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關(guān)鍵詞：量子阱；器件；紅外探測器；激光器；
1 引言
量子阱器件,即指采用量子阱材料作為有源區(qū)的光電子器件,材料生長一般是采用mocvd外廷技術(shù)。這種器件的特點就在于它的量子阱有源區(qū)具有準(zhǔn)二維特性和量子尺寸效應(yīng)。二維電子空穴的態(tài)密度是臺階狀分布,量子尺寸效應(yīng)決定了電子空穴不再連續(xù)分布而是集中占據(jù)著量子化第一子能級,增益譜半寬大為降低、且價帶上輕重空穴的簡并被解除,價帶間的吸收降低。
2 量子阱器件基本原理
2.1 量子阱基本原理[1]
半導(dǎo)體超晶格是指由交替生長兩種半導(dǎo)體材料薄層組成的一維周期性結(jié)構(gòu).以gaas／alas半導(dǎo)體超晶格的結(jié)構(gòu)為例:在半絕緣gaas襯底上沿[001]方向外延生長500nm左右的gaas薄層,而交替生長厚度為幾埃至幾百埃的alas薄層。這兩者共同構(gòu)成了一個多層薄膜結(jié)構(gòu)。gaas的晶格常數(shù)為0.56351nm,alas的晶格常數(shù)為0.56622nm。由于alas的禁帶寬度比gaas的大,alas層中的電子和空穴將進(jìn)入兩邊的gaas層，“落入”gaas材料的導(dǎo)帶底,只要gaas層不是太薄,電子將被約束在導(dǎo)帶底部,且被阱壁不斷反射。換句話說,由于gaas的禁帶寬度小于alas的禁帶寬度,只要gaas層厚度小到量子尺度,那么就如同一口阱在“吸引”著載流子,無論處在其中的載流子的運動路徑怎樣,都必須越過一個勢壘,由于gaas層厚度為量子尺度,我們將這種勢阱稱為量子阱.
當(dāng)gaas和alas沿z方向交替生長時,圖2描繪了超晶格多層薄膜結(jié)構(gòu)與相應(yīng)的的周期勢場。其中a表示alas薄層厚度(勢壘寬度),b表示薄層厚度(勢阱寬度)。如果勢壘的寬度較大,使得兩個相鄰勢阱中的電子波函數(shù)互不重疊,那么就此形成的量子阱將是相互獨立的,這就是多量子阱。多量子阱的光學(xué)性質(zhì)與單量子阱的相同,而強度則是單量子阱的線性迭加。另一方面,如果兩個相鄰的量子阱間距很近,那么其中的電子態(tài)將發(fā)生耦合,能級將分裂成帶,并稱之為子能帶。而兩個相鄰的子能帶
之間又存在能隙,稱為子能隙。通過人為控制這些子能隙的寬度與子能帶,使得半導(dǎo)體微結(jié)構(gòu)表現(xiàn)出多種多樣的宏觀性質(zhì)。
2.2 量子阱器件
量子阱器件的基本結(jié)構(gòu)是兩塊n型gaas附于兩端,而中間有一個薄層,這個薄層的結(jié)構(gòu)由algaas-gaas-algaas的復(fù)合形式組成,。
在未加偏壓時,各個區(qū)域的勢能與中間的gaas對應(yīng)的區(qū)域形成了一個勢阱,故稱為量子阱。電子的運動路徑是從左邊的n型區(qū)(發(fā)射極)進(jìn)入右邊的n型區(qū)(集電極),中間必須通過algaas層進(jìn)入量子阱,然后再穿透另一層algaas。
量子阱器件雖然是新近研制成功的器件,但已在很多領(lǐng)域獲得了應(yīng)用,而且隨著制作水平的提高,它將獲得更加廣泛的應(yīng)用。
3 量子阱器件的應(yīng)用
3.1 量子阱紅外探測器
量子阱紅外探測器(qwip)是20世紀(jì)90年展起來的高新技術(shù)。與其他紅外技術(shù)相比,qwip具有響應(yīng)速度快、探測率與hgcdte探測器相近、探測波長可通過量子阱參數(shù)加以調(diào)節(jié)等優(yōu)點。而且,利用mbe和mocvd等先進(jìn)工藝可生長出高品質(zhì)、大面積和均勻的量子阱材料,容易做出大面積的探測器陣列。正因為如此,量子阱光探測器,尤其是紅外探測器受到了廣泛關(guān)注。
qwip是利用摻雜量子阱的導(dǎo)帶中形成的子帶間躍遷,并將從基態(tài)激發(fā)到第一激發(fā)態(tài)的電子通過電場作用形成光電流這一物理過程,實現(xiàn)對紅外輻射的探測。通過調(diào)節(jié)阱寬、壘寬以及algaas中al組分含量等參數(shù),使量子阱子帶輸運的激發(fā)態(tài)被設(shè)計在阱內(nèi)(束縛態(tài))、阱外(連續(xù)態(tài))或者在勢壘的邊緣或者稍低于勢壘頂(準(zhǔn)束縛態(tài)),以便滿足不同的探測需要,獲得最優(yōu)化的探測靈敏度。因此,量子阱結(jié)構(gòu)設(shè)計又稱為“能帶工程”是qwip最關(guān)鍵的一步。另外,由于探測器只吸收輻射垂直與阱層面的分量,因此光耦合也是qwip的重要組成部分。
3.2 量子阱在光通訊方面的應(yīng)用
光通信是現(xiàn)代通信的主要方式,光通訊的發(fā)展需要寬帶寬、高速、大容量的光發(fā)射機和光接收機,這些儀器不僅要求其體積小,質(zhì)量高,同時又要求它成本低,能夠大規(guī)模應(yīng)用,為了達(dá)到這些目的,光子集成電路(pic’s)和光電子集成電路(oeic’s)被開發(fā)出來。但是,通常光子集成電路
和光電子集成電路是采用多次光刻,光柵技術(shù)、干濕法腐蝕技術(shù)、多次選擇外延生長mocvd或mbe等復(fù)雜工藝,從而可能使銜接部位晶體質(zhì)量欠佳和器件間的耦合效率低下,影響了有源器件性能和可靠性。
近20年來發(fā)展了許多選擇量子阱無序或稱之為量子阱混合(qwi)的新方法,目的在于量子阱一次生長(mocvd-qw)后,獲得在同一外延晶片上橫向不同區(qū)域具有不同的帶隙、光吸收率、光折射率和載流子遷移率,達(dá)到橫向光子集成和光電子集成的目的,這樣就避免了多次生長和反復(fù)光刻的復(fù)雜工藝。
4 結(jié)語
半導(dǎo)體超晶格和量子阱材料是光電材料的最新發(fā)展,量子阱器件的優(yōu)越性使得它活躍在各種生產(chǎn)和生活領(lǐng)域。目前,在光通信、激光器研制、紅外探測儀器等方面,量子阱器件都得到了廣泛的應(yīng)用。隨之科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步,我們相信,半導(dǎo)體超晶格和量子阱材料必然在更多領(lǐng)域發(fā)揮其獨特的作用。
參考文獻(xiàn)：
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關(guān)鍵詞：精密與特種加工；機械制造；強化實踐；教學(xué)改革；激光切割機
中圖分類號：G642.0 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1674-9324（2012）07-0103-02
制造業(yè)是全面建設(shè)小康社會的支柱產(chǎn)業(yè)，是國家高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)的基礎(chǔ)和國家安全的重要保障。而精密與特種加工，是保障制造業(yè)高水平持續(xù)快速發(fā)展的基礎(chǔ)。本門課程屬普通工科類高等院校開設(shè)的基本課程。通過調(diào)查研究發(fā)現(xiàn)，開設(shè)這門課程的學(xué)?；疽哉n堂講述為主，學(xué)生基本只能從黑板上了解精密與特種加工，即使開設(shè)了部分精密與特種加工方面的實驗課程，也因?qū)嶒灣杀靖甙?，變成演示性和參觀性的。這大大妨礙了學(xué)生對精密與特種加工含義的理解和認(rèn)識。在這方面國內(nèi)很多高校進(jìn)行了相關(guān)的研究工作，如長沙理工大學(xué)對特種加工的教學(xué)課改、江蘇大學(xué)在特種加工實習(xí)方面的改革等。顯然，這種以課堂灌輸為主的教學(xué)方式，已不能適應(yīng)研究型大學(xué)以培養(yǎng)學(xué)生自主創(chuàng)新素質(zhì)為基礎(chǔ)的理念。因此，開展對《精密與特種加工》課程教學(xué)體系的革新，是值得探索的重要課題。《精密與特種加工》程一方面要使學(xué)生能在總體上了解精密與特種加工實現(xiàn)的基本原理、技術(shù)關(guān)鍵等，同時培養(yǎng)學(xué)生綜合應(yīng)用各學(xué)科知識去建立數(shù)字化、集成化、智能化、精密化的思維與理念，從而突破傳統(tǒng)制造業(yè)的設(shè)計思想和制造方式，并進(jìn)一步加強學(xué)生的實驗動手能力。因此，本文主要是探討一種能夠充分發(fā)揮學(xué)生學(xué)習(xí)主動性和積極性的教學(xué)方法、探討一種可以允許學(xué)生親自動手進(jìn)行實驗操作的、實驗成本又不是很高的實驗輔助教學(xué)體系，在高等學(xué)校專業(yè)方向教學(xué)方面，應(yīng)該有推廣應(yīng)用的前景。
一、課程的基本內(nèi)容框架
《精密與特種加工》課程立足于機械制造及自動化專業(yè)的基本特點，在概括介紹先進(jìn)制造理念的基礎(chǔ)上，重點介紹精密與特種加工工藝技術(shù)，包括：超精密切削加工、電火花成形、電化學(xué)加工、高能束加工、超聲波加工、快速成形及其它現(xiàn)代成形加工方法?！毒芘c特種加工》課程共40課時，建設(shè)思路將采用課堂教學(xué)（26時）和實踐環(huán)節(jié)教學(xué)（14時）的時間安排模式。即增加實踐環(huán)節(jié)教學(xué)的比重，所有加工方法都安排相應(yīng)的實踐環(huán)節(jié)。教師是課程組織者，而學(xué)生成為課程實施的主體，充分發(fā)揮學(xué)生的創(chuàng)造性和想象力，以學(xué)生為主組織教學(xué)。因此，提出新的課程基本理論框架包括如下內(nèi)容：
1.超精切削加工，講述6課時。主要講述三大系統(tǒng)、六大模塊。三大系統(tǒng)主要包括超精密切削加工機理、精密切削機床和金剛石刀具；六大模塊包括精密主軸部件、精密導(dǎo)軌部件、進(jìn)給驅(qū)動系統(tǒng)、精密測量技術(shù)、誤差補償技術(shù)和環(huán)境控制。
2.電火花成形，講述4課時。重點講述電火花加工的機理、電火花加工中的基本工藝規(guī)律和電火花加工機床的組成。其中，電火花加工機理是其核心內(nèi)容，通過形象的動畫予以描述，增加學(xué)生更進(jìn)一步的認(rèn)識。
3.電化學(xué)加工，講述4課時。主要包括電解加工、電鍍、電刷鍍、復(fù)合鍍等內(nèi)容。重點講述電解加工中的電解加工機理和基本規(guī)律、電解加工設(shè)備、電解加工工藝。最后通過現(xiàn)實中電解加工的應(yīng)用開展實例教學(xué)。
4.高能束加工，講述4課時。該章主要包括三種高能束加工方法：激光束加工、電子束加工和離子束加工。講述中重點介紹激光束加工中的切割、焊接、打孔、熱處理技術(shù)及其它新應(yīng)用。結(jié)合目前工程中的實際應(yīng)用，通過實例和視頻讓學(xué)生有更加直觀的認(rèn)識。
5.超聲波加工，講述2課時。主要介紹超聲波加工的機理、超聲波加工的設(shè)備及構(gòu)成。在此基礎(chǔ)上，通過視頻形象地表達(dá)各領(lǐng)域中對超聲波加工的應(yīng)用。
6.快速成形，講述4課時?？焖俪尚图夹g(shù)帶來了制造方式的變革，采取分層—疊加（離散—堆積）的制造方式。本章重點講解快速成型的四中類型：光固化成形、疊層實體制造、選擇性激光燒結(jié)、熔融沉積造型。
7.新型前沿制造技術(shù)，講述2課時。主要介紹目前國際前沿的加工方法，如光刻技術(shù)、掃描探針納米加工技術(shù)等。
二、實驗平臺的體系結(jié)構(gòu)
針對《精密與特征加工》課程的內(nèi)容框架，在注重加工基本原理的前提下，結(jié)合實驗室現(xiàn)有加工設(shè)備，整合一套精密與特種加工實驗平臺，主要與上述課堂教學(xué)相對應(yīng)。實驗平臺的體系結(jié)構(gòu)和相應(yīng)課時分配情況如圖1所示，每一種加工方法通過2課時的實驗讓學(xué)生分組進(jìn)行實際操作，鍛煉其動手能力和對加工方法的進(jìn)一步認(rèn)識。
圖1?搖實驗平臺及課時分配
實驗流程如圖2所示。在開展實驗的過程中，首先實驗老師簡要回顧課堂內(nèi)容，對實驗內(nèi)容進(jìn)行演示。然后通過分組，使同學(xué)們自己安排實驗方案、設(shè)備操作和樣品加工。最后由實驗老師對學(xué)生的操作和制備的樣品進(jìn)行考評，并指出實驗過程中關(guān)鍵問題。
圖2?搖實驗過程示意圖
三、強化實踐的教改實例
教學(xué)活動中，注重強調(diào)學(xué)生自由發(fā)散思維的培養(yǎng)，鼓勵學(xué)生大膽地想，細(xì)心地做。提出問題，交由學(xué)生找出問題解決的方案、圖紙、程序，然后進(jìn)行論證，最后進(jìn)行實施，直到拿出最終的有形產(chǎn)品。下面以激光加工為例對實施方案進(jìn)行了概括。激光切割機系統(tǒng)采用Windows XP作為操作平臺，造型軟件為AutoCAD，成形材料為各種厚度的金屬板材，刀具是無形的聚焦激光束。激光切割的原理是激光輻射加熱工件表面，表面熱量通過熱傳導(dǎo)向內(nèi)部擴(kuò)散，通過控制激光脈沖、重復(fù)頻率等參數(shù)，使工件熔化，形成特定的熔池。實驗成本不高，保證了教學(xué)改革實施的持續(xù)性。精密與特征加工是一門理論與實踐結(jié)合性很強的課程，本文研究基于實驗平臺的強化實踐教學(xué)改革方法，實踐表明學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性、主動性有了極大提高，動手能力和創(chuàng)新能力得到了進(jìn)一步加強。
參考文獻(xiàn)：
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什么是電容感應(yīng)
電容感應(yīng)技術(shù)是一個非常傳統(tǒng)的技術(shù),這種技術(shù)主要是依靠計時器通過外部RC充放電路形成一個固有頻率的脈沖,一個簡單的單片機監(jiān)視著這個脈沖頻率是否發(fā)生變化從而做出反應(yīng)。
自電容觸摸屏中,透明導(dǎo)電膜被完全分割成在一個或者兩個涂層中的電極島。單層涂層時,每個電極島都引出一條細(xì)線直通控制器;雙層涂層時,電極島按照互補的排列設(shè)計為兩層,有一半電極島在一層按行串通為行電極,另一半電極島在另一層按列接通為列電極。自電容觸摸屏控制器每次只檢測某一行或某一列,也就是只檢測一個獨立的電極。當(dāng)只有一個單獨的手指觸摸時,會表現(xiàn)不錯,手指觸摸(2,0)坐標(biāo)點,X2電極和Y0電極立刻感知到最大的電容變化值,觸摸被發(fā)現(xiàn)且觸摸點的粗略位置被確定。
投射電容觸摸屏只能使用手指觸摸,因此雖然電極島在5mm大小,但對于手指這樣的大觸摸物也足以應(yīng)付。此后,在檢測到觸摸后,通過鄰近電極的電容變化及比例關(guān)系,投射電容觸摸屏可以精確定位觸摸點的位移。
單涂層自電容觸摸屏需要大量的引線――每個電極島需要單獨引線直接連接到控制器;雙涂層自電容觸摸屏通過矩陣方式相對解決了引線過多的問題:通常一個3.5英寸的智能手機觸摸屏可能有9列16行,采用雙涂層方式共需引入到控制器25根引線,而如果采用單涂層方式則需144根引線,這還只是3.5英寸。
但是,由于一次只檢測一條獨立的電極,雙涂層矩陣模式的自電容觸摸屏無法分辨多點觸摸時的詭點。然而這個缺點并沒有妨礙自電容技術(shù)在多點觸摸的應(yīng)用,這個秘密在于軟件――軟件不使用非明確的點作為定位,而是通過點的走勢確定多點手勢。在這種情形下,它不介意4點產(chǎn)生是由于哪2點觸摸而導(dǎo)致的,只要坐標(biāo)點在互相遠(yuǎn)離或者互相走近,就可以實現(xiàn)縮放手勢的識別。
互電容模式
投射電容目前更常見的類型為“互電容”,該類型支持真多點,有更高的透光率,還能提高分辨率和抗電磁干擾能力?；ル娙菽Ｊ降募夹g(shù)原理在于絕大部分的傳導(dǎo)物體當(dāng)他們靠的相當(dāng)近的時候會產(chǎn)生電荷,這時如果另外一個傳導(dǎo)物體,比如手指,靠近前兩個傳導(dǎo)物體時,因為人體吸走一些電荷,兩個傳導(dǎo)物體間電荷場會發(fā)生變化。
在互電容觸摸屏里,透明導(dǎo)電膜是分布在兩層的行、列電極。因為每一行與每一列的交叉位置可以觸發(fā)一個獨立的觸摸,互電容觸摸屏的控制器可以分別計算多個觸摸點的位置,這個是互電容觸摸技術(shù)的主要優(yōu)勢來源,它能感應(yīng)在屏幕上的每一個坐標(biāo)范圍內(nèi)的點擊。
由于自電容與互電容這兩種電容技術(shù)都依賴于人體電容與電極之間的電荷交換,這種電容傳感技術(shù)的模式也被稱為“電荷交換”。
在這個目前最薄的投射電容設(shè)計中,每一層采用積層濺射的工藝基于兩層透明導(dǎo)電層的投射電容的基本原理,設(shè)計上可以作出各種變化。例如,用超微細(xì)(10μm)電線可以替代某層從而少濺射一層ITO。目前市面上的絕大多數(shù)手機和簽名采集板在不同PET層上鍍的ITO,此外常見的觸摸屏也是使用雙面鍍層或在兩層基板上單面鍍層的ITO鍍層玻璃。
關(guān)鍵詞：新課程；高中物理；教師；教法
中圖分類號：G633.7 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1992-7711（2016）06-0028
一、高中物理新課程的特點
新課程內(nèi)容改變了過去“難、繁、偏、舊”和過于注重書本知識的現(xiàn)狀，加強了課程內(nèi)容與學(xué)生生活以及現(xiàn)代社會與科技發(fā)展的聯(lián)系。其主要特點有：
1. 強調(diào)從生活走進(jìn)物理，從物理走向社會，注重保護(hù)探索興趣
例如，每章都有精彩的導(dǎo)入，旨在吸引學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。這些導(dǎo)入有的淺顯易懂、幽默風(fēng)趣，引導(dǎo)學(xué)生在輕松的氛圍中進(jìn)入物理學(xué)習(xí)；有的高度概括，從科學(xué)技術(shù)的現(xiàn)代應(yīng)用開始，啟發(fā)學(xué)生思考；有的則從身邊的生活現(xiàn)象出發(fā)，指導(dǎo)學(xué)生從不起眼的小事思考物理學(xué)的問題；有的導(dǎo)入展示了大自然的奇妙，激發(fā)了學(xué)生的好奇心，使之產(chǎn)生學(xué)習(xí)興趣；有的則從物理學(xué)史的角度將學(xué)生引入課堂。教材充分考慮高中學(xué)生的認(rèn)知特點，關(guān)注學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和生活經(jīng)驗，加強物理學(xué)與生活、生產(chǎn)的聯(lián)系。這一方面讓學(xué)生感受到物理學(xué)就在身邊，物理學(xué)融進(jìn)了我們的生活，物理學(xué)對社會發(fā)展有巨大的推動作用，同時也培養(yǎng)了學(xué)生善于觀察、樂于探究、注意從身邊現(xiàn)象探索物理規(guī)律、注重將物理知識與生活實踐相聯(lián)系的興趣與能力。
2. 強調(diào)基礎(chǔ)知識的學(xué)習(xí)，注重物理學(xué)核心概念的建立
教材繼承了我國物理教材的優(yōu)勢，強調(diào)教材的科學(xué)性、嚴(yán)謹(jǐn)性，注重教材知識結(jié)構(gòu)的邏輯性、循序漸進(jìn)，注重內(nèi)容表述言簡意賅、條理分明、深入淺出。這充分體現(xiàn)了“知識與技能”的培養(yǎng)目標(biāo)。
3. 強調(diào)知識的構(gòu)建過程，注重培養(yǎng)物理實驗、科學(xué)探究能力
教材體現(xiàn)于對學(xué)生探究能力的培養(yǎng)。從整體結(jié)構(gòu)上為學(xué)生的自主發(fā)展留下了空間，非常注重學(xué)生實驗、演示實驗、有趣的小實驗和低成本實驗的引入，這不僅讓學(xué)生學(xué)到物理知識，而且還讓他們經(jīng)歷一些探究過程，學(xué)習(xí)科學(xué)探究的方法，提高自主學(xué)習(xí)能力。由此可以看出，物理新課程旨在提高學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)。現(xiàn)代科學(xué)知識發(fā)展的日新月異，教師不可能在學(xué)校教育時間里，把物理學(xué)的事實和原理都傳授給學(xué)生。但是讓學(xué)生理解了科學(xué)的過程，就能夠使學(xué)生更好地依靠自己主動獲取科學(xué)知識。
二、新課程背景下高中物理教師如何教
1. 激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣
教育的藝術(shù)是使學(xué)生喜歡你教的東西，興趣是最好的老師，學(xué)好物理學(xué)主要是要培養(yǎng)學(xué)生的興趣?？渴裁磥砼囵B(yǎng)學(xué)生的興趣呢？不是從物理學(xué)之外的東西，而是要靠物理學(xué)本身的魅力來感動學(xué)生。物理學(xué)是非常吸引人的，可是很多學(xué)生感覺物理學(xué)非?？菰?，主要是沒有真正體會到物理學(xué)的魅力，或者是他不懂，只能是背公式，越學(xué)越苦惱，要讓學(xué)生有興趣，需要讓學(xué)生真正理解到物理學(xué)的精髓，這就要靠教師用自己的科學(xué)激情去點燃學(xué)生熱情的火花。
2. 培養(yǎng)學(xué)生的科技意識
物理是一門歷史悠久的自然學(xué)科，隨著科技的發(fā)展、社會的進(jìn)步，物理已滲入到人類生活的各個領(lǐng)域。在現(xiàn)代科技發(fā)展和科技教育中，增強學(xué)生的科技意識，提高學(xué)生對科學(xué)技術(shù)是第一生產(chǎn)力的認(rèn)識，物理起著至關(guān)重要的作用。物理學(xué)推動了20世紀(jì)科學(xué)技術(shù)的高速發(fā)展，人類社會在科技進(jìn)步上經(jīng)歷了一個又一個劃時代的變革。電氣化時代、原子時代、激光技術(shù)的廣泛應(yīng)用、以現(xiàn)代計算機為基礎(chǔ)發(fā)展起來的信息時代、離子注入、雷射退火、盧瑟福背景散射譜、俄歇電子譜、X射線發(fā)光光譜、二次發(fā)射離子質(zhì)譜以及高分辨的電子刻蝕、同步輻射光刻，哪一樣不是從物理學(xué)各分支的實驗室里移植到工業(yè)上去的！科技意識的培養(yǎng)可以激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，開闊學(xué)生的視野，為他們將來的學(xué)習(xí)、工作打下良好的基礎(chǔ)。物理學(xué)中“科技”的內(nèi)容隨處可見，因此要充分發(fā)揮課堂教學(xué)的主渠道作用，結(jié)合具體的教學(xué)內(nèi)容，及時、有意識、有機地滲透科技意識的教育。物理課外活動也是加強對學(xué)生進(jìn)行科技知識和科技意識教育的重要陣地。與課堂教學(xué)相比，課外活動具有更大的靈活性和選擇性，如科技小制作、指導(dǎo)學(xué)生閱讀科普讀物、舉辦科普知識講座、組織社會調(diào)查活動等。
3. 引導(dǎo)學(xué)生深入理解物理概念、物理規(guī)律并學(xué)會建立物理模型
在高中各學(xué)科中，物理應(yīng)該是學(xué)生最頭疼的一個學(xué)科，它不僅要求學(xué)生要理解抽象的物理概念及物理規(guī)律，還要有運用數(shù)學(xué)知識處理物理問題的能力。如何理解物理概念及物理規(guī)律呢？在教學(xué)中運用恰當(dāng)?shù)睦?，更重要的是要充分利用教材中的典型運動，如豎直上拋運動、平拋運動、勻速圓周運動等。在考試中如果分析出某道題是平時做題中的某個模型，那么我們就很容易找到解決這道題的解法。
4. 鼓勵學(xué)生熟讀教材，提高研讀教材的能力
在平時的教學(xué)中，通過課后的限時訓(xùn)練發(fā)現(xiàn)，學(xué)生只注重物理概念、物理規(guī)律的記憶以及生搬硬套公式，不能仔細(xì)研讀教材，以至于在訓(xùn)練題中出現(xiàn)的一段教材文字學(xué)生都不知道。所以，我們物理教師在平時的教學(xué)中一定要引導(dǎo)學(xué)生仔細(xì)研讀教材，深入挖掘教材中的每一段文字，找出其中的知識點，不斷提高學(xué)生深入研讀教材的能力。
關(guān)鍵詞 應(yīng)用型人才 集成電路工藝基礎(chǔ) 實驗教學(xué)
中圖分類號：G424 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A DOI：10.16400/ki.kjdkz.2016.01.047
The Research of Experimental Teaching on "Integrated Circuit
Process Foundation" in Independent College
WEN Yi， HU Yunfeng
（University of Electronic Science and Technology of China， Zhongshan Institute， Zhongshan， Guangdong 528402）
Abstract Combining electronic science and technology applied talents training model in independence colleges， the experimental teaching was discussed on the "integrated circuit process foundation" course. The course was composed of simulation multimedia teaching system， basic semiconductor planar process experiment， process simulation software and school-enterprise cooperation. With the author's teaching practice， the enthusiasm of students was trying to effectively mobilized， and the development of students' learning ability and practical ability to train qualified electronic information applied talents was promoted.
Key words applied talents; integrated circuit process foundation; experimental teaching
0 引言
微電子技術(shù)和產(chǎn)業(yè)在國民經(jīng)濟(jì)中具有舉足輕重的地位。高校的電子科學(xué)與技術(shù)專業(yè)以培養(yǎng)微電子學(xué)領(lǐng)域的高層次工程技術(shù)人才為目標(biāo)，學(xué)生畢業(yè)后能從事電子器件、集成電路和集成系統(tǒng)的設(shè)計和制造，以及相關(guān)的新技術(shù)、新產(chǎn)品、新工藝的研制與開發(fā)等方面工作。
“集成電路工藝基礎(chǔ)”是電子科學(xué)與技術(shù)專業(yè)的一門核心課程，講授半導(dǎo)體器件和集成電路制造的單項工藝基本原理和整體工藝流程。本課程是電子科學(xué)與技術(shù)專業(yè)課程體系中的重要環(huán)節(jié)，也是學(xué)生知識結(jié)構(gòu)的必要組成部分。通過本課程的學(xué)習(xí)，學(xué)生應(yīng)該具備一定工藝分析、設(shè)計以及解決工藝問題的能力。
集成電路工藝實驗作為“集成電路工藝基礎(chǔ)”課程的課內(nèi)實驗，是電子科學(xué)與技術(shù)專業(yè)的專業(yè)課教學(xué)的重要組成部分，具有實踐性很強、實踐和理論結(jié)合緊密的特點。加強工藝實驗教學(xué)對于培養(yǎng)高質(zhì)量的集成電路專業(yè)人才十分必要。但是集成電路的制造設(shè)備價格昂貴，環(huán)境條件要求苛刻，限制了工藝實驗教學(xué)在高校的開展。國內(nèi)僅少數(shù)重點大學(xué)能夠承受巨大的運營費用，擁有簡化的集成電路工藝線或工藝試驗線供科研、教學(xué)使用。而大多數(shù)學(xué)校只能依靠到研究所或Foundry廠進(jìn)行參觀式的實習(xí)來解決工藝實驗問題，這對于學(xué)生實踐能力的培養(yǎng)是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的。
我院電子科學(xué)與技術(shù)專業(yè)成立于2003年，現(xiàn)每屆招收本科生約120人，多年內(nèi)為珠三角地區(qū)培養(yǎng)了大量專業(yè)人才。隨著集成電路技術(shù)日新月異的發(fā)展，對從業(yè)人員的要求也不斷升級，所以工藝實驗教學(xué)也必須與時俱進(jìn)。作為獨立學(xué)院，如何結(jié)合自身實際地進(jìn)行工藝實驗室建設(shè)、采用多種方法手段開展工藝實驗的教學(xué)，提高集成電路工藝課程的教學(xué)質(zhì)量，是我們所面臨的緊迫問題。本文以“集成電路工藝基礎(chǔ)”實驗教學(xué)實踐為研究對象，針對獨立學(xué)院學(xué)生理論基礎(chǔ)較為薄弱，動手熱情比較高的特點，就該課程教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)方式進(jìn)行了探討。
1 “集成電路工藝基礎(chǔ)”的實驗教學(xué)
“集成電路工藝基礎(chǔ)”具有涉及知識面廣，教學(xué)內(nèi)容信息量大，綜合性強，理論與實踐結(jié)合緊密的特點，課程教學(xué)難度相對較大。同時獨立學(xué)院相應(yīng)配套的實驗教學(xué)設(shè)備較為缺乏。為了提高學(xué)生對該課程的興趣，取得更好的實驗教學(xué)效果，讓學(xué)生能將理論應(yīng)用于實踐，具有較強的集成電路生產(chǎn)實踐和設(shè)計開發(fā)能力，筆者從如下幾方面對實驗教學(xué)進(jìn)行了嘗試。
1.1 工藝模擬多媒體教學(xué)系統(tǒng)
運用傳統(tǒng)的教學(xué)方法，很難讓學(xué)生理解抽象的器件結(jié)構(gòu)和工藝流程并產(chǎn)生興趣。我院購置了清華大學(xué)微電子所的集成電路工藝多媒體教學(xué)系統(tǒng)，幫助學(xué)生對集成電路工藝流程有一個全面生動的認(rèn)識。該系統(tǒng)提供擴(kuò)散、氧化和離子注入三項工藝設(shè)備的操作模擬，充分利用多媒體技術(shù)，將聲光電等多種素材進(jìn)行合理的處理，做到圖文聲像并茂，力爭使抽象的知識形象化，獲得直觀、豐富、生動的教學(xué)效果。該系統(tǒng)涉及大量的集成電路制造實際場景與特殊細(xì)節(jié)，能較全面地展示Foundry廠的集成電路生產(chǎn)環(huán)境和工藝流程。內(nèi)容豐富、身臨其境的工藝模擬能大大提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，幫助學(xué)生理解理論知識。
此外，在工藝課程的課堂教學(xué)過程中，嘗試?yán)脤W(xué)生自學(xué)討論作為輔助的形式。針對某些章節(jié)，老師課前提出問題，安排學(xué)生分組準(zhǔn)備，自習(xí)上網(wǎng)收集最新的與集成電路工藝實驗相關(guān)的資料，整理中、英文文獻(xiàn)，制作內(nèi)容生動的PPT在課堂上演示并展開討論，最后歸納總結(jié)。這樣既培養(yǎng)了學(xué)生利用網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行自學(xué)和小組合作作學(xué)習(xí)的習(xí)慣，提高網(wǎng)上查找、整理資料的能力，也為老師的多媒體課件制作提供了素材，豐富了老師的教學(xué)內(nèi)容。
1.2 基礎(chǔ)的半導(dǎo)體平面工藝實驗
學(xué)院一直非常重視電子科學(xué)與技術(shù)專業(yè)的建設(shè)問題，在實驗室配置方面的資金投入力度比較大。在學(xué)院領(lǐng)導(dǎo)的大力支持下，近年來實驗室購置了一批集成電路工藝實驗設(shè)備和儀器，如光刻機、涂膠機、氧化反應(yīng)室、磁控濺射設(shè)備、半導(dǎo)體特性測試系統(tǒng)和掃描電子顯微鏡等，為集成電路工藝實驗教學(xué)的開展打下了良好的物質(zhì)基礎(chǔ) 。
在集成電路專業(yè)教學(xué)中，工藝實驗是非常重要的環(huán)節(jié);讓學(xué)生進(jìn)行實際操作，對于培養(yǎng)應(yīng)用型人才也是非常必要的。通過調(diào)研考察兄弟院校的工藝實驗開展情況，結(jié)合我院的實際情況和條件，確定了我院電子科學(xué)與技術(shù)專業(yè)的基礎(chǔ)半導(dǎo)體平面工藝實驗項目，如氧化（硅片熱氧化實驗）、擴(kuò)散（硅片摻雜實驗）、光刻（硅片上選擇刻蝕窗口的實驗）、淀積（PVD、CVD薄膜制備的實驗）等。
這些設(shè)備和儀器，除了用于工藝課程實驗教學(xué)外，平時還開放給本科生畢業(yè)設(shè)計、學(xué)生創(chuàng)新項目及研究生科研等。通過實際動手操作，使學(xué)生能將所學(xué)理論知識運用到實際中，既培養(yǎng)了學(xué)生的實際操作能力，又引導(dǎo)學(xué)生在實踐中掌握分析問題、解決問題的科學(xué)方法，加深了對集成電路工藝技術(shù)和原理的理解。
1.3 工藝仿真軟件
現(xiàn)代集成電路的發(fā)展離不開計算機技術(shù)的支持，所以要重視計算機仿真在課程中的作用。TCAD（Technology Computer Aided Design）產(chǎn)品是研究、設(shè)計與開發(fā)半導(dǎo)體器件和工藝所必需的先進(jìn)工具。它可以準(zhǔn)確地模擬研究所和Foundry廠里的集成電路工藝流程，對由該工藝流程制作出的半導(dǎo)體器件的性能進(jìn)行仿真，也能設(shè)計與仿真太陽能電池、納米器件等新型器件。
利用美國SILVACO公司的TCAD產(chǎn)品，筆者為工藝課程開設(shè)了課內(nèi)仿真實驗，實驗項目包括薄膜電阻、二極管、NMOS等基本器件的設(shè)計和工藝流程仿真。通過ATHENA和ATLAS軟件教學(xué)，指導(dǎo)學(xué)生仿真設(shè)計基本的半導(dǎo)體器件，模擬工藝流程，從而鞏固所學(xué)理論知識，使學(xué)生將工藝和以前學(xué)過的半導(dǎo)體器件的內(nèi)容融合起來。學(xué)生在計算機上通過軟件進(jìn)行仿真實驗，既可以深入研究仿真的工藝流程細(xì)節(jié)，又可以彌補由于設(shè)備條件的制約帶來的某些實驗項目暫時無法開出的不足。
1.4 校企合作
培養(yǎng)應(yīng)用型人才還必須結(jié)合校企合作。珠三角地區(qū)是微電子產(chǎn)業(yè)的聚集地，企業(yè)眾多，行業(yè)發(fā)展前景好。加強校企聯(lián)系，可以做到合作共贏，共同發(fā)展。通過組織學(xué)生到半導(dǎo)體生產(chǎn)測試企業(yè)參觀實習(xí)，如深圳方正微電子、珠海南科、中山木林森LED等，讓學(xué)生親身體驗半導(dǎo)體企業(yè)的生產(chǎn)過程，感受集成電路工廠的生產(chǎn)環(huán)境，了解本行業(yè)國內(nèi)外發(fā)展的概況，從而彌補課堂教學(xué)的不足，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)熱情，引導(dǎo)學(xué)生畢業(yè)后從事相關(guān)工作。目前，學(xué)院與這些半導(dǎo)體生產(chǎn)測試企業(yè)建立了良好的合作關(guān)系，每屆畢業(yè)生都有進(jìn)入上述企業(yè)工作的。他們在工作崗位上表現(xiàn)良好，獲得用人單位的好評，既為企業(yè)輸送了合格人才，也為往后學(xué)生的職業(yè)規(guī)劃樹立了榜樣，拓展了學(xué)生的就業(yè)渠道。
2 結(jié)束語
經(jīng)過筆者幾年來的實踐，在“集成電路工藝基礎(chǔ)”課程的實驗教學(xué)中，對教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)方式進(jìn)行了改進(jìn)，形式多樣，互為補充，內(nèi)容全面、新穎，注重學(xué)生實踐技能的培養(yǎng)，對提高學(xué)生整體素質(zhì)起到了積極作用，實現(xiàn)了教學(xué)質(zhì)量的提高。當(dāng)然，“集成電路工藝基礎(chǔ)”課程的實驗教學(xué)還有很大的改進(jìn)空間，我們還需要在實踐中不斷地改革與探索，將其逐步趨于完善，使其在培養(yǎng)獨立學(xué)院應(yīng)用型人才的過程中發(fā)揮巨大的作用。
參考文獻(xiàn)
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關(guān)鍵詞：現(xiàn)代機械；加工工藝；制造技術(shù)
中圖分類號：S219.08文獻(xiàn)標(biāo)識碼： A 文章編號：
引言
機械制造業(yè)不僅是工業(yè)發(fā)展中機械設(shè)備供應(yīng)的主要源頭，其本身也是國家經(jīng)濟(jì)及工業(yè)發(fā)展的支柱型產(chǎn)業(yè)。機械制造的過程是將原材料經(jīng)過工藝系統(tǒng)的各種加工變成機械產(chǎn)品的過程，同其他任何工業(yè)產(chǎn)業(yè)一樣，現(xiàn)代機械工業(yè)的發(fā)展與改革離不開工藝及技術(shù)的控制與發(fā)展。
一、當(dāng)前我國機械制造加工發(fā)展情況
進(jìn)入21 世紀(jì)，我國基本建立了社會主義市場經(jīng)濟(jì)體制。全球性的產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)重新組合和國際分工不斷深化，科學(xué)技術(shù)在突飛猛進(jìn)地發(fā)展，各國都把提高產(chǎn)業(yè)競爭能力及發(fā)展高新技術(shù)，搶占未來經(jīng)濟(jì)的制高點，作為科技工作的主攻方向。在機械制造技術(shù)方面我國與世界各國的聯(lián)系日益緊密，中國市場與國際市場進(jìn)一步接軌，面對國內(nèi)外市場的激烈競爭，我國企業(yè)對技術(shù)的需求更加迫切和強烈。新產(chǎn)品的開發(fā)水平提高了企業(yè)在關(guān)鍵工序增加了先進(jìn)、精密、高效的關(guān)鍵設(shè)備，從而進(jìn)入高新技術(shù)開發(fā)階段，使開發(fā)企業(yè)開始研制出如超重型數(shù)控龍門銑、高精度五軸數(shù)控鏜銑床、sx—T 大規(guī)模集成電路光柵數(shù)顯儀、大噸位超重水壓機等設(shè)備；制造技術(shù)水平不斷提高，船泊制造精度可達(dá)5 微米，高精度外圓磨達(dá)0．25微米、粗糙度達(dá)0．08微米，精密及超精密加工精度已達(dá)到亞微米級和亞納米級，已形成完整的先進(jìn)數(shù)控機床、新型刀具開發(fā)的制造體系。
二、先進(jìn)加工工藝及制造技術(shù)特點
現(xiàn)代化的機械加工工藝、制造技術(shù)實際應(yīng)用具有綜合性、一體化、系統(tǒng)性及可持續(xù)性特點，這些特點與現(xiàn)代化機械生產(chǎn)企業(yè)廣泛引入并應(yīng)用現(xiàn)代化的先進(jìn)自動控制技術(shù)、微電子技術(shù)、機電一體化技術(shù)等先進(jìn)技術(shù)及設(shè)備直接關(guān)聯(lián)，多種現(xiàn)代化技術(shù)及設(shè)備、理念支持下的現(xiàn)代機械產(chǎn)業(yè)內(nèi)部逐漸形成了系統(tǒng)的工程理論及特點。
1、綜合性
在機電一體化、微電子技術(shù)及計算機信息技術(shù)的支撐與推動下，現(xiàn)代化的機械制造業(yè)內(nèi)部正將日常生產(chǎn)理念及生產(chǎn)流程、工藝、技術(shù)高度融合并整合為綜合性的學(xué)科體系，這個綜合理論與實踐體系之中，高度融合了工業(yè)機械生產(chǎn)自動控制、材料科學(xué)、計算機信息、電子技術(shù)等等理論與實踐經(jīng)驗，為現(xiàn)代機械工藝及技術(shù)發(fā)展提供了良好的理論與實踐指導(dǎo)。
2、一體化
一體化主要指制造工藝與制造設(shè)計的一體化。此種特性是機械制造與加工操作突破了傳統(tǒng)生產(chǎn)模式及理念的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的。現(xiàn)代化的制造及加工工作融合了自動控制技術(shù)、微電子技術(shù)、機電一體化技術(shù)等先進(jìn)技術(shù)，多種技術(shù)及理念的融合促進(jìn)了制造及加工操作一體化模式的產(chǎn)生與發(fā)展。
3、系統(tǒng)化
系統(tǒng)性是現(xiàn)代機械加工及制造工作不同于傳統(tǒng)加工及制造操作的主要方面?，F(xiàn)代化的機械加工及制造操作在融合微電子技術(shù)及計算機系統(tǒng)管理技術(shù)的基礎(chǔ)上，達(dá)到了社會科學(xué)及信息科學(xué)等理論科學(xué)的多角度融合，這些技術(shù)及理論并不是單純地堆積一體，而是有機整合的成果。
4、可持續(xù)性
此處的可持續(xù)性包括了現(xiàn)代機械先進(jìn)工藝、制造技術(shù)的經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展及環(huán)境可持續(xù)發(fā)展兩大方面。現(xiàn)代機械加工及制造在各環(huán)節(jié)都強化了環(huán)境保護(hù)功能，加工及制造成本也在各環(huán)節(jié)的有效銜接之下得到了很好的控制，從而實現(xiàn)了經(jīng)濟(jì)與環(huán)境雙重可持續(xù)發(fā)展。
三、現(xiàn)代機械的先進(jìn)加工工藝分類
現(xiàn)代制造技術(shù)的分類及發(fā)展大體上可從5個方面來論述。
1、系統(tǒng)的自動化、集成化、智能化
機械制造自動化的發(fā)展經(jīng)歷了單機自動化、剛性自動線、數(shù)控機床和加工中心、柔性制造系統(tǒng)( FMS) 和計算機集成制造等幾個階段，并向柔性化、集成化、智能化進(jìn)一步發(fā)展。
2、特種加工方法
精密加工和超精密加工特種加工方法又稱非傳統(tǒng)加工方法，它是指一些物理的、化學(xué)的加工方法。如電火花加工、電解加工、超聲波加工、激光加工、電子束加工、離于束加工等。特種加工方法的主要對象是難加工的材料，如金剛石、陶瓷等超硬材料的加工，其加工精度可達(dá)分子級加工單位，所以它又常常是精密加工和超精密加工的重要手段。
3． 快速成形（零件）制造
零件是一個三維空間實體，它可由在某個坐標(biāo)方向上的若干個“面”疊加而成。因此，利用離散/堆積成形概念，可將一個三維空間實體分解為若干個二維實體制造出來，再經(jīng)堆積而構(gòu)成三維實體，這就是快速成形(零件)制造的基本原理，其具體制造方法很多，較成熟的商品化方法有疊層實體制造法和立體光刻等。如疊層實體制造，根據(jù)各疊層幾何信息，用數(shù)控激光機在鋪上一層箔材上切出本層輪廓，去除非零件部分，再鋪上一層箔材，用加熱輥輾壓，以固化粘接劑，使新鋪上的—層箔材牢固地粘接在成形物體上，再切割該層的輪廓，如此反復(fù)多次直至加工完畢。
4． 零件的分類編碼系統(tǒng)
零件分類編碼是對零件相似性進(jìn)行識別的一個重要手段，也是GT 的基本方法。是用數(shù)字來描述零件的幾何形狀、尺寸和工藝特征，即零件特征的數(shù)字化。零件分類是根據(jù)零件特征的相似性來進(jìn)行的，這些特征主要分為以下三個方面;
（1）結(jié)構(gòu)特征
零件的幾何形狀、尺寸大小、結(jié)構(gòu)功能、毛坯類型等。
（2）工藝特征
零件的毛坯形狀及材料、加工精度、表面粗糙度、機械加工方法、定位夾緊方式、選用機床類型等。
（3）生產(chǎn)組織與計劃特征
加工批量，制造資源狀況，工藝過程跨車間、工段、廠際協(xié)作等情況。零件的特征用相應(yīng)的標(biāo)志表示，這些標(biāo)志由分類系統(tǒng)中的相應(yīng)環(huán)節(jié)來描述。零件各種特征的標(biāo)識按一定規(guī)則排成若干個“列”，每“列”就稱為碼位，也叫縱向分類環(huán)節(jié); 在每個列( 碼位) 內(nèi)又安排若干“行”，每一“行”稱為“項”，也叫橫向分類環(huán)節(jié)。零件分類編碼系統(tǒng)是實施成組技術(shù)的基礎(chǔ)和重要手段。零件進(jìn)行分類成組，可以便于零件設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)化、系列化和通用化，輔助人工或計算機編制工藝過程和進(jìn)行成組加工車間的平面設(shè)計，改進(jìn)數(shù)控加工的程序編制，使工藝設(shè)計合理化: 促進(jìn)工裝和工藝路線標(biāo)準(zhǔn)化，為計算機輔助制造打下基礎(chǔ)，進(jìn)一步以成組的方式組織生產(chǎn)。零件的分類編碼反映了零件固有的名稱、功能、結(jié)構(gòu)、形狀和工藝特征等信息。類碼對于每種零件而言不是唯一的，即不同的零件可以擁有相同的或接近的分類碼，由此能劃分出結(jié)構(gòu)相似或工藝相似的零件組來加工。它的特點是從毛坯到產(chǎn)品多數(shù)可在同一種類型的設(shè)備上完成，也可僅完成其中某幾道工序的加工。如在轉(zhuǎn)塔車床、自動車床加工的中小零件，多半屬于這種類型。這種組織形式是最初級的形式，最易實現(xiàn)，但對較復(fù)雜的零件，需用多臺機床完成時，其效果就不顯著。值得一提的是，自從出現(xiàn)加工中心以來，成組單機加工又重新得到重視。
5、制造系統(tǒng)
柔性制造系統(tǒng)一般是指用一臺主機將各臺數(shù)控機床連接起來，配以物料流與信息流的自動控制生產(chǎn)系統(tǒng)。它一方面進(jìn)行自動化生產(chǎn)，而另一方面又允許相似零件組中不同零件，經(jīng)過少量調(diào)整實現(xiàn)不同工序的加工。這一組織生產(chǎn)的方式，代表著現(xiàn)代制造技術(shù)的發(fā)展方向。值得一提的是，成組技術(shù)是計算機輔助工藝設(shè)計( CAPP) 的基礎(chǔ)之一，在成組技術(shù)基礎(chǔ)上發(fā)展起來的派生cAPP 設(shè)計方法，已成為工藝現(xiàn)代化的一種主要方法。另外，成組技術(shù)作為一種生產(chǎn)哲理，對柔性制造技術(shù)和集成制造技術(shù)的發(fā)展產(chǎn)生了深刻的影響。
結(jié)束語
機械工業(yè)科技發(fā)展正面臨著挑戰(zhàn)與機遇并存的新形勢，我們應(yīng)當(dāng)抓住機遇，迎接挑戰(zhàn)，堅決貫徹“以科技為先導(dǎo)，以質(zhì)量為主體”的方針，進(jìn)一步推動我國機械工業(yè)的發(fā)展。
參考文獻(xiàn)：
[1] 胡明祥. 現(xiàn)代機械的先進(jìn)加工工藝與制造技術(shù)[J]. 北方工業(yè). 2013（04）
關(guān)鍵詞微電子技術(shù)集成系統(tǒng)微機電系統(tǒng)DNA芯片
1引言
綜觀人類社會發(fā)展的文明史，一切生產(chǎn)方式和生活方式的重大變革都是由于新的科學(xué)發(fā)現(xiàn)和新技術(shù)的產(chǎn)生而引發(fā)的，科學(xué)技術(shù)作為革命的力量，推動著人類社會向前發(fā)展。從50多年前晶體管的發(fā)明到目前微電子技術(shù)成為整個信息社會的基礎(chǔ)和核心的發(fā)展歷史充分證明了“科學(xué)技術(shù)是第一生產(chǎn)力”。信息是客觀事物狀態(tài)和運動特征的一種普遍形式，與材料和能源一起是人類社會的重要資源，但對它的利用卻僅僅是開始。當(dāng)前面臨的信息革命以數(shù)字化和網(wǎng)絡(luò)化作為特征。數(shù)字化大大改善了人們對信息的利用，更好地滿足了人們對信息的需求；而網(wǎng)絡(luò)化則使人們更為方便地交換信息，使整個地球成為一個“地球村”。以數(shù)字化和網(wǎng)絡(luò)化為特征的信息技術(shù)同一般技術(shù)不同，它具有極強的滲透性和基礎(chǔ)性，它可以滲透和改造各種產(chǎn)業(yè)和行業(yè)，改變著人類的生產(chǎn)和生活方式，改變著經(jīng)濟(jì)形態(tài)和社會、政治、文化等各個領(lǐng)域。而它的基礎(chǔ)之一就是微電子技術(shù)?？梢院敛豢鋸埖卣f，沒有微電子技術(shù)的進(jìn)步，就不可能有今天信息技術(shù)的蓬勃發(fā)展，微電子已經(jīng)成為整個信息社會發(fā)展的基石。
50多年來微電子技術(shù)的發(fā)展歷史，實際上就是不斷創(chuàng)新的過程，這里指的創(chuàng)新包括原始創(chuàng)新、技術(shù)創(chuàng)新和應(yīng)用創(chuàng)新等。晶體管的發(fā)明并不是一個孤立的精心設(shè)計的實驗，而是一系列固體物理、半導(dǎo)體物理、材料科學(xué)等取得重大突破后的必然結(jié)果。1947年發(fā)明點接觸型晶體管、1948年發(fā)明結(jié)型場效應(yīng)晶體管以及以后的硅平面工藝、集成電路、CMOS技術(shù)、半導(dǎo)體隨機存儲器、CPU、非揮發(fā)存儲器等微電子領(lǐng)域的重大發(fā)明也都是一系列創(chuàng)新成果的體現(xiàn)。同時，每一項重大發(fā)明又都開拓出一個新的領(lǐng)域，帶來了新的巨大市場，對我們的生產(chǎn)、生活方式產(chǎn)生了重大的影響。也正是由于微電子技術(shù)領(lǐng)域的不斷創(chuàng)新，才能使微電子能夠以每三年集成度翻兩番、特征尺寸縮小倍的速度持續(xù)發(fā)展幾十年。自1968年開始，與硅技術(shù)有關(guān)的學(xué)術(shù)論文數(shù)量已經(jīng)超過了與鋼鐵有關(guān)的學(xué)術(shù)論文，所以有人認(rèn)為，1968年以后人類進(jìn)入了繼石器、青銅器、鐵器時代之后硅石時代（siliconage）〖1〗。因此可以說社會發(fā)展的本質(zhì)是創(chuàng)新，沒有創(chuàng)新，社會就只能被囚禁在“超穩(wěn)態(tài)”陷阱之中。雖然創(chuàng)新作為經(jīng)濟(jì)發(fā)展的改革動力往往會給社會帶來“創(chuàng)造性的破壞”，但經(jīng)過這種破壞后，又將開始一個新的處于更高層次的創(chuàng)新循環(huán)，社會就是以這樣螺旋形上升的方式向前發(fā)展。
在微電子技術(shù)發(fā)展的前50年，創(chuàng)新起到了決定性的作用，而今后微電子技術(shù)的發(fā)展仍將依賴于一系列創(chuàng)新性成果的出現(xiàn)。我們認(rèn)為：目前微電子技術(shù)已經(jīng)發(fā)展到了一個很關(guān)鍵的時期，21世紀(jì)上半葉，也就是今后50年微電子技術(shù)的發(fā)展趨勢和主要的創(chuàng)新領(lǐng)域主要有以下四個方面：以硅基CMOS電路為主流工藝；系統(tǒng)芯片（SystemOnAChip，SOC）為發(fā)展重點；量子電子器件和以分子（原子）自組裝技術(shù)為基礎(chǔ)的納米電子學(xué)；與其他學(xué)科的結(jié)合誕生新的技術(shù)增長點，如MEMS，DNAChip等。
221世紀(jì)上半葉仍將以硅基CMOS電路為主流工藝
微電子技術(shù)發(fā)展的目標(biāo)是不斷提高集成系統(tǒng)的性能及性能價格比，因此便要求提高芯片的集成度，這是不斷縮小半導(dǎo)體器件特征尺寸的動力源泉。以MOS技術(shù)為例，溝道長度縮小可以提高集成電路的速度；同時縮小溝道長度和寬度還可減小器件尺寸，提高集成度，從而在芯片上集成更多數(shù)目的晶體管，將結(jié)構(gòu)更加復(fù)雜、性能更加完善的電子系統(tǒng)集成在一個芯片上；此外，隨著集成度的提高，系統(tǒng)的速度和可靠性也大大提高，價格大幅度下降。由于片內(nèi)信號的延遲總小于芯片間的信號延遲，這樣在器件尺寸縮小后，即使器件本身的性能沒有提高，整個集成系統(tǒng)的性能也可以得到很大的提高。
自1958年集成電路發(fā)明以來，為了提高電子系統(tǒng)的性能，降低成本，微電子器件的特征尺寸不斷縮小，加工精度不斷提高，同時硅片的面積不斷增大。集成電路芯片的發(fā)展基本上遵循了Intel公司創(chuàng)始人之一的GordonE．Moore1965年預(yù)言的摩爾定律，即每隔三年集成度增加4倍，特征尺寸縮小倍。在這期間，雖然有很多人預(yù)測這種發(fā)展趨勢將減緩，但是微電子產(chǎn)業(yè)三十多年來發(fā)展的狀況證實了Moore的預(yù)言[2]。而且根據(jù)我們的預(yù)測，微電子技術(shù)的這種發(fā)展趨勢還將在21世紀(jì)繼續(xù)一段時期，這是其它任何產(chǎn)業(yè)都無法與之比擬的。
現(xiàn)在，0．18微米CMOS工藝技術(shù)已成為微電子產(chǎn)業(yè)的主流技術(shù)，0．035微米乃至0．020微米的器件已在實驗室中制備成功，研究工作已進(jìn)入亞0．1微米技術(shù)階段，相應(yīng)的柵氧化層厚度只有2．0～1．0nm。預(yù)計到2010年，特征尺寸為0．05～0．07微米的64GDRAM產(chǎn)品將投入批量生產(chǎn)。
21世紀(jì)，起碼是21世紀(jì)上半葉,微電子生產(chǎn)技術(shù)仍將以尺寸不斷縮小的硅基CMOS工藝技術(shù)為主流。盡管微電子學(xué)在化合物和其它新材料方面的研究取得了很大進(jìn)展；但還不具備替代硅基工藝的條件。根據(jù)科學(xué)技術(shù)的發(fā)展規(guī)律，一種新技術(shù)從誕生到成為主流技術(shù)一般需要20到30年的時間，硅集成電路技術(shù)自1947年發(fā)明晶體管1958年發(fā)明集成電路,到60年代末發(fā)展成為大產(chǎn)業(yè)也經(jīng)歷了20多年的時間。另外，全世界數(shù)以萬億美元計的設(shè)備和技術(shù)投入，已使硅基工藝形成非常強大的產(chǎn)業(yè)能力；同時，長期的科研投入已使人們對硅及其衍生物各種屬性的了解達(dá)到十分深入、十分透徹的地步，成為自然界100多種元素之最，這是非常寶貴的知識積累。產(chǎn)業(yè)能力和知識積累決定了硅基工藝起碼將在50年內(nèi)仍起重要作用，人們不會輕易放棄。
目前很多人認(rèn)為當(dāng)微電子技術(shù)的特征尺寸在2015年達(dá)到0．030～0．015微米的“極限”之后，將是硅技術(shù)時代的結(jié)束，這實際上是一種誤解。且不說微電子技術(shù)除了以特征尺寸為代表的加工工藝技術(shù)之外，還有設(shè)計技術(shù)、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)等方面需要進(jìn)一步的大力發(fā)展，這些技術(shù)的發(fā)展必將使微電子產(chǎn)業(yè)繼續(xù)高速增長。即使是加工工藝技術(shù)，很多著名的微電子學(xué)家也預(yù)測，微電子產(chǎn)業(yè)將于2030年左右步入像汽車工業(yè)、航空工業(yè)這樣的比較成熟的朝陽工業(yè)領(lǐng)域。即使微電子產(chǎn)業(yè)步入汽車、航空等成熟工業(yè)領(lǐng)域，它仍將保持快速發(fā)展趨勢，就像汽車、航空工業(yè)已經(jīng)發(fā)展了50多年仍極具發(fā)展?jié)摿σ粯印?/p>
隨著器件的特征尺寸越來越小，不可避免地會遇到器件結(jié)構(gòu)、關(guān)鍵工藝、集成技術(shù)以及材料等方面的一系列問題，究其原因，主要是：對其中的物理規(guī)律等科學(xué)問題的認(rèn)識還停留在集成電路誕生和發(fā)展初期所形成的經(jīng)典或半經(jīng)典理論基礎(chǔ)上，這些理論適合于描述微米量級的微電子器件，但對空間尺度為納米量級、空間尺度為飛秒量級的系統(tǒng)芯片中的新器件則難以適用；在材料體系上，SiO2柵介質(zhì)材料、多晶硅／硅化物柵電極等傳統(tǒng)材料由于受到材料特性的制約，已無法滿足亞50納米器件及電路的需求；同時傳統(tǒng)器件結(jié)構(gòu)也已無法滿足亞50納米器件的要求，必須發(fā)展新型的器件結(jié)構(gòu)和微細(xì)加工、互連、集成等關(guān)鍵工藝技術(shù)。具體的需要創(chuàng)新和重點發(fā)展的領(lǐng)域包括：基于介觀和量子物理基礎(chǔ)的半導(dǎo)體器件的輸運理論、器件模型、模擬和仿真軟件，新型器件結(jié)構(gòu)，高k柵介質(zhì)材料和新型柵結(jié)構(gòu)，電子束步進(jìn)光刻、13nmEUV光刻、超細(xì)線條刻蝕，SOI、GeSi／Si等與硅基工藝兼容的新型電路，低K介質(zhì)和Cu互連以及量子器件和納米電子器件的制備和集成技術(shù)等。
3量子電子器件（QED）和以分子原子自組裝技術(shù)為基礎(chǔ)的納米電子學(xué)將帶來嶄新的領(lǐng)域
在上節(jié)我們談到的以尺寸不斷縮小的硅基CMOS工藝技術(shù)，可稱之為“scalingdown”，與此同時我們必須注意“bottomup”?！癰ottomup”最重要的領(lǐng)域有二個方面：
(1)量子電子器件（QED—QuantumElectronDevice）這里包括單電子器件和單電子存儲器等。它的基本原理是基于庫侖阻塞機理控制一個或幾個電子運動，由于系統(tǒng)能量的改變和庫侖作用，一個電子進(jìn)入到一個勢阱，則將阻止其它電子的進(jìn)入。在單電子存儲器中量子阱替代了通常存儲器中的浮柵。它的主要優(yōu)點是集成度高；由于只有一個或幾個電子活動所以功耗極低；由于相對小的電容和電阻以及短的隧道穿透時間，所以速度很快；且可用于多值邏輯和超高頻振蕩。但它的問題是制造比較困難，特別是制造大量的一致性器件很困難；對環(huán)境高度敏感，可靠性難以保證；在室溫工作時要求電容極?。é罠），要求量子點大小在幾個納米。這些都為集成成電路帶來了很大困難。
因此，目前可以認(rèn)為它們的理論是清楚的，工藝有待于探索和突破。
(2)以原子分子自組裝技術(shù)為基礎(chǔ)的納米電子學(xué)。這里包括量子點陣列（QCA—Quantum－dotCellularAutomata)和以碳納米管為基礎(chǔ)的原子分子器件等。
量子點陣列由量子點組成，至少由四個量子點,它們之間以靜電力作用。根據(jù)電子占據(jù)量子點的狀態(tài)形成“0”和“1”狀態(tài)。它在本質(zhì)上是一種非晶體管和無線的方式達(dá)到陣列的高密度、低功耗和實現(xiàn)互連。其基本優(yōu)勢是開關(guān)速度快，功耗低，集成密度高。但難以制造，且對值置變化和大小改變都極為靈敏，0．05nm的變化可以造成單元工作失效。
以碳納米管為基礎(chǔ)的原子分子器件是近年來快速發(fā)展的一個有前景的領(lǐng)域。碳原子之間的鍵合力很強，可支持高密度電流，而熱導(dǎo)性能類似于金剛石，能在高集成度時大大減小熱耗散，性質(zhì)類金屬和半導(dǎo)體，特別是它有三種可能的雜交態(tài)，而Ge、Si只有一個。這些都使碳納米管（CNT）成為當(dāng)前科研熱點，從1991年發(fā)現(xiàn)以來，現(xiàn)在已有大量成果涌現(xiàn)，北京大學(xué)納米中心彭練矛教授也已制備出0．33納米的CNT并提出“T形結(jié)”作為晶體管的可能性。但是問題是如何去生長有序的符合設(shè)計性能的CNT器件，更難以集成。
目前“bottomup”的量子器件和以自組裝技術(shù)為基礎(chǔ)的納米器件在制造工藝上往往與“Scalingdown”的加工方法相結(jié)合以制造器件。這對于解決高集成度CMOS電路的功耗制約將會帶來突破性的進(jìn)展。
QCA和CNT器件不論在理論上還是加工技術(shù)上都有大量工作要做，有待突破，離開實際應(yīng)用還需較長時日！但這終究是一個誘人探索的領(lǐng)域，我們期待它們將創(chuàng)出一個新的天地。
4系統(tǒng)芯片（SystemOnAChip）是21世紀(jì)微電子技術(shù)發(fā)展的重點
在集成電路（IC）發(fā)展初期，電路設(shè)計都從器件的物理版圖設(shè)計入手，后來出現(xiàn)了集成電路單元庫（Cell－Lib），使得集成電路設(shè)計從器件級進(jìn)入邏輯級，這樣的設(shè)計思路使大批電路和邏輯設(shè)計師可以直接參與集成電路設(shè)計，極大地推動了IC產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。但集成電路僅僅是一種半成品，它只有裝入整機系統(tǒng)才能發(fā)揮它的作用。IC芯片是通過印刷電路板（PCB）等技術(shù)實現(xiàn)整機系統(tǒng)的。盡管IC的速度可以很高、功耗可以很小，但由于PCB板中IC芯片之間的連線延時、PCB板可靠性以及重量等因素的限制，整機系統(tǒng)的性能受到了很大的限制。隨著系統(tǒng)向高速度、低功耗、低電壓和多媒體、網(wǎng)絡(luò)化、移動化的發(fā)展，系統(tǒng)對電路的要求越來越高，傳統(tǒng)集成電路設(shè)計技術(shù)已無法滿足性能日益提高的整機系統(tǒng)的要求。同時，由于IC設(shè)計與工藝技術(shù)水平提高，集成電路規(guī)模越來越大，復(fù)雜程度越來越高，已經(jīng)可以將整個系統(tǒng)集成為一個芯片。目前已經(jīng)可以在一個芯片上集成108－109個晶體管，而且隨著微電子制造技術(shù)的發(fā)展，21世紀(jì)的微電子技術(shù)將從目前的3G時代逐步發(fā)展到3T時代（即存儲容量由G位發(fā)展到T位、集成電路器件的速度由GHz發(fā)展到燈THz、數(shù)據(jù)傳輸速率由Gbps發(fā)展到Tbps，注：1G=109、1T=1012、bps：每秒傳輸數(shù)據(jù)位數(shù)）。
正是在需求牽引和技術(shù)推動的雙重作用下，出現(xiàn)了將整個系統(tǒng)集成在一個微電子芯片上的系統(tǒng)芯片（SystemOnAChip，簡稱SOC）概念。
系統(tǒng)芯片（SOC）與集成電路（IC）的設(shè)計思想是不同的，它是微電子設(shè)計領(lǐng)域的一場革命，它和集成電路的關(guān)系與當(dāng)時集成電路與分立元器件的關(guān)系類似，它對微電子技術(shù)的推動作用不亞于自50年代末快速發(fā)展起來的集成電路技術(shù)。
SOC是從整個系統(tǒng)的角度出發(fā)，把處理機制、模型算法、芯片結(jié)構(gòu)、各層次電路直至器件的設(shè)計緊密結(jié)合起來，在單個（或少數(shù)幾個）芯片上完成整個系統(tǒng)的功能，它的設(shè)計必須是從系統(tǒng)行為級開始的自頂向下（Top－Down）的。很多研究表明，與IC組成的系統(tǒng)相比，由于SOC設(shè)計能夠綜合并全盤考慮整個系統(tǒng)的各種情況，可以在同樣的工藝技術(shù)條件下實現(xiàn)更高性能的系統(tǒng)指標(biāo)。例如若采用SOC方法和0．35μm工藝設(shè)計系統(tǒng)芯片,在相同的系統(tǒng)復(fù)雜度和處理速率下，能夠相當(dāng)于采用0．18～0.25μm工藝制作的IC所實現(xiàn)的同樣系統(tǒng)的性能；還有，與采用常規(guī)IC方法設(shè)計的芯片相比,采用SOC設(shè)計方法完成同樣功能所需要的晶體管數(shù)目約可以降低l～2個數(shù)量級。
對于系統(tǒng)芯片（SOC）的發(fā)展，主要有三個關(guān)鍵的支持技術(shù)。
（1）軟、硬件的協(xié)同設(shè)計技術(shù)。面向不同系統(tǒng)的軟件和硬件的功能劃分理論（FunctionalPartitionTheory），這里不同的系統(tǒng)涉及諸多計算機系統(tǒng)、通訊系統(tǒng)、數(shù)據(jù)壓縮解壓縮和加密解密系統(tǒng)等等。
（2）IP模塊庫問題。IP模塊有三種,即軟核，主要是功能描述；固核，主要為結(jié)構(gòu)設(shè)計；和硬核，基于工藝的物理設(shè)計、與工藝相關(guān)，并經(jīng)過工藝驗證過的。其中以硬核使用價值最高。CMOS的CPU、DRAM、SRAM、E2PROM和FlashMemory以及A／D、D／A等都可以成為硬核。其中尤以基于深亞微米的新器件模型和電路模擬為基礎(chǔ)，在速度與功耗上經(jīng)過優(yōu)化并有最大工藝容差的模塊最有價值?，F(xiàn)在,美國硅谷在80年代出現(xiàn)無生產(chǎn)線（Fabless)公司的基礎(chǔ)上，90年代后期又出現(xiàn)了一些無芯片（Chipless）的公司,專門銷售IP模塊。
（3）模塊界面間的綜合分析技術(shù),這主要包括IP模塊間的膠聯(lián)邏輯技術(shù)（gluelogictechnologies）和IP模塊綜合分析及其實現(xiàn)技術(shù)等。
微電子技術(shù)從IC向SOC轉(zhuǎn)變不僅是一種概念上的突破,同時也是信息技術(shù)新發(fā)展的里程碑。通過以上三個支持技術(shù)的創(chuàng)新,它必將導(dǎo)致又一次以系統(tǒng)芯片為主的信息技術(shù)上的革命。目前，SOC技術(shù)已經(jīng)嶄露頭角，21世紀(jì)將是SOC技術(shù)真正快速發(fā)展的時期。
在新一代系統(tǒng)芯片領(lǐng)域，需要重點突破的創(chuàng)新點主要包括實現(xiàn)系統(tǒng)功能的算法和電路結(jié)構(gòu)兩個方面。在微電子技術(shù)的發(fā)展歷史上,每一種算法的提出都會引起一場變革，例如維特比算法、小波變換等均對集成電路設(shè)計技術(shù)的發(fā)展起到了非常重要的作用,目前神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、模糊算法等也很有可能取得較大的突破。提出一種新的電路結(jié)構(gòu)可以帶動一系列的應(yīng)用,但提出一種新的算法則可以帶動一個新的領(lǐng)域,因此算法應(yīng)是今后系統(tǒng)芯片領(lǐng)域研究的重點學(xué)科之一。在電路結(jié)構(gòu)方面,在系統(tǒng)芯片中，由于射頻、存儲器件的加入，其中的電路結(jié)構(gòu)已經(jīng)不是傳統(tǒng)意義上的CMOS結(jié)構(gòu)，因此需要發(fā)展更靈巧的新型電路結(jié)構(gòu)。另外，為了實現(xiàn)膠聯(lián)邏輯（GlueLogic）新的邏輯陣列技術(shù)有望得到快速的發(fā)展,在這一方面也需要做系統(tǒng)深入的研究。
5微電子與其他學(xué)科的結(jié)合誕生新的技術(shù)增長點
微電子技術(shù)的強大生命力在于它可以低成本、大批量地生產(chǎn)出具有高可靠性和高精度的微電子結(jié)構(gòu)模塊。這種技術(shù)一旦與其它學(xué)科相結(jié)合,便會誕生出一系列嶄新的學(xué)科和重大的經(jīng)濟(jì)增長點，這方面的典型例子便是MEMS（微機電系統(tǒng)）技術(shù)和DNA生物芯片。前者是微電子技術(shù)與機械、光學(xué)等領(lǐng)域結(jié)合而誕生的，后者則是與生物工程技術(shù)結(jié)合的產(chǎn)物。
微電子機械系統(tǒng)不僅是微電子技術(shù)的拓寬和延伸,它將微電子技術(shù)和精密機械加工技術(shù)相互融合，實現(xiàn)了微電子與機械融為一體的系統(tǒng)。MEMS將電子系統(tǒng)和外部世界聯(lián)系起來，它不僅可以感受運動、光、聲、熱、磁等自然界的外部信號，把這些信號轉(zhuǎn)換成電子系統(tǒng)可以認(rèn)識的電信號，而且還可以通過電子系統(tǒng)控制這些信號，發(fā)出指令并完成該指令。從廣義上講，MEMS是指集微型傳感器、微型執(zhí)行器、信號處理和控制電路、接口電路、通信系統(tǒng)以及電源于一體的微型機電系統(tǒng)。MEMS技術(shù)是一種典型的多學(xué)科交叉的前沿性研究領(lǐng)域，它幾乎涉及到自然及工程科學(xué)的所有領(lǐng)域，如電子技術(shù)、機械技術(shù)、光學(xué)、物理學(xué)、化學(xué)、生物醫(yī)學(xué)、材料科學(xué)、能源科學(xué)等〖3〗。
MEMS的發(fā)展開辟了一個全新的技術(shù)領(lǐng)域和產(chǎn)業(yè)。它們不僅可以降低機電系統(tǒng)的成本，而且還可以完成許多大尺寸機電系統(tǒng)所不能完成的任務(wù)。正是由于MEMS器件和系統(tǒng)具有體積小、重量輕、功耗低、成本低、可靠性高、性能優(yōu)異及功能強大等傳統(tǒng)傳感器無法比擬的優(yōu)點,因而MEMS在航空、航天、汽車、生物醫(yī)學(xué)、環(huán)境監(jiān)控、軍事以及幾乎人們接觸到的所有領(lǐng)域中都有著十分廣闊的應(yīng)用前景。例如微慣性傳感器及其組成的微型慣性測量組合能應(yīng)用于制導(dǎo)、衛(wèi)星控制、汽車自動駕駛、汽車防撞氣囊、汽車防抱死系統(tǒng)（ABS）、穩(wěn)定控制和玩具；微流量系統(tǒng)和微分析儀可用于微推進(jìn)、傷員救護(hù)；信息MEMS系統(tǒng)將在射頻系統(tǒng)、全光通訊系統(tǒng)和高密度存儲器和顯示等方面發(fā)揮重大作用；同時MEMS系統(tǒng)還可以用于醫(yī)療、光譜分析、信息采集等等?，F(xiàn)在已經(jīng)成功地制造出了尖端直徑為5μm的可以夾起一個紅細(xì)胞的微型鑷子，可以在磁場中飛行的象蝴蝶大小的飛機等。
MEMS技術(shù)及其產(chǎn)品的增長速度非常之高，目前正處在技術(shù)發(fā)展時期，再過若干年將會迎來MEMS產(chǎn)業(yè)化高速發(fā)展的時期。2000年，全世界MEMS的市場達(dá)到120到140億美元，而帶來的與之相關(guān)的市場達(dá)到1000億美元。
目前，MEMS系統(tǒng)與集成電路發(fā)展的初期情況極為相似。集成電路發(fā)展初期，其電路在今天看來是很簡單的，應(yīng)用也非常有限，以軍事需求為主,但它的誘人前景吸引了人們進(jìn)行大量投資，促進(jìn)了集成電路飛速發(fā)展。集成電路技術(shù)的進(jìn)步,加快了計算機更新?lián)Q代的速度，對CPU和RAM的需求越來越大,反過來又促進(jìn)了集成電路的發(fā)展。集成電路和計算機在發(fā)展中相互推動，形成了今天的雙贏局面，帶來了一場信息革命?，F(xiàn)階段的微機電系統(tǒng)專用性很強，單個系統(tǒng)的應(yīng)用范圍非常有限,還沒有出現(xiàn)類似于CPU和RAM這樣量大面廣的產(chǎn)品。隨著微機電系統(tǒng)的進(jìn)步，最后將有可能形成像微電子技術(shù)一樣有廣泛應(yīng)用前景的新產(chǎn)業(yè)，從而對人們的社會生產(chǎn)和生活方式產(chǎn)生重大影響。
當(dāng)前MEMS系統(tǒng)能否取得更更大突破，取決于兩方面的因素：第一是在微系統(tǒng)理論與基礎(chǔ)技術(shù)方面取得突破性進(jìn)展，使人們依靠掌握的理論和基礎(chǔ)技術(shù)可以高效地設(shè)計制造出所需的微系統(tǒng)；第二是找準(zhǔn)應(yīng)用突破口，揚長避短，以特別適合微系統(tǒng)應(yīng)用的重大領(lǐng)域為目標(biāo)進(jìn)行研究,取得突破，從而帶動微系統(tǒng)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。在MEMS發(fā)展中需要繼續(xù)解決的問題主要有：MEMS建模與設(shè)計方法學(xué)研究；三維微結(jié)構(gòu)構(gòu)造原理、方法、仿真及制造；微小尺度力學(xué)和熱學(xué)研究；MEMS的表征與計量方法學(xué)；納結(jié)構(gòu)與集成技術(shù)等。
微電子與生物技術(shù)緊密結(jié)合誕生的以DNA芯片等為代表的生物芯片將是21世紀(jì)微電子領(lǐng)域的另一個熱點和新的經(jīng)濟(jì)增長點。它是以生物科學(xué)為基礎(chǔ)，利用生物體、生物組織或細(xì)胞等的特點和功能，設(shè)計構(gòu)建具有預(yù)期性狀的新物種或新品系，并與工程技術(shù)相結(jié)合進(jìn)行加工生產(chǎn)，它是生命科學(xué)與技術(shù)科學(xué)相結(jié)合的產(chǎn)物。具有附加值高、資源占用少等一系列特點，正日益受到廣泛關(guān)注。目前最有代表性的生物芯片是DNA芯片。
采用微電子加工技術(shù)，可以在指甲蓋大小的硅片上制作出包含有多達(dá)萬種DNA基因片段的芯片。利用這種芯片可以在極快的時間內(nèi)檢測或發(fā)現(xiàn)遺傳基因的變化等情況，這無疑對遺傳學(xué)研究、疾病診斷、疾病治療和預(yù)防、轉(zhuǎn)基因工程等具有極其重要的作用。
DNA芯片的基本思想是通過生物反應(yīng)或施加電場等措施使一些特殊的物質(zhì)能夠反映出某種基因的特性從而起到檢測基因的目的。目前Stanford和Affymetrix公司的研究人員已經(jīng)利用微電子技術(shù)在硅片或玻璃片上制作出了DNA芯片〖4〗。他們制作的DNA芯片是通過在玻璃片上刻蝕出非常小的溝槽，然后在溝槽中覆蓋一層DNA纖維。不同的DNA纖維圖案分別表示不同的DNA基因片段，該芯片共包括6000余種DNA基因片段。DNA（脫氧核糖核酸）是生物學(xué)中最重要的一種物質(zhì)，它包含有大量的生物遺傳信息，DNA芯片的作用非常巨大，其應(yīng)用領(lǐng)域也非常廣泛：它不僅可以用于基因?qū)W研究、生物醫(yī)學(xué)等，而且隨著DNA芯片的發(fā)展還將形成微電子生物信息系統(tǒng)，這樣該技術(shù)將廣泛應(yīng)用到農(nóng)業(yè)、工業(yè)、醫(yī)學(xué)和環(huán)境保護(hù)等人類生活的各個方面，那時，生物芯片有可能象今天的IC芯片一樣無處不在。
目前的生物芯片主要是指通過平面微細(xì)加工技術(shù)及超分子自組裝技術(shù)，在固體芯片表面構(gòu)建的微分析單元和系統(tǒng)，以實現(xiàn)對化合物、蛋白質(zhì)、核酸、細(xì)胞以及其它生物組分的準(zhǔn)確、快速、大信息量的篩選或檢測。生物芯片的主要研究包括采用生物芯片的具體實現(xiàn)技術(shù)、基于生物芯片的生物信息學(xué)以及高密度生物芯片的設(shè)計、檢測方法學(xué)等等。
6結(jié)語
在微電子學(xué)發(fā)展歷程的前50年中，創(chuàng)新和基礎(chǔ)研究曾起到非常關(guān)鍵的決定性作用。而隨著器件特征尺寸的縮小、納米電子學(xué)的出現(xiàn)、新一代SOC的發(fā)展、MEMS和DNA芯片的崛起，又提出了一系列新的課題，客觀需求正在“召喚”創(chuàng)新成果的誕生。
回顧20世紀(jì)后50年，展望21世紀(jì)前50年，即百年的微電子科學(xué)技術(shù)發(fā)展歷程，使我們深切地感受到，世紀(jì)之交的微電子技術(shù)對我們既是一個重大的機遇，也是一個嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)，如果我們能夠抓住這個機遇，立足創(chuàng)新，去勇敢地迎接這個挑戰(zhàn)，則有可能使我國微電子技術(shù)實現(xiàn)騰飛，在新一代微電子技術(shù)中擁有自己的知識產(chǎn)權(quán)，促進(jìn)我國微電子產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，為迎接21世紀(jì)中葉將要到來的偉大的民族復(fù)興奠定技術(shù)基礎(chǔ)，以重鑄中華民族的輝煌！
參考文獻(xiàn)
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[3]張興、郝一龍、李志宏、王陽元?？缡兰o(jì)的新技術(shù)－微電子機械系統(tǒng)。電子科技導(dǎo)報，1999，4：2
[4]NicholasWadeWhereComputersandBiologyMeet:MakingaDNAChip.NewYorkTimes,April8,1997