微電子技術 -高校專業

微電子技術

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微電子技術是建立在以積體電路為核心的各種半導體器件基礎上的高新電子技術,特點是體積小、重量輕、可靠性高、工作速度快,微電子技術對信息時代具有巨大的影響。

  • 中文名稱
    微電子技術
  • 外文名稱
    Microelectronic technology
  • 拼音
    wēi diàn zǐ jì shù
  • 特點
    體積小、重量輕、可靠性高、工作速度快

基本概述

微電子技術是建立在以積體電路為核心的各種半導體器件基礎上的高新電子技術,特點是體積小、重量輕、可靠性高、工作速度快,微電子技術對信息時代具有巨大的影響。

微電子晶片微電子晶片

高校專業

專業概述

本專業主要培養具有扎實的半導體材料、器件、工藝、積體電路原理、設計等專業理論知識和電子技術基礎知識,主要從事半導體積體電路晶片製造、測試、封裝、版圖設計及質量管理、生產管理、設備維護等半導體製造行業急需的一線工程技術人員和高級技術工人。本專業以培養學生半導體製造方面的動手能力為第一,根據半導體製造業設備自動化的特點加強學生電子技術、電腦、設備維護等專業基礎知識,使學生有較強的工作適應能力和較大的專業發展能力。

主幹課程

主幹理論課:固體物理基礎、半導體物理基礎、半導體器件與測量、半導體材料、半導體製造技術、微電子封裝技術、半導體可靠性技術、數位邏輯設計、模擬電路、積體電路原理、積體電路設計、電工基礎、模擬電子線路、數位電路、工程化學、電路CAD基礎、可程式邏輯器件、專業英語、電子測量、單片機原理、品質管理。

主幹實踐課:積體電路製造實訓、半導體器件測量實訓、半導體器件課程設計、半導體工藝課程設計、積體電路設計課程設計、微電子綜合課程設計、電工實訓、電子整機裝配實訓、電腦組裝與維護實訓、電路CAD課程設計。

專業證書

全國電腦等級考試一級證書;勞動部頒發的:半導體積體電路裝調工中級證書(或半導體晶片製造中級工)等。

就業方向

主要面向微電子產品的生產企業和經營單位,從事半導體晶片,電子元器件的製造、封裝與測試、檢驗、質量控製、設備維護、工藝改進以及中小規模半導體積體電路版圖設計等技術工作,生產管理和微電子產品的採購、銷售及服務工作。

主要設計

微電子系統和電路的設計概念,與分立元件電路的設計概念有原則上的不同。例如,設計一個分立元件電路,常常要考慮節省有源元件,使系統的功耗、體積、成本下降。但對超大規模積體電路,增加電晶體數目往往並不會增加很多麻煩,可通過版圖來實現,其他工序並不增加。但是,由于空間的限製,布線問題卻十分突出,必須盡量減少連線。微電子系統和電路的設計必須緊密聯系器件、版圖、工藝製造等整個過程來統一考慮。實際上,系統、電路、器件、測嘗試案和版圖是結合工藝條件一起設計的。設計不僅要求功能正確、性能好、可靠性有保證,而且要盡量使晶片面積減小。微電子集成晶片一經製出就無法調試。調試工作包括校核、最佳化等,必須在設計過程中由軟體來執行。集成系統或電路晶片一般是大批量生產的,所以,設計的好壞影響極大。為此,微電子系統或電路要依靠電腦輔助進行設計。除了研究邏輯、電路、時序、工藝、器件和版圖等各項電腦輔助設計程式以外,把這些程式結合在一起,加入各步的校核和最佳化程式,用一個統一的資料庫和管理系統來指揮執行,也就是組成一個大規模或超大規模集成的設計系統,使設計全部自動化。現代超大規模集成和大規模集成按設計方法可分為大批量生產的常用電路和按使用者需要設計的定製積體電路兩大類。前一類產品如存儲器、微處理機等需要量大,產值很高,需要十分精細的設計,力求面積最小,性能最好,而成品率又最高。在這類產品的設計中迄今仍有許多人工介入,各類電腦程式主要是輔助。後一類產品用量較小,製造成本、晶片面積往往不是主要的,而設計和製造周期及其成本則是主要的。邏輯電路有三種設計方法。①母片法:由工廠設計含有一定數量(幾百以至幾千)的門電路或觸發器等單元電路,排成陣列。晶片中所有單元尺寸全部一致,晶片大小對一定的型號也是固定的。陣列周圍往往還設計有一定數量的輸入輸出電路或其他接口電路,陣列間設定了一定的布線通道。使用者(或委托廠家)可以按需要選定特定型號的晶片,然後利用布執行緒序選定單元並進行布線,以取得具有所需功能的積體電路晶片。隻需按使用者實際需要進行布線設計和製作特定的版,所以,這種電路也叫作半使用者電路。由于使用者設計是以已有的基本陣列晶片為基礎的,這種設計方法叫作母片法。通常的門陣列晶片就是按這種方法設計的。②多元胞法:其單元可以是有一定數量的門、觸發器和其他功能塊,版圖存儲在資料庫中。晶片中單元結構及其排布有一定的規則,如單元寬度必須相同,長度可以任意,必須按行排列,引線頭分別在單元的一側或兩側等。這些規定都是為了簡化布線。人們可以根據使用者的需要,調用庫中的各種單元和功能塊,然後利用程式進行布局和布線,實現最後的晶片設計。多元胞法的設計彈性顯然比母片法高。晶片上沒有空餘單元,所以,晶片利用率也比一般門陣列要高。③任意元胞法(積木塊法):此法對單元沒有形狀大小的限製,因而彈性和晶片利用率更高。但布局、布線的演算法更復雜,實際上還處于研究階段。

專業概述

隨著科技的迅猛發展,信息技術,電子技術,自動化技術及電腦技術日漸融合,成為當今社會科技領域的重要支柱技術,任何領域的研發工作都與這些技術緊密聯系,而他們的相互交叉,相互滲透,也越來越密切。

作為信息科技的前沿應包括下面一些內容:微電子學與納米電子學;RISC精簡指令系統與並行計算技術;Multimedia(多媒體)與Virtual Reality(虛擬現實,(又稱靈境)技術;軟體工程、CASE軟體工程開發環境以及根據人的一般思維方法和認知過程去開發的面向對象的軟體技術;自動控製(除了第一、第二代控製理論及系統外,還有模糊控製人工智慧、神經網路的理論與系統等),最後是與近代通信相關的科技……我們從微電子學與納米電子學、電子電腦科技與現代通信這幾個方面做簡要介紹。

微電子學與納米電子學

微電子技術是現代電子信息技術的直接基礎,它的發展有力推動了通信技術,電腦技術和網路技術的迅速發展,成為衡量一個國家科技進步的重要標志。美國貝爾研究所的三位科學家因研製成功第一個結晶體三極體,獲得1956年諾貝爾物理學獎。電晶體成為積體電路技術發展的基礎,現代微電子技術就是建立在以積體電路為核心的各種半導體器件基礎上的高新電子技術。積體電路的生產始于1959年,其特點是體積小、重量輕、可靠性高、工作速度快。衡量微電子技術進步的標志要在三個方面:一是縮小晶片中器件結構的尺寸,即縮小加工線條的寬度;二是增加晶片中所包含的元器件的數量,即擴大集成規模;三是開拓有針對性的設計套用。

大規模積體電路指每一單晶矽片上可以集成製作一千個以上的元器件。集成度在一萬至十萬以上元器件的為超大規模積體電路。國際上80年代大規模和超大規模積體電路光刻標準線條寬度為0.7一0.8微米,集成度為108 。90年代的標準線條寬度為0.3一0.5微米,集成度為109。積體電路有專用電路(如鍾表、照相機、洗衣機等電路)和通用電路。通用電路中最典型的是存貯器和處理器,套用極為廣泛。電腦的換代就取決于這兩項積體電路的集成規模。

存貯器是具有信息存貯能力的器件。隨著積體電路的發展,半導體存貯器已大範圍地取代過去使用的磁性存貯器,成為電腦進行數位運算和信息處理過程中的信息存貯器件。存貯器的大小(或稱容量)常以位元組為單位,位元組則以大寫字母B表示,存貯器晶片的集成度已以百萬位(MB)為單位。目前,實驗室已做出8MB的動態存貯器晶片。一個漢字佔用2個位元組,也就是說,400萬漢字可以放入指甲大小的一塊矽片上。動態存貯器的集成度以每3年翻兩番的速度發展。

中央處理器(CPU)是積體電路技術的另一重要方面,其主要功能是執行“指令”進行運算或資料處理。現代電腦的CPU通常由數十萬到數百萬電晶體組成。70年代,隨著微電子技術的發展,促使一個完整的CPU可以製作在一塊指甲大小的矽片上。度量CPU性能最重要的指標是“速度”,即看它每秒鍾能執行多少條指令。60年代初,最快的CPU每秒能執行100萬條指令(常縮寫成MIPS)。1991年,高檔微處理器的速度已達5000萬一8000萬次。現在繼續提高CPU速度的精簡指令系統技術(即將復雜指令精減、減少)以及並行運算技術(同時並行地執行若幹指令)正在發展中。在這個領域,美國矽谷的英特爾公司一直處于領先地位。

此外,光學與電子學的結合,成為光電子技術,被稱為尖端中的尖端,為微電子技術的進一步發展找到了新的出路。美國《時代》雜志預測:“21世紀將成為光電子時代。”其主要領有雷射技術、紅外技術、光纖通信技術等。

套用領域

微電子技術與大規模積體電路、超大規模積體電路

小型化集成系統

微電子學給人類帶來了半個世紀的繁榮。目前國際上積體電路生產線已普遍採用8圓片,0.35um工藝。我國 積體電路積體電路的大生產水準發展也很快。1995年已經達到了6'1.2um的水準,IC產量到2000年可望達到年產10億塊。1995年4月,中科院微電子中心已開發出0.8um的CMOS工藝,在5.0×5.7mm 面積上集成了26000隻電晶體、輸出管腳數為72,製成了通用的模糊控製集成塊。

積體電路積體電路

高密度電子組裝技術

積體電路IC實際上完成了晶片級的電子組裝,有著極高的互聯密度。那麽,能不能將高集成鵲腖SI/VLSI/ULSI(大規模/超大規模/特大規模積體電路)和ASIC/FPGA/EPLD(專用IC/現場可程式門陣列/電可擦除可程式的邏輯器件)等組裝在一起實現積體電路的功能集成呢?這就是SMT(表面安裝技術)、HWSI(混合大圓片規模集成技術)和3D(三維組裝技術)。這些技術,推動著電子設備和產品繼續向薄輕短小發展,在片狀元件的小型化和自動安裝設備所能處理的元件尺寸已瀕臨極限的今天,起著關鍵的作用。進入90年代,代表性技術則輪到了MCM,人稱多晶片組裝時代,到2000年即下世紀初,將是WSI/HWSI/3D時代!WSI是將復雜的電子電路集成在一個大圓片上。將IC晶片,MCM和WSI進行三維迭裝的3D組裝突破了二維的限製,使組裝密度更上一層樓。

納米電子學

近幾十年來,電子電腦已歷經了幾代的更迭,而代代更迭都是以存儲或處理信息的基本電子學單元的尺度變化為標志的。從80年代開始,科學家開始探索特征尺寸為納米量級的電子學,納米電子學主要研究以掃描隧道顯微鏡為工具的單原子或單分子操縱技術。這些技術都有可能在納米量級進行加工,目前已形成納米量級的、信息存儲器,存儲狀態已維持一個月以上,希圖用此技術去製作16GB的存儲器。德國的福克斯博士等製出了原子開關,達到了比現今晶片高100萬倍的存儲容量,獲得了莫裏斯獎。量子力學告訴我們,電子與光同時都具有粒子波的特徵,今天的微電子學和光電子器件將縮到。0.1線寬,電子的波動性質再也不能忽視,把電子視為一種純粹粒子的半導體理論基礎已經動搖。這時電子所表現出來的波動特征和擁有的量子功能就是納米電子學的任務。納米電子學有更多誘人之處。科學家們已經預言,納米電子學將導致一場電子技術的革命!

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