光刻技術(shù)的基本原理精選(九篇)
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第1篇：光刻技術(shù)的基本原理范文
關(guān)鍵詞：量子阱；器件；紅外探測(cè)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(zhǎng)一般是采用mocvd外廷技術(shù)。這種器件的特點(diǎn)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(tái)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(jí),增益譜半寬大為降低、且價(jià)帶上輕重空穴的簡(jiǎn)并被解除,價(jià)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(zhǎng)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(zhǎng)500nm左右的gaas薄層,而交替生長(zhǎng)厚度為幾埃至幾百埃的alas薄層。這兩者共同構(gòu)成了一個(gè)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(shuō),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(wú)論處在其中的載流子的運(yùn)動(dòng)路徑怎樣,都必須越過(guò)一個(gè)勢(shì)壘,由于gaas層厚度為量子尺度,我們將這種勢(shì)阱稱(chēng)為量子阱.
當(dāng)gaas和alas沿z方向交替生長(zhǎng)時(shí),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(shì)場(chǎng)。其中a表示alas薄層厚度(勢(shì)壘寬度),b表示薄層厚度(勢(shì)阱寬度)。如果勢(shì)壘的寬度較大,使得兩個(gè)相鄰勢(shì)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(dú)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(qiáng)度則是單量子阱的線性迭加。另一方面,如果兩個(gè)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(jí)將分裂成帶,并稱(chēng)之為子能帶。而兩個(gè)相鄰的子能帶
之間又存在能隙,稱(chēng)為子能隙。通過(guò)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(gè)薄層,這個(gè)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(shí),各個(gè)區(qū)域的勢(shì)能與中間的gaas對(duì)應(yīng)的區(qū)域形成了一個(gè)勢(shì)阱,故稱(chēng)為量子阱。電子的運(yùn)動(dòng)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(guò)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(cè)器
量子阱紅外探測(cè)器(qwip)是20世紀(jì)90年展起來(lái)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(cè)率與hgcdte探測(cè)器相近、探測(cè)波長(zhǎng)可通過(guò)量子阱參數(shù)加以調(diào)節(jié)等優(yōu)點(diǎn)。而且,利用mbe和mocvd等先進(jìn)工藝可生長(zhǎng)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(cè)器陣列。正因?yàn)槿绱?量子阱光探測(cè)器,尤其是紅外探測(cè)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(guò)電場(chǎng)作用形成光電流這一物理過(guò)程,實(shí)現(xiàn)對(duì)紅外輻射的探測(cè)。通過(guò)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(yùn)的激發(fā)態(tài)被設(shè)計(jì)在阱內(nèi)(束縛態(tài))、阱外(連續(xù)態(tài))或者在勢(shì)壘的邊緣或者稍低于勢(shì)壘頂(準(zhǔn)束縛態(tài)),以便滿足不同的探測(cè)需要,獲得最優(yōu)化的探測(cè)靈敏度。因此,量子阱結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)又稱(chēng)為“能帶工程”是qwip最關(guān)鍵的一步。另外,由于探測(cè)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(jī)和光接收機(jī),這些儀器不僅要求其體積小,質(zhì)量高,同時(shí)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(kāi)發(fā)出來(lái)。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(zhǎng)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(lái)發(fā)展了許多選擇量子阱無(wú)序或稱(chēng)之為量子阱混合(qwi)的新方法,目的在于量子阱一次生長(zhǎng)(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(zhǎng)和反復(fù)光刻的復(fù)雜工藝。
4 結(jié)語(yǔ)
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(cè)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(dú)特的作用。
參考文獻(xiàn)：
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第2篇：光刻技術(shù)的基本原理范文
關(guān)鍵詞：精密與特種加工；機(jī)械制造；強(qiáng)化實(shí)踐；教學(xué)改革；激光切割機(jī)
中圖分類(lèi)號(hào)：G642.0 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-9324（2012）07-0103-02
制造業(yè)是全面建設(shè)小康社會(huì)的支柱產(chǎn)業(yè)，是國(guó)家高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)的基礎(chǔ)和國(guó)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(mén)課程屬普通工科類(lèi)高等院校開(kāi)設(shè)的基本課程。通過(guò)調(diào)查研究發(fā)現(xiàn)，開(kāi)設(shè)這門(mén)課程的學(xué)校基本以課堂講述為主，學(xué)生基本只能從黑板上了解精密與特種加工，即使開(kāi)設(shè)了部分精密與特種加工方面的實(shí)驗(yàn)課程，也因?qū)嶒?yàn)成本高昂，變成演示性和參觀性的。這大大妨礙了學(xué)生對(duì)精密與特種加工含義的理解和認(rèn)識(shí)。在這方面國(guó)內(nèi)很多高校進(jìn)行了相關(guān)的研究工作，如長(zhǎng)沙理工大學(xué)對(duì)特種加工的教學(xué)課改、江蘇大學(xué)在特種加工實(shí)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(kāi)展對(duì)《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?！毒芘c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(shí)現(xiàn)的基本原理、技術(shù)關(guān)鍵等，同時(shí)培養(yǎng)學(xué)生綜合應(yīng)用各學(xué)科知識(shí)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(jì)思想和制造方式，并進(jìn)一步加強(qiáng)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)動(dòng)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(dòng)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(dòng)手進(jìn)行實(shí)驗(yàn)操作的、實(shí)驗(yàn)成本又不是很高的實(shí)驗(yàn)輔助教學(xué)體系，在高等學(xué)校專(zhuān)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(jī)械制造及自動(dòng)化專(zhuān)業(yè)的基本特點(diǎn)，在概括介紹先進(jìn)制造理念的基礎(chǔ)上，重點(diǎn)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(shí)，建設(shè)思路將采用課堂教學(xué)（26時(shí)）和實(shí)踐環(huán)節(jié)教學(xué)（14時(shí)）的時(shí)間安排模式。即增加實(shí)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(shí)踐環(huán)節(jié)。教師是課程組織者，而學(xué)生成為課程實(shí)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(shí)。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(jī)理、精密切削機(jī)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(dòng)系統(tǒng)、精密測(cè)量技術(shù)、誤差補(bǔ)償技術(shù)和環(huán)境控制。
2.電火花成形，講述4課時(shí)。重點(diǎn)講述電火花加工的機(jī)理、電火花加工中的基本工藝規(guī)律和電火花加工機(jī)床的組成。其中，電火花加工機(jī)理是其核心內(nèi)容，通過(guò)形象的動(dòng)畫(huà)予以描述，增加學(xué)生更進(jìn)一步的認(rèn)識(shí)。
3.電化學(xué)加工，講述4課時(shí)。主要包括電解加工、電鍍、電刷鍍、復(fù)合鍍等內(nèi)容。重點(diǎn)講述電解加工中的電解加工機(jī)理和基本規(guī)律、電解加工設(shè)備、電解加工工藝。最后通過(guò)現(xiàn)實(shí)中電解加工的應(yīng)用開(kāi)展實(shí)例教學(xué)。
4.高能束加工，講述4課時(shí)。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(diǎn)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(shí)際應(yīng)用，通過(guò)實(shí)例和視頻讓學(xué)生有更加直觀的認(rèn)識(shí)。
5.超聲波加工，講述2課時(shí)。主要介紹超聲波加工的機(jī)理、超聲波加工的設(shè)備及構(gòu)成。在此基礎(chǔ)上，通過(guò)視頻形象地表達(dá)各領(lǐng)域中對(duì)超聲波加工的應(yīng)用。
6.快速成形，講述4課時(shí)?？焖俪尚图夹g(shù)帶來(lái)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(diǎn)講解快速成型的四中類(lèi)型：光固化成形、疊層實(shí)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(shí)。主要介紹目前國(guó)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(shí)驗(yàn)平臺(tái)的體系結(jié)構(gòu)
針對(duì)《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(shí)驗(yàn)室現(xiàn)有加工設(shè)備，整合一套精密與特種加工實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，主要與上述課堂教學(xué)相對(duì)應(yīng)。實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的體系結(jié)構(gòu)和相應(yīng)課時(shí)分配情況如圖1所示，每一種加工方法通過(guò)2課時(shí)的實(shí)驗(yàn)讓學(xué)生分組進(jìn)行實(shí)際操作，鍛煉其動(dòng)手能力和對(duì)加工方法的進(jìn)一步認(rèn)識(shí)。
圖1?搖實(shí)驗(yàn)平臺(tái)及課時(shí)分配
實(shí)驗(yàn)流程如圖2所示。在開(kāi)展實(shí)驗(yàn)的過(guò)程中，首先實(shí)驗(yàn)老師簡(jiǎn)要回顧課堂內(nèi)容，對(duì)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容進(jìn)行演示。然后通過(guò)分組，使同學(xué)們自己安排實(shí)驗(yàn)方案、設(shè)備操作和樣品加工。最后由實(shí)驗(yàn)老師對(duì)學(xué)生的操作和制備的樣品進(jìn)行考評(píng)，并指出實(shí)驗(yàn)過(guò)程中關(guān)鍵問(wèn)題。
圖2?搖實(shí)驗(yàn)過(guò)程示意圖
三、強(qiáng)化實(shí)踐的教改實(shí)例
教學(xué)活動(dòng)中，注重強(qiáng)調(diào)學(xué)生自由發(fā)散思維的培養(yǎng)，鼓勵(lì)學(xué)生大膽地想，細(xì)心地做。提出問(wèn)題，交由學(xué)生找出問(wèn)題解決的方案、圖紙、程序，然后進(jìn)行論證，最后進(jìn)行實(shí)施，直到拿出最終的有形產(chǎn)品。下面以激光加工為例對(duì)實(shí)施方案進(jìn)行了概括。激光切割機(jī)系統(tǒng)采用Windows XP作為操作平臺(tái)，造型軟件為AutoCAD，成形材料為各種厚度的金屬板材，刀具是無(wú)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(guò)熱傳導(dǎo)向內(nèi)部擴(kuò)散，通過(guò)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(shí)驗(yàn)成本不高，保證了教學(xué)改革實(shí)施的持續(xù)性。精密與特征加工是一門(mén)理論與實(shí)踐結(jié)合性很強(qiáng)的課程，本文研究基于實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的強(qiáng)化實(shí)踐教學(xué)改革方法，實(shí)踐表明學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性、主動(dòng)性有了極大提高，動(dòng)手能力和創(chuàng)新能力得到了進(jìn)一步加強(qiáng)。
參考文獻(xiàn)：
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第3篇：光刻技術(shù)的基本原理范文
什么是電容感應(yīng)
電容感應(yīng)技術(shù)是一個(gè)非常傳統(tǒng)的技術(shù),這種技術(shù)主要是依靠計(jì)時(shí)器通過(guò)外部RC充放電路形成一個(gè)固有頻率的脈沖,一個(gè)簡(jiǎn)單的單片機(jī)監(jiān)視著這個(gè)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(gè)或者兩個(gè)涂層中的電極島。單層涂層時(shí),每個(gè)電極島都引出一條細(xì)線直通控制器;雙層涂層時(shí),電極島按照互補(bǔ)的排列設(shè)計(jì)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(cè)某一行或某一列,也就是只檢測(cè)一個(gè)獨(dú)立的電極。當(dāng)只有一個(gè)單獨(dú)的手指觸摸時(shí),會(huì)表現(xiàn)不錯(cuò),手指觸摸(2,0)坐標(biāo)點(diǎn),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(diǎn)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(duì)于手指這樣的大觸摸物也足以應(yīng)付。此后,在檢測(cè)到觸摸后,通過(guò)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(diǎn)的位移。
單涂層自電容觸摸屏需要大量的引線――每個(gè)電極島需要單獨(dú)引線直接連接到控制器;雙涂層自電容觸摸屏通過(guò)矩陣方式相對(duì)解決了引線過(guò)多的問(wèn)題:通常一個(gè)3.5英寸的智能手機(jī)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(cè)一條獨(dú)立的電極,雙涂層矩陣模式的自電容觸摸屏無(wú)法分辨多點(diǎn)觸摸時(shí)的詭點(diǎn)。然而這個(gè)缺點(diǎn)并沒(méi)有妨礙自電容技術(shù)在多點(diǎn)觸摸的應(yīng)用,這個(gè)秘密在于軟件――軟件不使用非明確的點(diǎn)作為定位,而是通過(guò)點(diǎn)的走勢(shì)確定多點(diǎn)手勢(shì)。在這種情形下,它不介意4點(diǎn)產(chǎn)生是由于哪2點(diǎn)觸摸而導(dǎo)致的,只要坐標(biāo)點(diǎn)在互相遠(yuǎn)離或者互相走近,就可以實(shí)現(xiàn)縮放手勢(shì)的識(shí)別。
互電容模式
投射電容目前更常見(jiàn)的類(lèi)型為“互電容”,該類(lèi)型支持真多點(diǎn),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(shí)候會(huì)產(chǎn)生電荷,這時(shí)如果另外一個(gè)傳導(dǎo)物體,比如手指,靠近前兩個(gè)傳導(dǎo)物體時(shí),因?yàn)槿梭w吸走一些電荷,兩個(gè)傳導(dǎo)物體間電荷場(chǎng)會(huì)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?yàn)槊恳恍信c每一列的交叉位置可以觸發(fā)一個(gè)獨(dú)立的觸摸,互電容觸摸屏的控制器可以分別計(jì)算多個(gè)觸摸點(diǎn)的位置,這個(gè)是互電容觸摸技術(shù)的主要優(yōu)勢(shì)來(lái)源,它能感應(yīng)在屏幕上的每一個(gè)坐標(biāo)范圍內(nèi)的點(diǎn)擊。
由于自電容與互電容這兩種電容技術(shù)都依賴(lài)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(chēng)為“電荷交換”。
在這個(gè)目前最薄的投射電容設(shè)計(jì)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(jì)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(jī)和簽名采集板在不同PET層上鍍的ITO,此外常見(jiàn)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。
第4篇：光刻技術(shù)的基本原理范文
關(guān)鍵詞：新課程；高中物理；教師；教法
中圖分類(lèi)號(hào)：G633.7 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1992-7711（2016）06-0028
一、高中物理新課程的特點(diǎn)
新課程內(nèi)容改變了過(guò)去“難、繁、偏、舊”和過(guò)于注重書(shū)本知識(shí)的現(xiàn)狀，加強(qiáng)了課程內(nèi)容與學(xué)生生活以及現(xiàn)代社會(huì)與科技發(fā)展的聯(lián)系。其主要特點(diǎn)有：
1. 強(qiáng)調(diào)從生活走進(jìn)物理，從物理走向社會(huì)，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(kāi)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(wèn)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(diǎn)，關(guān)注學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和生活經(jīng)驗(yàn)，加強(qiáng)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(duì)社會(huì)發(fā)展有巨大的推動(dòng)作用，同時(shí)也培養(yǎng)了學(xué)生善于觀察、樂(lè)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(shí)與生活實(shí)踐相聯(lián)系的興趣與能力。
2. 強(qiáng)調(diào)基礎(chǔ)知識(shí)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(guó)物理教材的優(yōu)勢(shì)，強(qiáng)調(diào)教材的科學(xué)性、嚴(yán)謹(jǐn)性，注重教材知識(shí)結(jié)構(gòu)的邏輯性、循序漸進(jìn)，注重內(nèi)容表述言簡(jiǎn)意賅、條理分明、深入淺出。這充分體現(xiàn)了“知識(shí)與技能”的培養(yǎng)目標(biāo)。
3. 強(qiáng)調(diào)知識(shí)的構(gòu)建過(guò)程，注重培養(yǎng)物理實(shí)驗(yàn)、科學(xué)探究能力
教材體現(xiàn)于對(duì)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(shí)驗(yàn)、演示實(shí)驗(yàn)、有趣的小實(shí)驗(yàn)和低成本實(shí)驗(yàn)的引入，這不僅讓學(xué)生學(xué)到物理知識(shí)，而且還讓他們經(jīng)歷一些探究過(guò)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(shí)發(fā)展的日新月異，教師不可能在學(xué)校教育時(shí)間里，把物理學(xué)的事實(shí)和原理都傳授給學(xué)生。但是讓學(xué)生理解了科學(xué)的過(guò)程，就能夠使學(xué)生更好地依靠自己主動(dòng)獲取科學(xué)知識(shí)。
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?lái)培養(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(lái)感動(dòng)學(xué)生。物理學(xué)是非常吸引人的，可是很多學(xué)生感覺(jué)物理學(xué)非?？菰?，主要是沒(méi)有真正體會(huì)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(diǎn)燃學(xué)生熱情的火花。
2. 培養(yǎng)學(xué)生的科技意識(shí)
物理是一門(mén)歷史悠久的自然學(xué)科，隨著科技的發(fā)展、社會(huì)的進(jìn)步，物理已滲入到人類(lèi)生活的各個(gè)領(lǐng)域。在現(xiàn)代科技發(fā)展和科技教育中，增強(qiáng)學(xué)生的科技意識(shí)，提高學(xué)生對(duì)科學(xué)技術(shù)是第一生產(chǎn)力的認(rèn)識(shí)，物理起著至關(guān)重要的作用。物理學(xué)推動(dòng)了20世紀(jì)科學(xué)技術(shù)的高速發(fā)展，人類(lèi)社會(huì)在科技進(jìn)步上經(jīng)歷了一個(gè)又一個(gè)劃時(shí)代的變革。電氣化時(shí)代、原子時(shí)代、激光技術(shù)的廣泛應(yīng)用、以現(xiàn)代計(jì)算機(jī)為基礎(chǔ)發(fā)展起來(lái)的信息時(shí)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(shí)驗(yàn)室里移植到工業(yè)上去的！科技意識(shí)的培養(yǎng)可以激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，開(kāi)闊學(xué)生的視野，為他們將來(lái)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(jiàn)，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(shí)、有意識(shí)、有機(jī)地滲透科技意識(shí)的教育。物理課外活動(dòng)也是加強(qiáng)對(duì)學(xué)生進(jìn)行科技知識(shí)和科技意識(shí)教育的重要陣地。與課堂教學(xué)相比，課外活動(dòng)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(shí)講座、組織社會(huì)調(diào)查活動(dòng)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(huì)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(gè)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(yùn)用數(shù)學(xué)知識(shí)處理物理問(wèn)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(yùn)用恰當(dāng)?shù)睦樱匾氖且浞掷媒滩闹械牡湫瓦\(yùn)動(dòng)，如豎直上拋運(yùn)動(dòng)、平拋運(yùn)動(dòng)、勻速圓周運(yùn)動(dòng)等。在考試中如果分析出某道題是平時(shí)做題中的某個(gè)模型，那么我們就很容易找到解決這道題的解法。
4. 鼓勵(lì)學(xué)生熟讀教材，提高研讀教材的能力
在平時(shí)的教學(xué)中，通過(guò)課后的限時(shí)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(shí)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(shí)點(diǎn)，不斷提高學(xué)生深入研讀教材的能力。
第5篇：光刻技術(shù)的基本原理范文
關(guān)鍵詞 應(yīng)用型人才 集成電路工藝基礎(chǔ) 實(shí)驗(yàn)教學(xué)
中圖分類(lèi)號(hào)：G424 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)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(guó)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(zhuān)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(jì)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(kāi)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(zhuān)業(yè)的一門(mén)核心課程，講授半導(dǎo)體器件和集成電路制造的單項(xiàng)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(zhuān)業(yè)課程體系中的重要環(huán)節(jié)，也是學(xué)生知識(shí)結(jié)構(gòu)的必要組成部分。通過(guò)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(jì)以及解決工藝問(wèn)題的能力。
集成電路工藝實(shí)驗(yàn)作為“集成電路工藝基礎(chǔ)”課程的課內(nèi)實(shí)驗(yàn)，是電子科學(xué)與技術(shù)專(zhuān)業(yè)的專(zhuān)業(yè)課教學(xué)的重要組成部分，具有實(shí)踐性很強(qiáng)、實(shí)踐和理論結(jié)合緊密的特點(diǎn)。加強(qiáng)工藝實(shí)驗(yàn)教學(xué)對(duì)于培養(yǎng)高質(zhì)量的集成電路專(zhuān)業(yè)人才十分必要。但是集成電路的制造設(shè)備價(jià)格昂貴，環(huán)境條件要求苛刻，限制了工藝實(shí)驗(yàn)教學(xué)在高校的開(kāi)展。國(guó)內(nèi)僅少數(shù)重點(diǎn)大學(xué)能夠承受巨大的運(yùn)營(yíng)費(fèi)用，擁有簡(jiǎn)化的集成電路工藝線或工藝試驗(yàn)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(shí)習(xí)來(lái)解決工藝實(shí)驗(yàn)問(wèn)題，這對(duì)于學(xué)生實(shí)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(zhuān)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(zhuān)業(yè)人才。隨著集成電路技術(shù)日新月異的發(fā)展，對(duì)從業(yè)人員的要求也不斷升級(jí)，所以工藝實(shí)驗(yàn)教學(xué)也必須與時(shí)俱進(jìn)。作為獨(dú)立學(xué)院，如何結(jié)合自身實(shí)際地進(jìn)行工藝實(shí)驗(yàn)室建設(shè)、采用多種方法手段開(kāi)展工藝實(shí)驗(yàn)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(wèn)題。本文以“集成電路工藝基礎(chǔ)”實(shí)驗(yàn)教學(xué)實(shí)踐為研究對(duì)象，針對(duì)獨(dú)立學(xué)院學(xué)生理論基礎(chǔ)較為薄弱，動(dòng)手熱情比較高的特點(diǎn)，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(shí)驗(yàn)教學(xué)
“集成電路工藝基礎(chǔ)”具有涉及知識(shí)面廣，教學(xué)內(nèi)容信息量大，綜合性強(qiáng)，理論與實(shí)踐結(jié)合緊密的特點(diǎn)，課程教學(xué)難度相對(duì)較大。同時(shí)獨(dú)立學(xué)院相應(yīng)配套的實(shí)驗(yàn)教學(xué)設(shè)備較為缺乏。為了提高學(xué)生對(duì)該課程的興趣，取得更好的實(shí)驗(yàn)教學(xué)效果，讓學(xué)生能將理論應(yīng)用于實(shí)踐，具有較強(qiáng)的集成電路生產(chǎn)實(shí)踐和設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)能力，筆者從如下幾方面對(duì)實(shí)驗(yàn)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(yùn)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(gòu)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(duì)集成電路工藝流程有一個(gè)全面生動(dòng)的認(rèn)識(shí)。該系統(tǒng)提供擴(kuò)散、氧化和離子注入三項(xiàng)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(zhēng)使抽象的知識(shí)形象化，獲得直觀、豐富、生動(dòng)的教學(xué)效果。該系統(tǒng)涉及大量的集成電路制造實(shí)際場(chǎng)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(shí)。
此外，在工藝課程的課堂教學(xué)過(guò)程中，嘗試?yán)脤W(xué)生自學(xué)討論作為輔助的形式。針對(duì)某些章節(jié)，老師課前提出問(wèn)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(shí)驗(yàn)相關(guān)的資料，整理中、英文文獻(xiàn)，制作內(nèi)容生動(dòng)的PPT在課堂上演示并展開(kāi)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(shí)驗(yàn)
學(xué)院一直非常重視電子科學(xué)與技術(shù)專(zhuān)業(yè)的建設(shè)問(wèn)題，在實(shí)驗(yàn)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(lái)實(shí)驗(yàn)室購(gòu)置了一批集成電路工藝實(shí)驗(yàn)設(shè)備和儀器，如光刻機(jī)、涂膠機(jī)、氧化反應(yīng)室、磁控濺射設(shè)備、半導(dǎo)體特性測(cè)試系統(tǒng)和掃描電子顯微鏡等，為集成電路工藝實(shí)驗(yàn)教學(xué)的開(kāi)展打下了良好的物質(zhì)基礎(chǔ) 。
在集成電路專(zhuān)業(yè)教學(xué)中，工藝實(shí)驗(yàn)是非常重要的環(huán)節(jié);讓學(xué)生進(jìn)行實(shí)際操作，對(duì)于培養(yǎng)應(yīng)用型人才也是非常必要的。通過(guò)調(diào)研考察兄弟院校的工藝實(shí)驗(yàn)開(kāi)展情況，結(jié)合我院的實(shí)際情況和條件，確定了我院電子科學(xué)與技術(shù)專(zhuān)業(yè)的基礎(chǔ)半導(dǎo)體平面工藝實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，如氧化（硅片熱氧化實(shí)驗(yàn)）、擴(kuò)散（硅片摻雜實(shí)驗(yàn)）、光刻（硅片上選擇刻蝕窗口的實(shí)驗(yàn)）、淀積（PVD、CVD薄膜制備的實(shí)驗(yàn)）等。
這些設(shè)備和儀器，除了用于工藝課程實(shí)驗(yàn)教學(xué)外，平時(shí)還開(kāi)放給本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)、學(xué)生創(chuàng)新項(xiàng)目及研究生科研等。通過(guò)實(shí)際動(dòng)手操作，使學(xué)生能將所學(xué)理論知識(shí)運(yùn)用到實(shí)際中，既培養(yǎng)了學(xué)生的實(shí)際操作能力，又引導(dǎo)學(xué)生在實(shí)踐中掌握分析問(wèn)題、解決問(wèn)題的科學(xué)方法，加深了對(duì)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(kāi)計(jì)算機(jī)技術(shù)的支持，所以要重視計(jì)算機(jī)仿真在課程中的作用。TCAD（Technology Computer Aided Design）產(chǎn)品是研究、設(shè)計(jì)與開(kāi)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(duì)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(jì)與仿真太陽(yáng)能電池、納米器件等新型器件。
利用美國(guó)SILVACO公司的TCAD產(chǎn)品，筆者為工藝課程開(kāi)設(shè)了課內(nèi)仿真實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目包括薄膜電阻、二極管、NMOS等基本器件的設(shè)計(jì)和工藝流程仿真。通過(guò)ATHENA和ATLAS軟件教學(xué)，指導(dǎo)學(xué)生仿真設(shè)計(jì)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(shí)，使學(xué)生將工藝和以前學(xué)過(guò)的半導(dǎo)體器件的內(nèi)容融合起來(lái)。學(xué)生在計(jì)算機(jī)上通過(guò)軟件進(jìn)行仿真實(shí)驗(yàn)，既可以深入研究仿真的工藝流程細(xì)節(jié)，又可以彌補(bǔ)由于設(shè)備條件的制約帶來(lái)的某些實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目暫時(shí)無(wú)法開(kāi)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(qiáng)校企聯(lián)系，可以做到合作共贏，共同發(fā)展。通過(guò)組織學(xué)生到半導(dǎo)體生產(chǎn)測(cè)試企業(yè)參觀實(shí)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(yàn)半導(dǎo)體企業(yè)的生產(chǎn)過(guò)程，感受集成電路工廠的生產(chǎn)環(huán)境，了解本行業(yè)國(guó)內(nèi)外發(fā)展的概況，從而彌補(bǔ)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(cè)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?cè)诠ぷ鲘徫簧媳憩F(xiàn)良好，獲得用人單位的好評(píng)，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(shù)立了榜樣，拓展了學(xué)生的就業(yè)渠道。
2 結(jié)束語(yǔ)
經(jīng)過(guò)筆者幾年來(lái)的實(shí)踐，在“集成電路工藝基礎(chǔ)”課程的實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，對(duì)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(bǔ)充，內(nèi)容全面、新穎，注重學(xué)生實(shí)踐技能的培養(yǎng)，對(duì)提高學(xué)生整體素質(zhì)起到了積極作用，實(shí)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(shí)驗(yàn)教學(xué)還有很大的改進(jìn)空間，我們還需要在實(shí)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(dú)立學(xué)院應(yīng)用型人才的過(guò)程中發(fā)揮巨大的作用。
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第6篇：光刻技術(shù)的基本原理范文
關(guān)鍵詞：現(xiàn)代機(jī)械；加工工藝；制造技術(shù)
中圖分類(lèi)號(hào)：S219.08文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A 文章編號(hào)：
引言
機(jī)械制造業(yè)不僅是工業(yè)發(fā)展中機(jī)械設(shè)備供應(yīng)的主要源頭，其本身也是國(guó)家經(jīng)濟(jì)及工業(yè)發(fā)展的支柱型產(chǎn)業(yè)。機(jī)械制造的過(guò)程是將原材料經(jīng)過(guò)工藝系統(tǒng)的各種加工變成機(jī)械產(chǎn)品的過(guò)程，同其他任何工業(yè)產(chǎn)業(yè)一樣，現(xiàn)代機(jī)械工業(yè)的發(fā)展與改革離不開(kāi)工藝及技術(shù)的控制與發(fā)展。
一、當(dāng)前我國(guó)機(jī)械制造加工發(fā)展情況
進(jìn)入21 世紀(jì)，我國(guó)基本建立了社會(huì)主義市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)體制。全球性的產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)重新組合和國(guó)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(guó)都把提高產(chǎn)業(yè)競(jìng)爭(zhēng)能力及發(fā)展高新技術(shù)，搶占未來(lái)經(jīng)濟(jì)的制高點(diǎn)，作為科技工作的主攻方向。在機(jī)械制造技術(shù)方面我國(guó)與世界各國(guó)的聯(lián)系日益緊密，中國(guó)市場(chǎng)與國(guó)際市場(chǎng)進(jìn)一步接軌，面對(duì)國(guó)內(nèi)外市場(chǎng)的激烈競(jìng)爭(zhēng)，我國(guó)企業(yè)對(duì)技術(shù)的需求更加迫切和強(qiáng)烈。新產(chǎn)品的開(kāi)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(kāi)發(fā)階段，使開(kāi)發(fā)企業(yè)開(kāi)始研制出如超重型數(shù)控龍門(mén)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(jī)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(jí)和亞納米級(jí)，已形成完整的先進(jìn)數(shù)控機(jī)床、新型刀具開(kāi)發(fā)的制造體系。
二、先進(jìn)加工工藝及制造技術(shù)特點(diǎn)
現(xiàn)代化的機(jī)械加工工藝、制造技術(shù)實(shí)際應(yīng)用具有綜合性、一體化、系統(tǒng)性及可持續(xù)性特點(diǎn)，這些特點(diǎn)與現(xiàn)代化機(jī)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(dòng)控制技術(shù)、微電子技術(shù)、機(jī)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(jī)械產(chǎn)業(yè)內(nèi)部逐漸形成了系統(tǒng)的工程理論及特點(diǎn)。
1、綜合性
在機(jī)電一體化、微電子技術(shù)及計(jì)算機(jī)信息技術(shù)的支撐與推動(dòng)下，現(xiàn)代化的機(jī)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(gè)綜合理論與實(shí)踐體系之中，高度融合了工業(yè)機(jī)械生產(chǎn)自動(dòng)控制、材料科學(xué)、計(jì)算機(jī)信息、電子技術(shù)等等理論與實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，為現(xiàn)代機(jī)械工藝及技術(shù)發(fā)展提供了良好的理論與實(shí)踐指導(dǎo)。
2、一體化
一體化主要指制造工藝與制造設(shè)計(jì)的一體化。此種特性是機(jī)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(lái)的?，F(xiàn)代化的制造及加工工作融合了自動(dòng)控制技術(shù)、微電子技術(shù)、機(jī)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(jī)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(jī)械加工及制造操作在融合微電子技術(shù)及計(jì)算機(jī)系統(tǒng)管理技術(shù)的基礎(chǔ)上，達(dá)到了社會(huì)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(jī)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(jī)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?，F(xiàn)代機(jī)械加工及制造在各環(huán)節(jié)都強(qiáng)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(shí)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(jī)械的先進(jìn)加工工藝分類(lèi)
現(xiàn)代制造技術(shù)的分類(lèi)及發(fā)展大體上可從5個(gè)方面來(lái)論述。
1、系統(tǒng)的自動(dòng)化、集成化、智能化
機(jī)械制造自動(dòng)化的發(fā)展經(jīng)歷了單機(jī)自動(dòng)化、剛性自動(dòng)線、數(shù)控機(jī)床和加工中心、柔性制造系統(tǒng)( FMS) 和計(jì)算機(jī)集成制造等幾個(gè)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(chēng)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(duì)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(jí)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(gè)三維空間實(shí)體，它可由在某個(gè)坐標(biāo)方向上的若干個(gè)“面”疊加而成。因此，利用離散/堆積成形概念，可將一個(gè)三維空間實(shí)體分解為若干個(gè)二維實(shí)體制造出來(lái)，再經(jīng)堆積而構(gòu)成三維實(shí)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(shí)體制造法和立體光刻等。如疊層實(shí)體制造，根據(jù)各疊層幾何信息，用數(shù)控激光機(jī)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(lèi)編碼系統(tǒng)
零件分類(lèi)編碼是對(duì)零件相似性進(jìn)行識(shí)別的一個(gè)重要手段，也是GT 的基本方法。是用數(shù)字來(lái)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(lèi)是根據(jù)零件特征的相似性來(lái)進(jìn)行的，這些特征主要分為以下三個(gè)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(lèi)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(jī)械加工方法、定位夾緊方式、選用機(jī)床類(lèi)型等。
（3）生產(chǎn)組織與計(jì)劃特征
加工批量，制造資源狀況，工藝過(guò)程跨車(chē)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(lèi)系統(tǒng)中的相應(yīng)環(huán)節(jié)來(lái)描述。零件各種特征的標(biāo)識(shí)按一定規(guī)則排成若干個(gè)“列”，每“列”就稱(chēng)為碼位，也叫縱向分類(lèi)環(huán)節(jié); 在每個(gè)列( 碼位) 內(nèi)又安排若干“行”，每一“行”稱(chēng)為“項(xiàng)”，也叫橫向分類(lèi)環(huán)節(jié)。零件分類(lèi)編碼系統(tǒng)是實(shí)施成組技術(shù)的基礎(chǔ)和重要手段。零件進(jìn)行分類(lèi)成組，可以便于零件設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)化、系列化和通用化，輔助人工或計(jì)算機(jī)編制工藝過(guò)程和進(jìn)行成組加工車(chē)間的平面設(shè)計(jì)，改進(jìn)數(shù)控加工的程序編制，使工藝設(shè)計(jì)合理化: 促進(jìn)工裝和工藝路線標(biāo)準(zhǔn)化，為計(jì)算機(jī)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(lèi)編碼反映了零件固有的名稱(chēng)、功能、結(jié)構(gòu)、形狀和工藝特征等信息。類(lèi)碼對(duì)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(lèi)碼，由此能劃分出結(jié)構(gòu)相似或工藝相似的零件組來(lái)加工。它的特點(diǎn)是從毛坯到產(chǎn)品多數(shù)可在同一種類(lèi)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(chē)床、自動(dòng)車(chē)床加工的中小零件，多半屬于這種類(lèi)型。這種組織形式是最初級(jí)的形式，最易實(shí)現(xiàn)，但對(duì)較復(fù)雜的零件，需用多臺(tái)機(jī)床完成時(shí)，其效果就不顯著。值得一提的是，自從出現(xiàn)加工中心以來(lái)，成組單機(jī)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(tái)主機(jī)將各臺(tái)數(shù)控機(jī)床連接起來(lái)，配以物料流與信息流的自動(dòng)控制生產(chǎn)系統(tǒng)。它一方面進(jìn)行自動(dòng)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(guò)少量調(diào)整實(shí)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(jì)算機(jī)輔助工藝設(shè)計(jì)( CAPP) 的基礎(chǔ)之一，在成組技術(shù)基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的派生cAPP 設(shè)計(jì)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(duì)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(yǔ)
機(jī)械工業(yè)科技發(fā)展正面臨著挑戰(zhàn)與機(jī)遇并存的新形勢(shì)，我們應(yīng)當(dāng)抓住機(jī)遇，迎接挑戰(zhàn)，堅(jiān)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(dòng)我國(guó)機(jī)械工業(yè)的發(fā)展。
參考文獻(xiàn)：
[1] 胡明祥. 現(xiàn)代機(jī)械的先進(jìn)加工工藝與制造技術(shù)[J]. 北方工業(yè). 2013（04）
第7篇：光刻技術(shù)的基本原理范文
關(guān)鍵詞微電子技術(shù)集成系統(tǒng)微機(jī)電系統(tǒng)DNA芯片
1引言
綜觀人類(lèi)社會(huì)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(dòng)著人類(lèi)社會(huì)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(gè)信息社會(huì)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(yùn)動(dòng)特征的一種普遍形式，與材料和能源一起是人類(lèi)社會(huì)的重要資源，但對(duì)它的利用卻僅僅是開(kāi)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(duì)信息的利用，更好地滿足了人們對(duì)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(gè)地球成為一個(gè)“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(qiáng)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(lèi)的生產(chǎn)和生活方式，改變著經(jīng)濟(jì)形態(tài)和社會(huì)、政治、文化等各個(gè)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(shuō)，沒(méi)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(gè)信息社會(huì)發(fā)展的基石。
50多年來(lái)微電子技術(shù)的發(fā)展歷史，實(shí)際上就是不斷創(chuàng)新的過(guò)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(gè)孤立的精心設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)，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(diǎn)接觸型晶體管、1948年發(fā)明結(jié)型場(chǎng)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(jī)存儲(chǔ)器、CPU、非揮發(fā)存儲(chǔ)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(shí)，每一項(xiàng)重大發(fā)明又都開(kāi)拓出一個(gè)新的領(lǐng)域，帶來(lái)了新的巨大市場(chǎng)，對(duì)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(kāi)始，與硅技術(shù)有關(guān)的學(xué)術(shù)論文數(shù)量已經(jīng)超過(guò)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(lèi)進(jìn)入了繼石器、青銅器、鐵器時(shí)代之后硅石時(shí)代（siliconage）〖1〗。因此可以說(shuō)社會(huì)發(fā)展的本質(zhì)是創(chuàng)新，沒(méi)有創(chuàng)新，社會(huì)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(dòng)力往往會(huì)給社會(huì)帶來(lái)“創(chuàng)造性的破壞”，但經(jīng)過(guò)這種破壞后，又將開(kāi)始一個(gè)新的處于更高層次的創(chuàng)新循環(huán)，社會(huì)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(lài)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(gè)很關(guān)鍵的時(shí)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(shì)和主要的創(chuàng)新領(lǐng)域主要有以下四個(gè)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(diǎn)；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(zhǎng)點(diǎn)，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(jià)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(dòng)力源泉。以MOS技術(shù)為例，溝道長(zhǎng)度縮小可以提高集成電路的速度；同時(shí)縮小溝道長(zhǎng)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(gè)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(jià)格大幅度下降。由于片內(nèi)信號(hào)的延遲總小于芯片間的信號(hào)延遲，這樣在器件尺寸縮小后，即使器件本身的性能沒(méi)有提高，整個(gè)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(lái)，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(shí)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(cè)這種發(fā)展趨勢(shì)將減緩，但是微電子產(chǎn)業(yè)三十多年來(lái)發(fā)展的狀況證實(shí)了Moore的預(yù)言[2]。而且根據(jù)我們的預(yù)測(cè)，微電子技術(shù)的這種發(fā)展趨勢(shì)還將在21世紀(jì)繼續(xù)一段時(shí)期，這是其它任何產(chǎn)業(yè)都無(wú)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(shí)驗(yàn)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(jì)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(shí)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(shí)間。另外，全世界數(shù)以萬(wàn)億美元計(jì)的設(shè)備和技術(shù)投入，已使硅基工藝形成非常強(qiáng)大的產(chǎn)業(yè)能力；同時(shí)，長(zhǎng)期的科研投入已使人們對(duì)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(shí)積累。產(chǎn)業(yè)能力和知識(shí)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(huì)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(shí)代的結(jié)束，這實(shí)際上是一種誤解。且不說(shuō)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(jì)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(zhǎng)。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(cè)，微電子產(chǎn)業(yè)將于2030年左右步入像汽車(chē)工業(yè)、航空工業(yè)這樣的比較成熟的朝陽(yáng)工業(yè)領(lǐng)域。即使微電子產(chǎn)業(yè)步入汽車(chē)、航空等成熟工業(yè)領(lǐng)域，它仍將保持快速發(fā)展趨勢(shì)，就像汽車(chē)、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(lái)越小，不可避免地會(huì)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(wèn)題，究其原因，主要是：對(duì)其中的物理規(guī)律等科學(xué)問(wèn)題的認(rèn)識(shí)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(jí)的微電子器件，但對(duì)空間尺度為納米量級(jí)、空間尺度為飛秒量級(jí)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(wú)法滿足亞50納米器件及電路的需求；同時(shí)傳統(tǒng)器件結(jié)構(gòu)也已無(wú)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?jiǎng)?chuàng)新和重點(diǎn)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(yùn)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(lái)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(chēng)之為“scalingdown”，與此同時(shí)我們必須注意“bottomup”。“bottomup”最重要的領(lǐng)域有二個(gè)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(chǔ)器等。它的基本原理是基于庫(kù)侖阻塞機(jī)理控制一個(gè)或幾個(gè)電子運(yùn)動(dòng)，由于系統(tǒng)能量的改變和庫(kù)侖作用，一個(gè)電子進(jìn)入到一個(gè)勢(shì)阱，則將阻止其它電子的進(jìn)入。在單電子存儲(chǔ)器中量子阱替代了通常存儲(chǔ)器中的浮柵。它的主要優(yōu)點(diǎn)是集成度高；由于只有一個(gè)或幾個(gè)電子活動(dòng)所以功耗極低；由于相對(duì)小的電容和電阻以及短的隧道穿透時(shí)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(wèn)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(duì)環(huán)境高度敏感，可靠性難以保證；在室溫工作時(shí)要求電容極?。é罠），要求量子點(diǎn)大小在幾個(gè)納米。這些都為集成成電路帶來(lái)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(diǎn)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(diǎn)陣列由量子點(diǎn)組成，至少由四個(gè)量子點(diǎn),它們之間以靜電力作用。根據(jù)電子占據(jù)量子點(diǎn)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(wú)線的方式達(dá)到陣列的高密度、低功耗和實(shí)現(xiàn)互連。其基本優(yōu)勢(shì)是開(kāi)關(guān)速度快，功耗低，集成密度高。但難以制造，且對(duì)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(lái)快速發(fā)展的一個(gè)有前景的領(lǐng)域。碳原子之間的鍵合力很強(qiáng)，可支持高密度電流，而熱導(dǎo)性能類(lèi)似于金剛石，能在高集成度時(shí)大大減小熱耗散，性質(zhì)類(lèi)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(gè)。這些都使碳納米管（CNT）成為當(dāng)前科研熱點(diǎn)，從1991年發(fā)現(xiàn)以來(lái)，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(wèn)題是如何去生長(zhǎng)有序的符合設(shè)計(jì)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(duì)于解決高集成度CMOS電路的功耗制約將會(huì)帶來(lái)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(kāi)實(shí)際應(yīng)用還需較長(zhǎng)時(shí)日！但這終究是一個(gè)誘人探索的領(lǐng)域，我們期待它們將創(chuàng)出一個(gè)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(diǎn)
在集成電路（IC）發(fā)展初期，電路設(shè)計(jì)都從器件的物理版圖設(shè)計(jì)入手，后來(lái)出現(xiàn)了集成電路單元庫(kù)（Cell－Lib），使得集成電路設(shè)計(jì)從器件級(jí)進(jìn)入邏輯級(jí)，這樣的設(shè)計(jì)思路使大批電路和邏輯設(shè)計(jì)師可以直接參與集成電路設(shè)計(jì)，極大地推動(dòng)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(jī)系統(tǒng)才能發(fā)揮它的作用。IC芯片是通過(guò)印刷電路板（PCB）等技術(shù)實(shí)現(xiàn)整機(jī)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(shí)、PCB板可靠性以及重量等因素的限制，整機(jī)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(dòng)化的發(fā)展，系統(tǒng)對(duì)電路的要求越來(lái)越高，傳統(tǒng)集成電路設(shè)計(jì)技術(shù)已無(wú)法滿足性能日益提高的整機(jī)系統(tǒng)的要求。同時(shí)，由于IC設(shè)計(jì)與工藝技術(shù)水平提高，集成電路規(guī)模越來(lái)越大，復(fù)雜程度越來(lái)越高，已經(jīng)可以將整個(gè)系統(tǒng)集成為一個(gè)芯片。目前已經(jīng)可以在一個(gè)芯片上集成108－109個(gè)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(shí)代逐步發(fā)展到3T時(shí)代（即存儲(chǔ)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(dòng)的雙重作用下，出現(xiàn)了將整個(gè)系統(tǒng)集成在一個(gè)微電子芯片上的系統(tǒng)芯片（SystemOnAChip，簡(jiǎn)稱(chēng)SOC）概念。
系統(tǒng)芯片（SOC）與集成電路（IC）的設(shè)計(jì)思想是不同的，它是微電子設(shè)計(jì)領(lǐng)域的一場(chǎng)革命，它和集成電路的關(guān)系與當(dāng)時(shí)集成電路與分立元器件的關(guān)系類(lèi)似，它對(duì)微電子技術(shù)的推動(dòng)作用不亞于自50年代末快速發(fā)展起來(lái)的集成電路技術(shù)。
SOC是從整個(gè)系統(tǒng)的角度出發(fā)，把處理機(jī)制、模型算法、芯片結(jié)構(gòu)、各層次電路直至器件的設(shè)計(jì)緊密結(jié)合起來(lái)，在單個(gè)（或少數(shù)幾個(gè)）芯片上完成整個(gè)系統(tǒng)的功能，它的設(shè)計(jì)必須是從系統(tǒng)行為級(jí)開(kāi)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(jì)能夠綜合并全盤(pán)考慮整個(gè)系統(tǒng)的各種情況，可以在同樣的工藝技術(shù)條件下實(shí)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(jì)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(shí)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(jì)的芯片相比,采用SOC設(shè)計(jì)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(gè)數(shù)量級(jí)。
對(duì)于系統(tǒng)芯片（SOC）的發(fā)展，主要有三個(gè)關(guān)鍵的支持技術(shù)。
（1）軟、硬件的協(xié)同設(shè)計(jì)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(jì)算機(jī)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(kù)問(wèn)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(jì)；和硬核，基于工藝的物理設(shè)計(jì)、與工藝相關(guān)，并經(jīng)過(guò)工藝驗(yàn)證過(guò)的。其中以硬核使用價(jià)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(guò)優(yōu)化并有最大工藝容差的模塊最有價(jià)值?，F(xiàn)在,美國(guó)硅谷在80年代出現(xiàn)無(wú)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(wú)芯片（Chipless）的公司,專(zhuān)門(mén)銷(xiāo)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(shí)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(shí)也是信息技術(shù)新發(fā)展的里程碑。通過(guò)以上三個(gè)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(shí)期。
在新一代系統(tǒng)芯片領(lǐng)域，需要重點(diǎn)突破的創(chuàng)新點(diǎn)主要包括實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)功能的算法和電路結(jié)構(gòu)兩個(gè)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(huì)引起一場(chǎng)變革，例如維特比算法、小波變換等均對(duì)集成電路設(shè)計(jì)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(dòng)一系列的應(yīng)用,但提出一種新的算法則可以帶動(dòng)一個(gè)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(diǎn)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(chǔ)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(shí)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(zhǎng)點(diǎn)
微電子技術(shù)的強(qiáng)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(huì)誕生出一系列嶄新的學(xué)科和重大的經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)點(diǎn)，這方面的典型例子便是MEMS（微機(jī)電系統(tǒng)）技術(shù)和DNA生物芯片。前者是微電子技術(shù)與機(jī)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(jī)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(jī)械加工技術(shù)相互融合，實(shí)現(xiàn)了微電子與機(jī)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(lái)，它不僅可以感受運(yùn)動(dòng)、光、聲、熱、磁等自然界的外部信號(hào)，把這些信號(hào)轉(zhuǎn)換成電子系統(tǒng)可以認(rèn)識(shí)的電信號(hào)，而且還可以通過(guò)電子系統(tǒng)控制這些信號(hào)，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(hào)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(jī)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(jī)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(kāi)辟了一個(gè)全新的技術(shù)領(lǐng)域和產(chǎn)業(yè)。它們不僅可以降低機(jī)電系統(tǒng)的成本，而且還可以完成許多大尺寸機(jī)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(qiáng)大等傳統(tǒng)傳感器無(wú)法比擬的優(yōu)點(diǎn),因而MEMS在航空、航天、汽車(chē)、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(cè)量組合能應(yīng)用于制導(dǎo)、衛(wèi)星控制、汽車(chē)自動(dòng)駕駛、汽車(chē)防撞氣囊、汽車(chē)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(chǔ)器和顯示等方面發(fā)揮重大作用；同時(shí)MEMS系統(tǒng)還可以用于醫(yī)療、光譜分析、信息采集等等。現(xiàn)在已經(jīng)成功地制造出了尖端直徑為5μm的可以?shī)A起一個(gè)紅細(xì)胞的微型鑷子，可以在磁場(chǎng)中飛行的象蝴蝶大小的飛機(jī)等。
MEMS技術(shù)及其產(chǎn)品的增長(zhǎng)速度非常之高，目前正處在技術(shù)發(fā)展時(shí)期，再過(guò)若干年將會(huì)迎來(lái)MEMS產(chǎn)業(yè)化高速發(fā)展的時(shí)期。2000年，全世界MEMS的市場(chǎng)達(dá)到120到140億美元，而帶來(lái)的與之相關(guān)的市場(chǎng)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(lái)是很簡(jiǎn)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(jì)算機(jī)更新?lián)Q代的速度，對(duì)CPU和RAM的需求越來(lái)越大,反過(guò)來(lái)又促進(jìn)了集成電路的發(fā)展。集成電路和計(jì)算機(jī)在發(fā)展中相互推動(dòng)，形成了今天的雙贏局面，帶來(lái)了一場(chǎng)信息革命?，F(xiàn)階段的微機(jī)電系統(tǒng)專(zhuān)用性很強(qiáng)，單個(gè)系統(tǒng)的應(yīng)用范圍非常有限,還沒(méi)有出現(xiàn)類(lèi)似于CPU和RAM這樣量大面廣的產(chǎn)品。隨著微機(jī)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(duì)人們的社會(huì)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(jì)制造出所需的微系統(tǒng)；第二是找準(zhǔn)應(yīng)用突破口，揚(yáng)長(zhǎng)避短，以特別適合微系統(tǒng)應(yīng)用的重大領(lǐng)域?yàn)槟繕?biāo)進(jìn)行研究,取得突破，從而帶動(dòng)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(wèn)題主要有：MEMS建模與設(shè)計(jì)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(jì)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(gè)熱點(diǎn)和新的經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)點(diǎn)。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(diǎn)和功能，設(shè)計(jì)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(diǎn)，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(wàn)種DNA基因片段的芯片。利用這種芯片可以在極快的時(shí)間內(nèi)檢測(cè)或發(fā)現(xiàn)遺傳基因的變化等情況，這無(wú)疑對(duì)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(guò)生物反應(yīng)或施加電場(chǎng)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(cè)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(guò)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(lèi)生活的各個(gè)方面，那時(shí)，生物芯片有可能象今天的IC芯片一樣無(wú)處不在。
目前的生物芯片主要是指通過(guò)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(shí)現(xiàn)對(duì)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(cè)。生物芯片的主要研究包括采用生物芯片的具體實(shí)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(jì)、檢測(cè)方法學(xué)等等。
6結(jié)語(yǔ)
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(duì)我們既是一個(gè)重大的機(jī)遇，也是一個(gè)嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)，如果我們能夠抓住這個(gè)機(jī)遇，立足創(chuàng)新，去勇敢地迎接這個(gè)挑戰(zhàn)，則有可能使我國(guó)微電子技術(shù)實(shí)現(xiàn)騰飛，在新一代微電子技術(shù)中擁有自己的知識(shí)產(chǎn)權(quán)，促進(jìn)我國(guó)微電子產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，為迎接21世紀(jì)中葉將要到來(lái)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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