯片相比,采用SOC設計方法完成同樣功能所需要的晶體管數(shù)目約可以降低l～2個數(shù)量級。

對于系統(tǒng)芯片（SOC）的發(fā)展，主要有三個關鍵的支持技術。

（1）軟、硬件的協(xié)同設計技術。面向不同系統(tǒng)的軟件和硬件的功能劃分理論（FunctionalPartitionTheory），這里不同的系統(tǒng)涉及諸多計算機系統(tǒng)、通訊系統(tǒng)、數(shù)據(jù)壓縮解壓縮和加密解密系統(tǒng)等等。

（2）IP模塊庫問題。IP模塊有三種,即軟核，主要是功能描述；固核，主要為結(jié)構(gòu)設計；和硬核，基于工藝的物理設計、與工藝相關，并經(jīng)過工藝驗證過的。其中以硬核使用價值最高。CMOS的CPU、DRAM、SRAM、E2PROM和FlashMemory以及A／D、D／A等都可以成為硬核。其中尤以基于深亞微米的新器件模型和電路模擬為基礎，在速度與功耗上經(jīng)過優(yōu)化并有最大工藝容差的模塊最有價值。現(xiàn)在,美國硅谷在80年代出現(xiàn)無生產(chǎn)線（Fabless)公司的基礎上，90年代后期又出現(xiàn)了一些無芯片（Chipless）的公司,專門銷售IP模塊。

（3）模塊界面間的綜合分析技術,這主要包括IP模塊間的膠聯(lián)邏輯技術（gluelogictechnologies）和IP模塊綜合分析及其實現(xiàn)技術等。

微電子技術從IC向SOC轉(zhuǎn)變不僅是一種概念上的突破,同時也是信息技術新發(fā)展的里程碑。通過以上三個支持技術的創(chuàng)新,它必將導致又一次以系統(tǒng)芯片為主的信息技術上的革命。目前，SOC技術已經(jīng)嶄露頭角，21世紀將是SOC技術真正快速發(fā)展的時期。

在新一代系統(tǒng)芯片領域，需要重點突破的創(chuàng)新點主要包括實現(xiàn)系統(tǒng)功能的算法和電路結(jié)構(gòu)兩個方面。在微電子技術的發(fā)展歷史上,每一種算法的提出都會引起一場變革，例如維特比算法、小波變換等均對集成電路設計技術的發(fā)展起到了非常重要的作用,目前神經(jīng)網(wǎng)絡、模糊算法等也很有可能取得較大的突破。提出一種新的電路結(jié)構(gòu)可以帶動一系列的應用,但提出一種新的算法則可以帶動一個新的領域,因此算法應是今后系統(tǒng)芯片領域研究的重點學科之一。在電路結(jié)構(gòu)方面,在系統(tǒng)芯片中，由于射頻、存儲器件的加入，其中的電路結(jié)構(gòu)已經(jīng)不是傳統(tǒng)意義上的CMOS結(jié)構(gòu)，因此需要發(fā)展更靈巧的新型電路結(jié)構(gòu)。另外，為了實現(xiàn)膠聯(lián)邏輯（GlueLogic）新的邏輯陣列技術有望得到快速的發(fā)展,在這一方面也需要做系統(tǒng)深入的研究。

5微電子與其他學科的結(jié)合誕生新的技術增長點

微電子技術的強大生命力在于它可以低成本、大批量地生產(chǎn)出具有高可靠性和高精度的微電子結(jié)構(gòu)模塊。這種技術一旦與其它學科相結(jié)合,便會誕生出一系列嶄新的學科和重大的經(jīng)濟增長點，這方面的典型例子便是MEMS（微機電系統(tǒng)）技術和DNA生物芯片。前者是微電子技術與機械、光學等領域結(jié)合而誕生的，后者則是與生物工程技術結(jié)合的產(chǎn)物。

微電子機械系統(tǒng)不僅是微電子技術的拓寬和延伸,它將微電子技術和精密機械加工技術相互融合，實現(xiàn)了微電子與機械融為一體的系統(tǒng)。MEMS將電子系統(tǒng)和外部世界聯(lián)系起來，它不僅可以感受運動、光、聲、熱、磁等自然界的外部信號，把這些信號轉(zhuǎn)換成電子系統(tǒng)可以認識的電信號，而且還可以通過電子系統(tǒng)控制這些信號，發(fā)出指令并完成該指令。從廣義上講，MEMS是指集微型傳感器、微型執(zhí)行器、信號處理和控制電路、接口電路、通信系統(tǒng)以及電源于一體的微型機電系統(tǒng)。MEMS技術是一種典型的多學科交叉的前沿性研究領域，它幾乎涉及到自然及工程科學的所有領域，如電子技術、機械技術、光學、物理學、化學、生物醫(yī)學、材料科學、能源科學等〖3〗。

MEMS的發(fā)展開辟了一個全新的技術領域和產(chǎn)業(yè)。它們不僅可以降低機電系統(tǒng)的成本，而且還可以完成許多大尺寸機電系統(tǒng)所不能完成的任務。正是由于MEMS器件和系統(tǒng)具有體積小、重量輕、功耗低、成本低、可靠性高、性能優(yōu)異及功能強大等傳統(tǒng)傳感器無法比擬的優(yōu)點,因而MEMS在航空、航天、汽車、生物醫(yī)學、環(huán)境監(jiān)控、軍事以及幾乎人們接觸到的所有領域中都有著十分廣闊的應用前景。例如微慣性傳感器及其組成的微型慣性測量組合能應用于制導、衛(wèi)星控制、汽車自動駕駛、汽車防撞氣囊、汽車防抱死系統(tǒng)（ABS）、穩(wěn)定控制和玩具；微流量系統(tǒng)和微分析儀可用于微推進、傷員救護；信息MEMS系統(tǒng)將在射頻系統(tǒng)、全光通訊系統(tǒng)和高密度存儲器和顯示等方面發(fā)揮重大作用；同時MEMS系統(tǒng)還可以用于醫(yī)療、光譜分析、信息采集等等?，F(xiàn)在已經(jīng)成功地制造出了尖端直徑為5μm的可以夾起一個紅細胞的微型鑷子，可以在磁場中飛行的象蝴蝶大小的飛機等。

MEMS技術及其產(chǎn)品的增長速度非常之高，目前正處在技術發(fā)展時期，再過若干年將會迎來MEMS產(chǎn)業(yè)化高速發(fā)展的時期。2000年，全世界MEMS的市場達到120到140億美元，而帶來的與之相關的市場達到1000億美元。

目前，MEMS系統(tǒng)與集成電路發(fā)展的初期情況極為相似。集成電路發(fā)展初期，其電路在今天看來是很簡單的，應用也非常有限，以軍事需求為主,但它的誘人前景吸引了人們進行大量投資，促進了集成電路飛速發(fā)展。集成電路技術的進步,加快了計算機更新?lián)Q代的速度，對CPU和RAM的需求越來越大,反過來又促進了集成電路的發(fā)展。集成電路和計算機在發(fā)展中相互推動，形成了今天的雙贏局面，帶來了一場信息革命?，F(xiàn)階段的微機電系統(tǒng)專用性很強，單個系統(tǒng)的應用范圍非常有限,還沒有出現(xiàn)類似于CPU和RAM這樣量大面廣的產(chǎn)品。隨著微機電系統(tǒng)的進步，最后將有可能形成像微電子技術一樣有廣泛應用前景的新產(chǎn)業(yè)，從而對人們的社會生產(chǎn)和生活方式產(chǎn)生重大影響。

當前MEMS系統(tǒng)能否取得更更大突破，取決于兩方面的因素：第一是在微系統(tǒng)理論與基礎技術方面取得突破性進展，使人們依靠掌握的理論和基礎技術可以高效地設計制造出所需的微系統(tǒng)；第二是找準應用突破口，揚長避短，以特別適合微系統(tǒng)應用的重大領域為目標進行研究,取得突破，從而帶動微系統(tǒng)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。在MEMS發(fā)展中需要繼續(xù)解決的問題主要有：MEMS建模與設計方法學研究；三維微結(jié)構(gòu)構(gòu)造原理、方法、仿真及制造；微小尺度力學和熱學研究；MEMS的表征與計量方法學；納結(jié)構(gòu)與集成技術等。

微電子與生物技術緊密結(jié)合誕生的以DNA芯片等為代表的生物芯片將是21世紀微電子領域的另一個熱點和新的經(jīng)濟增長點。它是以生物科學為基礎，利用生物體、生物組織或細胞等的特點和功能，設計構(gòu)建具有預期性狀的新物種或新品系，并與工程技術相結(jié)合進行加工生產(chǎn)，它是生命科學與技術科學相結(jié)合的產(chǎn)物。具有附加值高、資源占用少等一系列特點，正日益受到廣泛關注。目前最有代表性的生物芯片是DNA芯片。

采用微電子加工技術，可以在指甲蓋大小的硅片上制作出包含有多達萬種DNA基因片段的芯片。利用這種芯片可以在極快的時間內(nèi)檢測或發(fā)現(xiàn)遺傳基因的變化等情況，這無疑對遺傳學研究、疾病診斷、疾病治療和預防、轉(zhuǎn)基因工程等具有極其重要的作用。

DNA芯片的基本思想是通過生物反應或施加電場等措施使一些特殊的物質(zhì)能夠反映出某種基因的特性從而起到檢測基因的目的。目前Stanford和Affymetrix公司的研究人員已經(jīng)利用微電子技術在硅片或玻璃片上制作出了DNA芯片〖4〗。他們制作的DNA芯片是通過在玻璃片上刻蝕出非常小的溝槽，然后在溝槽中覆蓋一層DNA纖維。不同的DNA纖維圖案分別表示不同的DNA基因片段，該芯片共包括6000余種DNA基因片段。DNA（脫氧核糖核酸）是生物學中最重要的一種物質(zhì)，它包含有大量的生物遺傳信息，DNA芯片的作用非常巨大，其應用領域也非常廣泛：它不僅可以用于基因?qū)W研究、生物醫(yī)學等，而且隨著DNA芯片的發(fā)展還將形成微電子生物信息系統(tǒng)，這樣該技術將廣泛應用到農(nóng)業(yè)、工業(yè)、醫(yī)學和環(huán)境保護等人類生活的各個方面，那時，生物芯片有可能象今天的IC芯片一樣無處不在。

目前的生物芯片主要是指通過平面微細加工技術及超分子自組裝技術，在固體芯片表面構(gòu)建的微分析單元和系統(tǒng)，以實現(xiàn)對化合物、蛋白質(zhì)、核酸、細胞以及其它生物組分的準確、快速、大信息量的篩選或檢測。生物芯片的主要研究包括采用生物芯片的具體實現(xiàn)技術、基于生物芯片的生物信息學以及高密度生物芯片的設計、檢測方法學等等。

6結(jié)語

在微電子學發(fā)展歷程的前50年中，創(chuàng)新和基礎研究曾起到非常關鍵的決定性作用。而隨著器件特征尺寸的縮小、納米電子學的出現(xiàn)、新一代SOC的發(fā)展、MEMS和DNA芯片的崛起，又提出了一系列新的課題，客觀需求正在“召喚”創(chuàng)新成果的誕生。

回顧20世紀后50年，展望21世紀前50年，即百年的微電子科學技術發(fā)展歷程，使我們深切地感受到，世紀之交的微電子技術對我們既是一個重大的機遇，也是一個嚴峻的挑戰(zhàn)，如果我們能夠抓住這個機遇，立足創(chuàng)新，去勇敢地迎接這個挑戰(zhàn)，則有可能使我國微電子技術實現(xiàn)騰飛，在新一代微電子技術中擁有自己的知識產(chǎn)權(quán)，促進我國微電子產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，為迎接21世紀中葉將要到來的偉大的民族復興奠定技術基礎，以重鑄中華民族的輝煌！

參考文獻

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