微電子技術(shù)是在電子電路和電子系統(tǒng)的超小型化及微型化過程中逐漸形成和發(fā)展起來的，以集成電路為核心的電子技術(shù)。

　　微電子技術(shù)是在傳統(tǒng)的電子技術(shù)基礎(chǔ)上發(fā)展起來的。之所以稱之為“微電子”，顧名思義就是由于它是在微小的范疇內(nèi)的一種先進技術(shù)，其特征是“四微”：①它對信號的加工處理是在一種固體內(nèi)的微觀電子運動中實現(xiàn)的；②它的工作范圍是固體的微米級甚至晶格級微區(qū)；③對信號的傳遞交換只在極微小的尺度內(nèi)進行；④它的容積很大，可以把一個電子功能部件，甚至一個子系統(tǒng)集成在一個微型芯片上?？傊?，微電子技術(shù)是指在幾乎肉眼看不見的范圍內(nèi)進行工作的一種獨特而神奇的特種技術(shù)。

　　微電子技術(shù)影響著一個國家的綜合國力，以及人們的工作方式、生活方式和思維方式，被看作是新技術(shù)革命的核心技術(shù)。可以毫不夸張地說，沒有微電子就沒有今天的信息產(chǎn)業(yè)，就不可能有計算機、現(xiàn)代通信、網(wǎng)絡(luò)等產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，就沒有今天的信息社會。因此，許多國家都把微電子技術(shù)作為重要的戰(zhàn)略技術(shù)加以高度重視，并投入大量的人力、財力和物力進行研究和開發(fā)。

　　由于集成電路實現(xiàn)了材料、元件和電路的一體化及設(shè)計和工藝的一體化，大大簡化了傳統(tǒng)電子設(shè)備的制作工藝和成本，也使電子設(shè)備的小型化、高可靠性成為可能。在集成電路出現(xiàn)以來的40多年間，其集成度以每3年翻兩番的速度快速增加，從而推動了微電子技術(shù)的迅猛發(fā)展，對人類社會的生產(chǎn)、生活產(chǎn)生了極其深遠的影響。

　　首先，微電子技術(shù)的發(fā)展，特別是大規(guī)模和超大規(guī)模集成電路的出現(xiàn)，引起了計算機技術(shù)的革命性變革，促進了計算機在各行各業(yè)的應用，推動了新技術(shù)革命的迅猛發(fā)展，引起了人類社會的深刻變化。

　　其次，微電子技術(shù)的發(fā)展，使集成電路可以低成本、高效率大批量生產(chǎn)。由于集成電路所具有的體積小、重要輕、可靠性高、能耗省等獨特優(yōu)點，它已廣泛應用于國防、文化、教育、衛(wèi)生、交通運輸、郵電通信、經(jīng)濟管理和各種消費類電子產(chǎn)品中。目前，它對電子產(chǎn)品的滲透率接近100％，成為現(xiàn)代信息社會的細胞。

　　再次，微電子技術(shù)已經(jīng)成為發(fā)展科學技術(shù)、促進經(jīng)濟發(fā)展、推動信息化社會進程、加強軍事實力、提高醫(yī)療水平的關(guān)鍵性基礎(chǔ)技術(shù)。微電子技術(shù)的發(fā)展水平和發(fā)展規(guī)模已經(jīng)成為衡量國家經(jīng)濟實力和技術(shù)進步的重要尺度，是一個國家綜合國力的具體表現(xiàn)。

　　當代微電子技術(shù)正在向著高集成度、高速、低功耗、低成本的方向發(fā)展。它的進步主要借助于以下幾個方面：

　　1．制造工藝的改進。在制造工藝方面由最初的單層平面分布發(fā)展到后來的多層工藝(有多層高密度和多層多功能兩種方式)，以降低成本，增加功能。采用人工超晶格工藝(一種用人工控制晶體晶格大小制造晶體的新工藝)，制造的器件叫超晶格半導體器件。這種器件的速度比硅半導體器件快10—100倍。使用敏感集成電路(在一塊芯片上同時集成各種敏感元件及外圍電路)，可以縮小體積，降低成本，提高可靠性，增加功能。系統(tǒng)的集成方法將從二維結(jié)構(gòu)向三維立體結(jié)構(gòu)發(fā)展，這樣會實現(xiàn)集成度的新突破，為集成電路的發(fā)展拓出一條新的可行之路。

　　2．材料的更新。科學家正廣泛地探索以新材料取代硅晶體的可行途徑。隨著微電子技術(shù)的高速發(fā)展，硅材料的局限性已逐步暴露出來。采用砷化鎵、磷化銦等氧化物半導體材料和超導材料、金剛石材料制造集成電路，可以提高集成電路的開關(guān)速度、抗輻射能力和工作溫度(金剛石集成電路可在500℃—700℃下正常工作)。2000年2月12日，德國埃森大學和漢諾威大學宣布聯(lián)合研制成功在硅板上生長鍺半導體，由此制成的集成電路其開關(guān)速度將大大快于硅集成電路。同時，采用在有機物原子的化學鏈中儲存信息的技術(shù)所研制的“生物芯片”也取得了一些進展。

　　3．芯片尺寸的增大。芯片尺寸的增大可為集成度的提高提供物質(zhì)基礎(chǔ)，并且芯片尺寸越大，集成電路的平均成本越低。1998年，芯片尺寸已由原來的3—4英寸，增大到8—10英寸。目前已經(jīng)達到12英寸。預計今后幾年芯片的容量將達到令人震驚的程度，即一個芯片上可包含10億個元件，其電路僅有幾個原子那么薄。這必然會帶來芯片功能密度和性能價格比的大幅度提高。

　　微電子技術(shù)是微小型電子元器件和電路的研制、生產(chǎn)以及用它們實現(xiàn)電子系統(tǒng)功能的技術(shù)領(lǐng)域。它是20世紀50年代后隨著集成電路技術(shù)、特別是大規(guī)模集成電路技術(shù)的發(fā)展而逐漸興起的新技術(shù)。

　　微電子技術(shù)不僅使電子設(shè)備和系統(tǒng)的微型化成為可能，更重要的是它引起了電子設(shè)備和系統(tǒng)的設(shè)計、工藝、封裝等的巨大變革。所有的傳統(tǒng)元器件，如晶體管、電阻、連線等，都將以整體的形式互相連接，設(shè)計的出發(fā)點不再是單個元器件，而是整個系統(tǒng)或設(shè)備。

　　一、從晶體管到集成電路

　　20世紀30年代，量子力學取得了舉世矚目的成就，它應用于固體物理，產(chǎn)生了固體能帶理論，為發(fā)展半導體技術(shù)奠定了重要基礎(chǔ)。1947年，美國電報電話公司(AT&T)的貝爾實驗室的三位科學家巴丁、布萊頓和肖克萊發(fā)明了晶體管。這一發(fā)明是20世紀電子技術(shù)上的重大突破，為微電子技術(shù)的出臺拉開了序幕。

　　晶體管取代電子管，只是一種器件代替另一種器件。生產(chǎn)和軍事部門還希望電子設(shè)備進一步微小型化，這又強烈地推動人們?nèi)ラ_辟電子技術(shù)的新途徑。

　　1952年5月，英國人達默在一次電子元件會議上首次提出了集成電路的設(shè)想：將電子設(shè)備做在一個沒有導線的固體塊上，這種固體塊由一些絕緣的、導電的、整流的以及放大的材料層構(gòu)成，把每層分割出來的區(qū)域直接相連，以實現(xiàn)某種功能。1957年，英國普列斯公司與馬耳維爾雷達研究所協(xié)作，在6．3 mm×6．3 mm×3．15 mm的硅晶上，制成了觸發(fā)器電路。1958年，美國得克薩斯公司的基爾比和仙童公司的諾伊斯在6．45 mm²的硅片上做成了一個包括電阻、電容在內(nèi)的由12個元件組成的RC移相振蕩器。1959年，仙童公司的諾伊斯和摩爾研制出了一種特別適合于做集成電路的工藝，巧妙地利用二氧化硅對某些雜質(zhì)的擴散的屏蔽作用，在硅片上的二氧化硅層被刻蝕的窗口中，擴散一定的材料，以形成各種元器件，同時，又應用PN結(jié)的隔離技術(shù)，并在二氧化硅上沉積金屬作為導線，這樣就基本上完成了集成電路的全部工藝。

　　集成電路的發(fā)明導致了電子技術(shù)的一次新的革命，標志著進入了微電子技術(shù)的階段。

　　集成電路是以半導體晶體材料為基片，采用專門工藝技術(shù)將組成電路的元器件和互連線集成在基片內(nèi)部、表面或基片之上的微小型化電路或系統(tǒng)。

　　標志集成電路水平的指標之一是集成度。所謂集成度就是指在一定尺寸的芯片上能做多少個晶體管。一般將100個晶體管以下的集成電路稱為小規(guī)模集成電路(small scale integration，簡稱SSI)，100～1 000個晶體管的集成電路稱為中規(guī)模集成電路(medium scale integration，簡稱MSI)，1 000～100 000個晶體管的集成電路成為大規(guī)模集成電路(1arge scale integration，簡稱LSI)，10萬—1 000萬個晶體管的集成電路成為超大規(guī)模集成電路(very large scale integration，簡稱VLSI)。

　　集成電路發(fā)展的初期僅能在一個芯片上制造十幾個和幾十個晶體管，因而電路的功能是有限的。到20世紀60年代中期，集成度已提高到幾百甚至上千個元器件。70年代是集成電路飛速發(fā)展的時期，進入大規(guī)模集成電路時代，這期間已經(jīng)出現(xiàn)了集成20多萬個元器件的芯片。大規(guī)模集成電路不僅僅是元器件集成數(shù)量的增加，集成的對象也發(fā)生了根本的變化，它可以是一個復雜的功能部件，也可以是一臺整機(單片計算機)。80年代可以看作是超大規(guī)模集成電路的時代，芯片上元器件的集成數(shù)量已突破了百萬大關(guān)，這么多的元件集成在一小塊硅片上，元件所占的面積及元件間的連線細到0．25μm(1μm=10 ^{? 6}m)。目前，世界集成電路在向0．18μm、0．13μm加工工藝過渡。

　　集成電路面世以來便以集成度每三年便翻兩番的摩爾定律發(fā)展。

　　二、微型計算機的心臟——微處理器

　　微電子技術(shù)最重要的應用就是計算機技術(shù)領(lǐng)域。計算機的發(fā)展建立在微電子技術(shù)基礎(chǔ)之上，而計算機應用領(lǐng)域的拓寬，反過來更促進了微電子技術(shù)的發(fā)展。

　　在計算機家族中，影響面最大、應用最廣泛的是微型計算機(簡稱微機)。微型計算機的運算器、控制器、存儲器以及輸入、輸出設(shè)備都是微電子技術(shù)的結(jié)晶。其中運算器和控制器集成在一個芯片上，稱為中央處理單元(central processing unit，簡稱CPU)，也叫微處理器，它是微型計算機的心臟。運算器是完成數(shù)學運算和邏輯運算的部分，控制器則起指揮計算機的作用。計算機之所以叫電腦，就是由于微處理器像人的大腦一樣起指揮作用。人們常說的奔騰、安騰、酷睿計算機，實際上指的是微處理器的品牌和型號。微處理器指揮著計算機各部分的工作，可以接收和傳輸信息，并在其內(nèi)部進行數(shù)據(jù)的運算、比較、交換、分類、排序、檢索等信息處理。

　　微處理器的歷史可追溯到1971年，當時Intel公司推出了世界上第一臺微處理器4004。它有2 300個晶體管，具有每秒6萬次的運算速度，它可從半導體存儲器中提取指令，實現(xiàn)大量不同的功能。這在當時是非常了不起的。

　　1980年，Intel的16位8088微處理器被IBM選中做第一代PC機的核心器件，開創(chuàng)了個人電腦的時代。

　　1982年，Intel推出了80286芯片，內(nèi)部裝有13．4萬個晶體管，具有當時的其他16位處理器三倍的性能。這種芯片用在IBM PC／AT計算機上。

　　1985年，80386處理器投放市場，采用新的32位結(jié)構(gòu)，內(nèi)裝27．5萬個晶體管，芯片每秒鐘可完成5百萬條指令(5MIPS)。

　　1989年，出現(xiàn)了80486處理器，芯片內(nèi)裝120萬個晶體管，帶有數(shù)字協(xié)處理器。這種芯片大約比最初的4004快50倍。

　　1993年，Intel推出了奔騰處理器。奔騰處理器用了310萬個晶體管，運算速度達到90MIPS，是原始的4004處理器的1 500倍。

　　1997年，Intel推出了具有750萬個晶體管的奔騰Ⅱ，AMD推出具有880萬個晶體管的K6MMX微處理器。利用這種芯片的計算機，具有更高的性能價格比。

　　2002年，Intel推出了主頻為2．2 GHz的奔騰Ⅳ芯片，采用0．13μm工藝生產(chǎn)。AMD推出了主頻為1．67 GHz的Athlon XP 2000+芯片，盡管主頻較低，但性能不比Intel遜色。

　　2006年，Intel推出酷睿2雙核處理器，宣布了奔騰時代的結(jié)束。與上一代處理器相比，酷睿2雙核處理器在性能方面提高40％，功耗反而降低40％，可以高速的進行多項任務(wù)操作。該處理器內(nèi)含2．9l億個晶體管。

　　2007年，AMD推出了四內(nèi)核Opteron處理器。

　　Intel公司稱，他們將在2010年推出32核CPU，采用32 nm(1 nm=10 ^{? 9}m)的微體系架構(gòu)，以實現(xiàn)另一級別的高能效表現(xiàn)。

　　三、微電子技術(shù)的廣泛應用

　　除了計算機以外，微電子技術(shù)在其他方面的應用也是相當廣泛的。從通信衛(wèi)星、軍事雷達、信息高速公路，到程控電話、手機、GPS，從氣象預報、遙感、遙測，到有線電視、MP4、DVD，從醫(yī)療衛(wèi)生、能源、交通，到環(huán)境工程、自動化生產(chǎn)、日常生活，各個領(lǐng)域無不滲透著微電子技術(shù)。它已經(jīng)成為一種既代表國家現(xiàn)代化水平又與人民生活息息相關(guān)的高新技術(shù)。

　　現(xiàn)代的廣播電視系統(tǒng)是微電子技術(shù)大有用武之地的領(lǐng)域之一。集成電路代替了彩色電視機中大部分分立元件組成的功能電路，使電視機電路簡潔、性能穩(wěn)定、維修方便、價格低廉。采用微電子技術(shù)的數(shù)字調(diào)諧技術(shù)，使電視機可以對多達上百個頻道任選，而且大大提高了聲音、圖像的保真度。

　　微電子技術(shù)對電子產(chǎn)品的消費者市場也產(chǎn)生了深遠的影響。價廉、可靠、體積小、重量輕的微電子產(chǎn)品層出不窮。電子技術(shù)產(chǎn)品和微處理器不再是專門的科學儀器世界的貴族，而落戶于各式各樣的普及型產(chǎn)品之中，進入普通百姓家。例如電子玩具、游戲機、學習機以及其他家用電器產(chǎn)品等。就連汽車這種傳統(tǒng)的機械產(chǎn)品也滲透進了微電子技術(shù)，采用微電子技術(shù)的電子引擎監(jiān)控系統(tǒng)、汽車安全防盜系統(tǒng)、出租車的計價器等已得到廣泛的應用，現(xiàn)代汽車上有時甚至要有十幾到幾十個微處理器。

　　微電子技術(shù)發(fā)展日新月異，令人興奮不已。它對我們工作、生活和生產(chǎn)的影響無法估量。