微电子

       微电子技术是研究信息载体的技术，构成了信息科学的基石，其发展水平直接影响整个信息技术的发展水平，其理论基础是19世纪末到20世纪30年代期间建立起来的现代物理学。

       微电子技术包括系统电路设计、器件物理、工艺技术、材料制备、自动测试以及封装、组装等一系列专门的技术，涉及固体物理、热力学、统计物理学、材料科学、量子力学、电子线路、信号处理、计算机辅助设计、测试与加工等多个学科领域，微电子技术是微电子学中的各项工艺技术的总和。

       微电子这一名词最初是指尺度在微米量级，通过控制电子的行为进行功能表达。随着器件尺寸的不断缩小进入纳米尺度，微电子这一名词的内涵也在不断扩大，现在一般认为微电子泛指包含微米和纳米尺度的电子学。当然，有时为了便于区分，也会采用纳电子、微纳电子等说法。

门类

       电子科学与技术类

发展

       微电子技术包括系统电路设计、器件物理、工艺技术、材料制备、自动测试以及封装、组装等一系列专门的技术，微电子技术是微电子学中的各项工艺技术的总和。 微电子技术是在电子电路和系统的超小型化和微型化过程中逐渐形成和发展起来的，第二次大战中、后期，由于军事需要对电子设备提出了不少具有根本意义的设想，并研究出一些有用的技术。

       1947年晶体管的发明，后来又结合印刷电路组装使电子电路在小型化的方面前进了一大步。到1958年前后已研究成功以这种组件为基础的混合组件。集成电路的主要工艺技术，是在50年代后半期硅平面晶体管技术和更早的金属真空涂膜技术基础上发展起来的。1964年出现了磁双极型集成电路产品。1962年生产出晶体管——晶体管逻辑电路和发射极耦合逻辑电路。MOS集成电路出现。由于MOS电路在高度集成方面的优点和集成电路对电子技术的影响，集成电路发展越来越快。

       70年代，微电子技术进入了以大规模集成电路为中心的新阶段。随着集成密度日益提高，集成电路正向集成系统发展，电路的设计也日益复杂、费时和昂贵。实际上如果没有计算机的辅助，较复杂的大规模集成电路的设计是不可能的。70年代以来，集成电路利用计算机的设计有很大的进展。制版的计算机辅助设计、器件模拟、电路模拟、逻辑模拟、布局布线的计算辅助设计等程序，都先后研究成功，并发展成为包括校核、优化等算法在内的混合计算机辅助设计，乃至整套设备的计算机辅助设计系统。集成电路制造的计算机管理，也已开始实现。

       此外，与大规模集成和超大规模集成的高速发展相适应，有关的器件材料科学和技术、测试科学和计算机辅助测试、封装技术和超净室技术等都有重大的进展。 电子技术发展很快，在工艺技术上，微细加工技术，如电子束、离子束、X射线等复印技术和干法刻蚀技术日益完善，使生产上达到亚微米以至更高的光刻水平，集成电路的集成度超大型约每片10^6—10^7个元件，以至达到全图片上集成一个复杂的微电子系统。高质量的超薄氧化层、新的离子注入退火技术、高电导高熔点金属以及硅化物金属化和浅欧姆结等一系列工艺技术正获得进一步的发展。在微电子技术的设计和测试技术方面，随着集成度和集成系统复杂性的提高，冗余技术、容错技术，将在设计技术中得到广泛应用。

发展趋势

       微电子的发展一直存在顶层设计，从早期的国际半导体技术路线图(ITRS)到现在的国际器件与系统路线图(IRDS) ，通过汇集全球顶尖科学家的智慧，对微电子器件和系统的发展路线进行规划，指导并推动着微电子技术的发展，呈现出以下趋势：

       器件尺寸不断缩小、三维集成成为主流

       按照摩尔定律硅平面器件不断等比例缩小已经基本终结，为了在单位面积上容纳更多的器件，对器件进行三维集成成为主流，这和我们从平房转变为楼房的趋势十分类似。例如3D NAND存储器通过增加垂直层数来获得更大的存储容量，目前已经突破200层并仍在不断增加层数。

       新材料的引入

       微电子技术选用以硅原料为主制成的芯片，然而随着该技术持续多年的快速发展，材料性能已逼近极限。近年来，针对新材料体系的研发逐步加速，如高迁移率半导体材料、宽禁带和超宽禁带半导体、非晶氧化物半导体、碳基材料、二维材料等。

       新结构的引入

       具有新型结构的微电子器件开始凸显其优势。以MOSFET为例，它的结构从早期的平面型器件逐步发展为双栅、立体栅、环栅等结构。例如，如TSMC的2 nm制程GAA（gate-all-around），以及尚处于研发阶段的CFET（垂直堆叠互补场效应晶体管）等。

       新型封装技术

       微电子封装技术从最早的陶瓷扁平封装出现至今，经历了由2D封装形式向3D封装形式转变，并由单纯后道工艺逐渐转变为前后道融合工艺。3D封装技术是伴随着移动互联网的发展而逐渐兴起的，是同时满足多个芯片组立体式封装需求的有效途径。例如，在3D IC中将多颗芯片（如堆叠的高带宽存储器HBM）进行三维空间垂直整合，以应对半导体制程受到的电子及材料的物理极限。3D封装技术具备的主要技术优势在于功能性丰富、封装密度高，同时结合TSV、FOWLP等技术大大减少了所需的引线互联，可有效降低信号损耗，提升集成电路运行速度。

       面向人工智能的新应用方向

       随着人工智能领域的突飞猛进，微电子技术在该领域的支撑作用越来越明显，尤其是面向AI的新架构芯片和高算力芯片技术，已成为重要的研发方向。

       绿色环保微电子技术

       节能减排是当今社会发展的主要趋势。未来微电子技术必须实现绿色发展目标，将沿着低功耗、高能效、环境友好等方向发展。

基本工艺

       包括 PHOTO DOPING ETCHING CMP 等，0.18um 0.22um 90纳米工艺等。

微电子学

       微电子学是研究在固体（主要是半导体）材料上构成的微小型化电路、电路及系统的电子学分支。作为电子学的分支学科，它主要研究电子或离子在固体材料中的运动规律及其应用，并利用它实现信号处理功能的科学，以实现电路的系统和集成为目的，实用性强。微电子学又是信息领域的重要基础学科，在这一领域上，微电子学是研究并实现信息获取、传输、存储、处理和输出的科学，是研究信息获取的科学，构成了信息科学的基石，其发展水平直接影响着整个信息技术的发展。微电子科学技术的发展水平和产业规模是一个国家经济实力的重要标志。

       微电子学是一门综合性很强的边缘学科，其中包括了半导体器件物理、集成电路工艺和集成电路及系统的设计、测试等多方面的内容；涉及了固体物理学、量子力学、热力学与统计物理学、材料科学、电子线路、信号处理、计算机辅助设计、测试和加工、图论、化学等多个领域。微电子学是一门发展极为迅速的学科，高集成度、低功耗、高性能、高可靠性是微电子学发展的方向。信息技术发展的方向是多媒体（智能化）、网络化和个体化。要求系统获取和存储海量的多媒体信息、以极高速度精确可靠的处理和传输这些信息并及时地把有用信息显示出来或用于控制。所有这些都只能依赖于微电子技术的支撑才能成为现实。超高容量、超小型、超高速、超高频、超低功耗是信息技术无止境追求的目标，是微电子技术迅速发展的动力。微电子学渗透性强，其他学科结合产生出了一系列新的交叉学科。微机电系统(MEMS)、生物芯片就是这方面的代表，是近年来发展起来的具有广阔应用前景的新技术。 培养要求：本专业学生主要学习微电子学的基本理论和基本知识，受到科学实验与科学思维的基本训练，具有良好科学素养，掌握大规模集成电路及新型半导体器件的设计、制造及测试所必需的基本理论和方法，具有电路分析、工艺分析、器件性能分析和版图设计等的基本能力。主干学科：电子科学与技术 主要课程：半导体物理及实验、半导体器件物理、集成电路设计原理、集成电路工艺原理、集成电路CAD、微电子学专业实验和集成电路工艺实习等。

应用

       微电子技术的应用范围非常广泛，几乎渗透到了所有高科技领域。以下是一些主要的应用方向：

1. 通信技术

       微电子在移动 通信 、卫星通信、光纤通信等领域中发挥着关键作用。它使得高速数据传输和高效信号处理成为可能，是现代通信技术不可或缺的基础。

2. 计算机技术

       微电子是现代计算机硬件的核心，包括微处理器、内存芯片、图形处理单元等。微电子技术可以将计算机所需的电路封装得极其小巧，从而实现计算机系统的高速运转和高效能。

3. 消费电子产品

       智能手机、平板电脑、电视、音响系统等多种消费电子产品中广泛使用微电子组件。这些组件不仅提升了产品的性能，还使得产品更加轻便、高效。

4. 汽车行业

       在汽车行业，微电子用于增强车辆的安全性、舒适性和性能。例如，在智能驾驶辅助系统、电子控制单元等关键系统中，微电子技术发挥着重要作用。随着新能源汽车的发展，微电子技术的应用将更加广泛和深入。

5. 医疗技术

       微电子在医疗设备中的应用包括成像设备（如MRI、CT扫描）、植入式医疗设备（如心脏起搏器）和便携式健康监测设备等。这些设备不仅提高了医疗诊断的准确性和效率，还改善了患者的生活质量。

6. 航空航天

       在航空航天领域，微电子用于飞行控制系统、卫星通信、航天器上的传感器和计算系统等。这些系统对于确保飞行安全和实现高效通信至关重要。

7. 物联网(IoT)

       微电子是实现物联网的关键技术之一。它用于传感器、智能设备和数据处理等环节，使得物联网系统能够实现高效、智能的数据采集、传输和处理。

8. 能源技术

       在可再生能源技术和智能电网中，微电子用于优化能源的生成、分配和使用。例如，在太阳能光伏系统中，微电子技术可以提升光伏电池的转换效率；在智能电网中，微电子组件可以实现对电网状态的实时监测和控制。

9. 国防和安全

       在国防领域，微电子用于雷达系统、通信设备、导弹导航系统和监视设备等。这些系统对于确保国家安全和维护社会稳定具有重要意义。

10. 工业自动化和控制

       微电子技术在工业自动化中发挥着重要作用，用于各种控制系统、机器人技术和过程监控。它提高了工业生产的自动化水平和效率，降低了人力成本。

       总之，微电子技术的应用领域非常广泛，几乎涵盖了所有高科技领域。随着技术的不断发展和创新，微电子技术的应用前景将更加广阔和光明。