微电子技术（二）
“IC”产品的更新换代
微电子技术的基本单元是集成电路（IC），这种产品生成的关键技术是两大部分：一是原材料，二是制造技术。“IC”产品技术正是以基础材料和基本工艺的不断改进革新为基础才取得突破和进步的。
一、“IC”基础材料的进步
截至目前为止，“IC”的基础材料仍是主要采用的半导体硅片。世界上硅的资源十分丰富，但要用作半导体硅片其纯度却要求极高，必须达到99.99999%，且要首先拉成单晶硅，然后切成半毫米左右厚的硅片，再精细地进行磨片和抛光。作为信息的贮存和传输装置的元件要求尽量小、轻、快。硅芯片内的线宽，1960年时为30微米；1986年降为1微米，因而每块芯片可以集成10万个以上晶体管，贮存1.6X100万位以上的信息；到1990年时已达0.5微米。硅中电子的有效质量（m*）为自由电子质量（m0）的1/5。可说是目前最具有可靠性高、体积小、重量轻、成本低，且适于大量生产等特点的原材料，成为应用最广泛、发展速度最快、品种最多、产量最大的集成电路，特别是用于制作数字电路和线性电路的最好材料。据预测，到本世纪末，硅的这种基础地位仍不会发生根本性的变化。但它本身也存在一定的局限性，特别是难以满足日益要求速度大、集成度髙的需要，科学家们不得不寻求新的材料，以取代硅材料。
经过几年的研究实验，从多种材料中发现“砷化镓”半导体的综合性能要大大优于硅材料。砷化镓是一种具有高迁移率的半导体，在同样条件下，它与硅相比，其载流子的迁移速度要快5倍。砷化嫁的有效质量（m*）为自由电子质量（m0）的1/15，因而其信息传递速度更快，可用它做出电阻率为100兆欧/厘米的绝缘材料。采用砷化镓金属-氧化物-半导体场地效应晶体管构成的集成电路，具有高饱和电流、低接通电阻，以及寄生电容小等优点。因此，非常适于做高速集成电路。它与硅集成电路最高速度的“射极耦合逻辑电路”（ECL）相比，速度提高了10倍，功耗却降低了一个数量级，且有可能实现集成度为数千个门的超大规模集成电路。尤其这种集成电路的高温特性达350摄氏度（比硅“IC”高40%），非常适于军用电子对抗、C3I系统，以及高速计算机中的高环境条件的电子设备所需要，具有广阔的应用前景。
砷化镓化合物半导体晶格更易于电子通过的这种特性，是1978年美国电话电报公司贝尔实验室首先发现的，随即引起了许多国家的极大反响。美、日、西欧许多国家相继开展了对这一新型材料及其电路技术的深入钻研，并取得长足发展。很多国家已经将砷化镓集成电路在卫星通信、光通信和移动通信及计算机上予以应用。
这种新型材料的“IC”成品的实际应用，必将对电子计算机技术产生巨大影响，它将居于计算机技术发展的制高点，使计算机技术再上一个新台阶。
二、“IC”制造技术的进步
集成电路的一个芯片大致在相当于一个小手指甲的一半的见方面积上集成成千上万，甚至上百万上千万个晶体管元件，需要非常复杂高级的微米及亚微米精细加工制造工艺。目前，“IC”产品的生产还是普遍采用平面加工工艺。这种工艺的一道关键工艺是“氧化”，使它表面生长几百纳米到1微米厚的氧化层。氧化层长好后在上面髙速旋转涂布一层光刻胶，用类似照相底版的光刻掩模版放在涂胶后的硅片上，然后在紫外线下曝光、显影、溶液腐蚀等工序后，形成各种不同的图形。经这种“光刻”工艺后，把各晶体管的接触孔开出来，蒸上布线的金属，使之形成相互联线，并经合金化后，就基本制成“IC”成品了。平面工艺的核心技术有三：一是微细加工，二是薄膜生长，三是精细掺杂。微细加工技术使“IC”的光刻线越来越细，其线宽要求达到1.5-3微米，而实验室的光刻线宽为0.5微米，布线精度为0.1微米，即仅为人的头发丝直径的1%左右。
截止目前所有实用化硅“IC”都是二维平面型结构，如何缩小线宽，成了今后发展的主要问题。越细越难搞，要进一步提高集成度，势必遇到更多困难。将出现热电子产生源、漏穿孔、发热等许多技术障碍。因此，必须另寻他途。目前，一些国家的专家已开始提出研究多层立体化结构的设想。所谓立体化，就是“三维电路”；所谓多层，就是叠加数层。这种多层集成电路（MLIC）结构既可多层高密度，又可多功能。三维“IC”的内部互连线比目前的二维“IC”要短得多，因此，它的运速要快得多。这样，将大大提髙动态随机存取存储器的功能，大大缩小计算机的体积和功耗，对未来军事通信、国防电子系统、人工智能机器人、高技术武器装备，乃至家用电器、个人计算机等所有微电子领域里的电子装备产生重大影响。
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