1947年晶體管的發(fā)明是物理學(xué)的一次重大突破性進展。 為此三位發(fā)明人獲得了諾貝爾物理獎。另一方面, 則由于晶體管是通過控制固體中的電子運動實現(xiàn)電信號的放大和傳輸功能，比當(dāng)時的主流產(chǎn)品真空電子管性能可靠、耗電省，更為突出的是體積小得多，因此在應(yīng)用上受到廣泛重視。五十年代末，半尋體技術(shù)方面又取得了一次革命性突破，發(fā)明了把數(shù)個晶體管和電阻、電容做在一塊半導(dǎo)體硅晶體上具有電路功能的集成電路，它可以使晶體管制做的更小、一塊集成電路（通稱芯片）中包含的晶體管數(shù)目越多、則可完成更復(fù)雜的電路功能。從此開創(chuàng)了稱為微電子技術(shù)發(fā)展進步和廣泛深入應(yīng)用的新紀(jì)元，即微電子革命。展望二十一世紀(jì)微電子技術(shù)仍會非?；钴S，具有強大的生命力，所以對它的發(fā)展預(yù)測受到國際上的高度重視。這里簡述并探討微電子的貢獻和它的未來發(fā)展。 一、半導(dǎo)體、微電子對當(dāng)代科技發(fā)展的杰出貢獻是多方面的，這里略舉幾點:

1.開創(chuàng)了把微觀的物理量用于器件結(jié)構(gòu)和性能的設(shè)計。

　　物理學(xué)上的許多微觀量，如能帶結(jié)構(gòu)中的禁帶寬度、導(dǎo)帶、價帶、雜質(zhì)能級、空穴載流子等等通常都是專家學(xué)者們進行學(xué)術(shù)探討時對物質(zhì)的微觀世界描述而用的高深詞匯，抽象且不易弄懂。芯片的設(shè)計制造使這些神秘莫測的微觀物理量走出了科學(xué)的神圣殿堂，成為芯片中晶體管設(shè)計的參量。像硅材料的禁帶寬度既限制了芯片的最高工作溫度又規(guī)定了硅探測器的波長，器件結(jié)構(gòu)中摻雜所選取的雜質(zhì)其首要考慮就是它的雜質(zhì)能級位置。曾有人擔(dān)心微觀物理量在大量生產(chǎn)中應(yīng)用是否可靠，全世界四十多年來大量的芯片制造生產(chǎn)和廣泛應(yīng)用實踐表明，這些微觀物理量非常精確，應(yīng)用成效顯著令人滿意。這實際上反過來驗證了人們對物質(zhì)的微觀性質(zhì)的探索研究所得到的結(jié)論是正確的。令人感興趣的是人們用晶體管的性能驗證物質(zhì)的微觀性質(zhì)取得了杰出的成就，五十年代江畸先生研究晶體管中高摻雜PN結(jié)伏安特性，對一種反?，F(xiàn)象科學(xué)的解釋為是能帶結(jié)構(gòu)中的隧道效應(yīng)，他因此項貢獻而獲得了諾貝爾物理學(xué)獎。

2.芯片加工制造開發(fā)的一代又一代先進的超微細加工技術(shù)和裝備走在人類發(fā)展和應(yīng)用超微細加工技術(shù)的最前列

　　從單個晶體管發(fā)展到今天的ULSI芯片，是不斷的小型化、微型化的過程，即把芯片中晶體管尺寸做的越來越小。在芯片設(shè)計加工中常用晶體管幾何結(jié)構(gòu)的線條寬度代表技術(shù)水平，五十年代一個晶體管中線條寬度約為1mm左右，今天一個包含88億只晶體管的ULSI芯片中晶體管的線寬為0.13 m (萬分之1.3毫米),一個晶體管的面積約為百萬分之一平方毫米。超微細加工技術(shù)的內(nèi)容極為豐富，概括起來可分為，超微細圖形成形、微區(qū)精確摻雜、超薄層材料生長等，其中尤以超微細圖形的成形、即光刻技術(shù)為技術(shù)進步更新?lián)Q代的核心。光刻技術(shù)最主要的指標(biāo)是，高分辨率、高靈敏度、低缺陷密度、精密地套刻對準(zhǔn)和大尺寸硅片上的加工等。上述這些指標(biāo)分別兌現(xiàn)已難度很大，芯片加工中更為苛刻的要求是必須所有這些指標(biāo)同時能在大尺寸硅片( 直徑200mm) 上達到，這就使得加工的技術(shù)控制難上難，其理由很顯然，在200mm的兩端各加工一線寬為0.2 m的線條，第二次再重復(fù)加工疊加其上的二線條要求與第一次的位置偏差為10%，實際上只要硅片的溫度在二次加工中相差1度，則因膨脹系數(shù)引起的偏移就大於10%。再如，直徑約0.1 m的一顆塵粒在硅片上所引起的缺陷就會使一塊包含億只晶體管的芯片失效。這些情況聽起來使人驚奇難以置信，但確是超微細加工中必須正視的事實，因此進入深亞微米后，在超微細加工發(fā)展中，線寬每縮小0.1 m都需面對當(dāng)代技術(shù)前沿的大量難題，要動員多學(xué)科的智慧和成就來指導(dǎo)和支持。令人高興的是這些技術(shù)難關(guān)已被攻克，涌現(xiàn)了一套又一套巧奪天功的超微加工先進技術(shù)，服務(wù)于高水平的芯片制造以很高的成品率大量重復(fù)穩(wěn)定生產(chǎn)。超微細加工技術(shù)是多學(xué)科先進智慧的結(jié)晶，其成就走在人類開發(fā)微加工的最前列，理應(yīng)而且完全可能用于其它領(lǐng)域的技術(shù)開發(fā)。實際上這個寶貴的技術(shù)資源已成功的應(yīng)用于精密光學(xué)、精密機械等方面的產(chǎn)品中。

二.開創(chuàng)了技術(shù)創(chuàng)新的新時代

1.科技發(fā)明創(chuàng)造成果轉(zhuǎn)入應(yīng)用的速度使人感到有立竿影之效

　　過去，科學(xué)技術(shù)的發(fā)明創(chuàng)造轉(zhuǎn)入生產(chǎn)并把產(chǎn)品推向市場上得到廣泛應(yīng)用，一般短則三十到五十年，長則需經(jīng)歷百年?？萍寂c經(jīng)濟雖有聯(lián)系但松散。在這種情況下，一項發(fā)明創(chuàng)造的誕生耗費了發(fā)明人大量的心血甚至畢生的精力，飽嘗了發(fā)明創(chuàng)造過程中的辛酸苦辣，受折磨司空見慣、丟掉性命時有記載，往往亨受不到、或看不到巨大的經(jīng)濟和社會回報帶來的榮華富貴，支持發(fā)明人的信念是獨特的探索興趣和對科學(xué)真理的追求。五十年代高技術(shù)及其產(chǎn)業(yè)興起后，科技發(fā)展與經(jīng)濟的關(guān)系發(fā)生了本質(zhì)的變化，人類社會進入了以知識為推動力新時代，科技是第一生產(chǎn)力。這得益于幾項重要的發(fā)明，即1946年發(fā)明了電子計算機、1947年發(fā)明了晶體管、1958年發(fā)明了激光器、1959年發(fā)明了集成電路（微電子芯片）。這里著重說明晶體管和芯片的作用。

　　1956年日本在北京舉辦的第一屆工業(yè)展覽會上，有晶體管收音機（俗稱半導(dǎo)體）出售，即從重大發(fā)明誕生到產(chǎn)品擴散于世界各地的市場只用了八年，實際進入美國市場只用四年左右。發(fā)明創(chuàng)造只用幾年的時間就見到了巨大的經(jīng)濟和社會效益，有立竿見影之功效，這就大大地激勵和吸引人們?yōu)槔娑惆l(fā)明創(chuàng)造。知識值錢，知識是高價的資源已逐步成為社會的共識和崇敬的時尚，從此知識產(chǎn)權(quán)受到高度重視。 2.強大的技術(shù)帶動性，使微電子技術(shù)的進步充滿了活力，一直處于高技術(shù)發(fā)展的核心地位。

　　近幾十年電子計算機的創(chuàng)新發(fā)展經(jīng)歷了集中運算、分散運算和目前正在開發(fā)的綱上運算三個重要階段，微電子技術(shù)的進步起了關(guān)鍵作用。集中運算起步靠晶體管，比電子管的計算機小很多但還占據(jù)幾立方米的體積，用戶只能到放計算機的地方去做計算。芯片發(fā)明后，計算機的體積本可變小，因系統(tǒng)功能增強和水平提高體積縮不下來，只適宜集中運用。VLSI芯片發(fā)明后，可把計算機的核心部份（CPU）濃縮到一塊芯片上，因此發(fā)明了體積小到可放在桌上的個人用計算機，俗稱電腦，從此步入了分散運算的時期。個人電腦從286、386進步到‘686'，更新?lián)Q代主要依靠芯片的創(chuàng)新。正在開發(fā)的綱上運算仍然是以微電子開發(fā)的新一代ULSI芯片為基礎(chǔ)。這式并非出現(xiàn)在計算機創(chuàng)新中的特有現(xiàn)象，通信技術(shù)、廣播電視、家用電器、機械制造等等都跟隨微電子的發(fā)展而推陳出新。高技術(shù)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展仰仗微電子的支持，傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)的技術(shù)改造升級也依賴先進的芯片。 三.價格競爭進入新的模式

　　產(chǎn)品推行優(yōu)質(zhì)優(yōu)價、一分錢一分貨，特別是對那些注入了高智慧的產(chǎn)品應(yīng)有高附加值的經(jīng)濟回報，這是人人皆知的通行的市場價值規(guī)律。但是微電子的發(fā)展走的是另一條路，產(chǎn)品水平、性能升級換代價格不是上漲反而隨之下跌。例如用目前的市價，1兆位的DRAM芯片成品約0.7美元一塊，其中一個晶體管價格約為十萬分之四美分。技術(shù)升級后一塊4兆位DRAM市價約1.6美元，芯片中晶體管數(shù)比1兆位DRAM增加了約四倍，但其中單個晶體管的價格約十萬分之二美分，即下降了一倍。這里講的不是同一產(chǎn)品不斷降價，而是升級換后的先進產(chǎn)品價格降了。造成這樣奇特現(xiàn)象的原因是多方面的，但主要是技術(shù)的特殊優(yōu)勢。芯片制造因技術(shù)升級將生產(chǎn)設(shè)備全部更新?lián)Q代一次投資增加1.7倍，但芯片的集成規(guī)模擴大和產(chǎn)量增加帶來的效益增加倍數(shù)遠大于投入，所以技術(shù)提升芯片價格下降，這個時候人們很自然會關(guān)心企業(yè)的利潤，實踐表明新產(chǎn)品問世時，技術(shù)處于領(lǐng)先高峰期利潤可高達40%，這是一般產(chǎn)業(yè)很難達到的，這就形成在市場上出現(xiàn)了技術(shù)競爭取代價格戰(zhàn)的新模式。

　　在微電子技術(shù)的帶動下，受其牽制和激勵的電腦、通信、家用電器等產(chǎn)業(yè)，幾乎是一步一趨地步微電子后塵，加速開發(fā)新技術(shù)產(chǎn)品獲取利潤。用先進技術(shù)開發(fā)出新的產(chǎn)品獲取高利潤，遍及高技術(shù)產(chǎn)業(yè)的各個方面，是一種非常有吸引力的時代潮流。 四.指導(dǎo)和支持微電子技術(shù)高速發(fā)展進步的二個公式

　　半導(dǎo)體、微電子技術(shù)以驚人的速度提高，一塊小小的芯片功能奇妙，可完成各種復(fù)雜的功能，其應(yīng)用涉及現(xiàn)代社會的各個方面無孔不入，影響和改變著人類社會的生產(chǎn)方式、生活方式、和思維方式。令人有興趣的是，它們的發(fā)展到底尊循那些規(guī)律。這里舉二個產(chǎn)生重大影響的著名公式，即摩爾定律（MOORE‘S LAW）和按此例縮小原理（SCALING DOWN THEORY）。

　　1965年摩爾根據(jù)前幾年一塊芯片中晶體管數(shù)逐年增加的情況，用半對數(shù)座標(biāo)劃了一條曲線，發(fā)現(xiàn)存在一個規(guī)律，即每隔三年芯片中晶體管數(shù)翻二番（增加四倍），所采用的線條寬度縮小三分之一。他預(yù)測在可以見到的未來也會是這樣的發(fā)展速度。三十多年來國際上微電子的發(fā)展成就，證實了這個定律是正確的。 1974年IBM的H.N.YU和DENNARD等通過器件物理研究和工藝分析，提出MOS晶體管的結(jié)構(gòu)尺寸可按比例縮小的原理，即晶體管的橫向線寬每三年縮小三分之一，其縱向結(jié)深也應(yīng)隨之按一定比例縮小，可獲得設(shè)計要求的芯片。這個原理指明了芯片中晶體管密度增加的技術(shù)路線。近二十多年，不斷有人探索其它的技術(shù)路線并未成功，國際上芯片的設(shè)計和大量加工制造唯有采用按比例縮小這個原理非常成功，效果令人滿意，這對摩爾定律是極大地充實和支持。

　　鑒于微電子產(chǎn)業(yè)發(fā)展在當(dāng)代處于執(zhí)牛耳的地位，因此摩爾定律戰(zhàn)為預(yù)測未來世界工業(yè)動向和社會信息化進程的晴雨表，毫不跨張地說，一個企業(yè)家、經(jīng)濟專家、社會學(xué)家和戰(zhàn)略家，諾不關(guān)心和研究摩爾定律，就會在強烈的國際綜合國力競爭中落后。

五.微電子產(chǎn)業(yè)的光明未來

　　在以知識創(chuàng)新為社會進步主要推動力的高速發(fā)展時代，像微電子這樣一項高技術(shù)能保持半個世紀(jì)的旺盛不衰，仍充滿活力是奇跡。因此微電子今日的輝煌能夠持續(xù)多久就成為熱門話題。這既要回答二個公式能用多久，還要說明新的光明前途。 從己經(jīng)趨向成熟的技術(shù)分析，到2010年芯片大量生產(chǎn)用0.1微米工藝，一個芯片中含有100億只以上晶體管已成定局。在此以后摩爾定律面對的問題實質(zhì)上是按比例縮小原理屯能否適用。這就是人們通常提到的器件物理極限和工藝技術(shù)極限如何突破。從工藝技術(shù)方面看線寬縮小到微米以下，即毫微米尺寸仍有很大的潛力，軟X射線和電子束都有應(yīng)用的前景，特別是單原操作成功使毫微米技術(shù)應(yīng)用信心大增。關(guān)于器件物理的限制，主要是量子力學(xué)效應(yīng)的克服和利用，最近的實驗研究表明，有可能在7納米見方的面積上設(shè)計加工存儲一個電子的晶體管，即1厘米見方可放下1000萬億只晶體管，如果開發(fā)成功，產(chǎn)品將在2050年問世。摩爾定律還可風(fēng)行五十年。 

摘自《紙業(yè)資訊》