淺談我國微電子技術的發展前景

江一堃

微電子技術滲透在我們生活中的方方面面，應用于各個領域中，對醫療、軍事、工業生產起到了至關重要的作用，在信息化時代中將會起到引領發展的關鍵作用，其發展已成為了大勢所趨。但我國微電子行業人力資本的缺失使得微電子行業實際發展速度與預期相差甚遠，而掌握著高端技術的發達國家嚴格限制著集成電路核心技術的出口。由于我國自主研發水平較低，高端設備不能自給，一旦進口受到了限制，電子產品生產將會受到巨大打擊。特別中興通訊遭到美國政府制裁后，國家更加重視微電子技術的發展。在這內外因素的阻礙下，我們更應找準發展方向，發揮我國電子產品市場廣闊，教育水平高的優勢，逐步縮小與世界領先水平的差距。

本文將對微電子技術的概念進行闡述，分析我國微電子技術發展的現狀以及面臨的挑戰，同時對微電子技術的具體應用進行分析以及對未來的發展趨勢進行探討。

1 概述

微電子技術是建立在以集成電路為核心，以各類半導體材料為基礎的高新電子技術。微電子技術是在微電子學領域中各項工藝技術的統稱，包含半導體材料制備、半導體工藝、電路系統設計、自動測試等專業技術。其特點是高度集成化、體積小、重量輕、效率高。相較于傳統電子技術，微電子技術具有前者不具備的優勢與特征：微電子技術是通過固體內微觀電子運動來實現信息處理和加工，可深入到極小尺度下進行精細化調整，微電子技術的集成特征使其能夠將子系統或電子功能部件集成到芯片中，具有較全面的功能性；微電子技術主要由大規模的集成電路構成，其運行功率遠超傳統電子技術。以上優勢促使微電子技術成為信息時代的寵兒。

自從改革開放以來，我國的微電子技術就獲得了比較大的發展。眾所周知，衡量微電子技術發展水平的一項重要指標就是大規模電路在芯片上的集成度，而現在的集成度與最初相比提高了500萬倍。與其余國家相比較，我國發展微電子技術的優勢主要在于我國的人口巨大，需求較多，相對應的市場就比較廣闊，人們對電子產品的需求遠遠超過我國實際供應能力。但是這也恰恰暴露了我國在電子產品自給水平的落后。據統計，我國的CPU自給率不到1%，IGPT芯片自給率不到5%，MCU僅為15%，而DRAM甚至全部依靠國外進口，這些芯片占了我國進口的70%，也就意味著我國絕大部分芯片都來源于各個發達國家。這是我國急需改變的現狀，不能因為表面上的發展而忽略真正問題所在。所以，我們更加需要大力研發相應的技術，提高生產的效率與產品的質量[1]。

在發展的過程中，難免會遇到很多的困難，如今我國微電子技術的發展主要面臨著3個因素的制約。

1.1 工藝技術限制

現階段，微電子的工藝技術主要采用光刻技術，而我國暫時無法自主生產高水平的光刻設備，甚至光刻膠也依靠進口。如今世界最頂尖工藝能在光刻設備應用摩爾定律中推進到0.05μm，而我國還在深亞微米級之外徘徊。缺少自主研發的先進制造工藝，很難在EDA和制造工藝相結合的這部分技術有大的突破。

1.2 人才短缺

我國微電子技術正處于朝陽時期，發展條件較為艱難，少有極富創造力的人才和肯吃苦的制造人員。而新生代人才尚未成型，中生代處于就業轉型的時期，也導致了微電子行業并未迎來人才涌現的盛景，反而在近兩年來加劇了人才短缺的情況。由于缺少人才的加入，我國的生產水平難以提高，這就大大減緩了我國微電子技術發展的速度，難以與發達國家相競爭。

1.3 發達國家的掣肘

我國發展速度處于高峰期，以美國為主的發達國家限制了我國對核心技術的進口，導致本就缺少高精尖設備的我國在微觀工藝技術難有所為。由于缺乏核心技術，我國微電子的競爭力不足，就難以在利潤上有所收獲。缺乏利潤的投入，就更加難以實現技術的升級換代，這樣就形成了惡性循環，難以在技術上有所突破。

2 發展趨勢

微電子技術已從3G發展到3T，信息儲存量也從GB發展到了TB，集成電路的各個器件發展到了THz，信息傳輸速度得到了很大提升。未來幾年，晶體尺寸將會逐漸增大，各個元器件尺寸將會不斷縮小，對于雕刻技術的微觀尺度要求也會隨之加深。如今微電子技術在材料和工藝上的問題是微電子技術進步的關鍵所在。傳統工藝方面主要從系統結構的二維集成轉向三維集成，實現電路集成度的突破，并利用超晶格半導體器件替換普通硅半導體，提高運行速率至原來的10～100倍；而材料方面，科學家正尋找新材料替代硅晶體，突破硅對集成電路的局限性，當下較為可行的例子有砷化鎵、磷化銦等氧化物半導體材料和超導材料、金剛石材料，可有效降低工作溫度，提高集成電路抗輻射能力和開關速度，而由于CMOS晶體管很難再縮小，人們對碳納米管的呼聲也越來越高；利用有機元原子在化學鏈中能儲存信息的特點制造出的生物芯片也是當今較為先進的材料。我國應緊跟微電子技術發展趨勢，扭轉電子產品制造的劣勢[2]。

3 應用

生活中，微電子技術無處不在，它真實地改變著我們生活中的點點滴滴。手機、電腦、電視、空調的核心甚至IC公交卡都應用到了微電子技術，而智能家居，智能用電更是與微電子技術緊密結合，在背后默默為我們服務。據統計，美國每年由計算機完成的工作量超過4 000億人年手工工作量，而日本每個家庭平均擁有100個芯片。它無時無刻發揮著功能，給我們帶來了一個多姿多彩的世界[3]。

工業制造中，微電子技術普遍應用于各項生產當中。它的應用極大地促進了工業制造的精確度和生產效率，并有效降低了生產成本。例如汽車引擎，隨著微電子技術的發展，汽車引擎的性能也在逐漸提升，無論是機械效率，引擎控制還是反應速度都得到了長足的進步。而手機對汽車的遠程控制更是微電子技術發展的成果。微電子技術對工業的改變是極為顯著且成功的。

軍工產業中，微電子技術更是起到了顛覆性的作用。它促使戰爭的傳統形式向現代信息化轉變。以前的戰爭重工業的強弱是決定性的，而如今國家軍事裝備的信息化程度是國家軍事力量的決定性因素。無人機是現代戰爭的代表，也是微電子技術與軍工結合的標志性成品。利用微電子技術可以對無人機進行遠程遙控，使偵查任務的風險和損失大大降低。而通信系統之間的攻擊也是通過微電子技術發動，典型例子海灣戰爭的勝利就是通過瓦解敵方通信系統而取得[4]。

生物醫學中電子學分支也是由微電子學、生物和醫學等多學科交叉的學科，其作用是使生物醫學更加精確和機械化。典型的例子有生物傳感器，其工作原理對生物物質起反應并將物質濃度轉化為電信號。比如葡萄糖傳感器就能通過電信號來檢測葡萄糖濃度，可應用于血糖監測等醫療技術。種類豐富的生物傳感器可應用于廣泛的產業，具有很高的選擇性。

4 結語

綜上所述，隨著信息時代的不斷發展，微電子技術的發展不斷加快，微電子技術在我國發展中扮演著愈加重要的角色，可以說沒有微電子技術，就沒有現在的格局。微電子技術對社會的巨大改變只會讓它的前景越來越明朗，而我國也需要重視微電子技術在自主研發方面的培養，發掘我國的技術潛力，不斷縮小與發達國家之間的差距，將我國的微電子技術與國際相接軌，將技術發展進行到底[5]。