物理学研究与微电子科学技术的发展

回顾了微电子学的诞生和微电子技术的发展历史，展望了微电子技术未来的发展趋势。在微电子技术延生和发展中具有一些里程碑式的发明，如晶体管、集成电路、集成电路平面工艺、MOS器件、微处理器、光刻技术、铜互连工艺的发明等，其中物理学研究和突破起子关键的基础作用。在社会需求、物理学研究和技术进步的推动下，微电子技术一直并将继续以特征尺寸缩小、集成度提高的模式，按摩尔定律预测的指数增长率发展。微电子技术的发展，不仅为物理学的研究提供了崭新的技术基础，而且为物理学研究展现了更为广阔的空间。但随着器件特征尺寸逐渐缩小并逼近期物理极限，微电子技术的发展将受到来自于材料、工艺和物理基础等方面的挑战，并呈现出多维发展的趋势，这些挑战涉及了微电子学与物理学的共同理论基础，需要二者互相锲合，期待新的突破。     

第七讲微电子技术发展与物理学

微电子学的基础是近代固体物理．微电子技术的快速发展又推动了物理学许多分支的进展．今天，当微电子的基本器件MOSFET缩小接近其终极时，作为下一代的基础，一批基于新的物理效应的纳电子器件又被提了出来．为了突破传统的二值开关系统的共同极限，新的信息处理系统，如量子信息处理，正在大力研究之中．不久的将来，可望出现一次新的信息电子革命．这次革命又将建立在现代物理学及现代生物学的基础之上．     

集成电路中的物理问题讲座 第十讲 集成电路技术的一些物理限制

1958年第一个平面型晶体管的诞生,为集成电路的发明奠定了坚实的技术基础.翌年,集成电路问世,其后集成规模以每年翻一番的高速度迅速发展.现已有能在几毫米见方的小硅片(又称芯片)上集成包含百万只元器件的超大规模集成电路.这二十多年中,一个芯片中集成的元器件数增加了几十万倍,而芯片的面积仅扩大了一个数量级左右.因此集成技术的发展主要是依靠缩小芯片中每个器件的尺寸来实现.实际上器件的线度缩小了近三个数量级,并已采用1-3微米宽的线条尺寸作为器件制造的设计规则.人们指望着进一步缩小器件的尺寸以获得超超大规模集成电路,这种努力…     

面向产业需求的21世纪微电子技术的发展(上)

微电子产业是国民经济与国防建设的战略性基础产业．对此，我国经历了发展时期的奋斗，现正处于微电子产业迅速崛起的前夕，预计经过10—15年左右时间的努力，将把我国建设成为微电子产业和科学技术的强国．文章着重介绍了21世纪微电子产业的发展需求，面向这个需求，讨论了21世纪微电子科学技术的主要发展方向．认为：一方面，特征尺寸将继续等比例缩小(scaling down)，包括新结构、新工艺、新材料的器件设计与制备技术以及光刻技术、互连技术将迅速发展；基于特征尺寸继续等比例缩小，系统芯片(SOC)将取代目前的集成电路(IC)最终成为主流产品；另一方面，纳电子学也将得到突破性进展，量子器件、分子电子器件等的相关研究日益活跃，期望最终达到可集成的目标；此外，微电子技术与其他领域相结合诞生出的新的技术增长点和新的学科——微机电系统(MEMS)技术等也将继续快速发展．文章阐述了相关发展方向存在的挑战和可能的解决方案，对可能进一步开展的具有重要学术意义和应用价值的研究工作进行了探讨．     

氧化物表面与界面的新奇性质研究

 基于量子力学能带理论发明的晶体管奠定了整个现代电子工业的基础,引领人类进入信息时代。传统微电子工业的持续发展,依赖于器件功能单元的微型化和集成化,著名的摩尔定律描述了微电子产业的发展趋势。集成电路芯片上所集成的电路的数目,每隔18 个月就翻一番;但是电子器件的尺寸趋近材料的某种量子特征长度时,整个器件将显现出崭新的激发、弛豫和输运等行为。     

二维磁性材料专题编者按

正当前,尽管集成电路制造工艺不断提高,但由于器件的不断缩小,受到量子效应的限制,业界遇到了可靠性低、功耗大等瓶颈,微电子行业延续了近50年的"摩尔定律"将难以持续.因此,寻求从材料到系统的各个层面探究突破集成电路性能瓶颈的方案是亟待解决的关键科学问题.自旋电子学有望突破上述瓶颈,已成为后摩尔时代集成电路领域的关键技术之一.     

集成电路(IC)可靠性物理问题

IC即集成电路是未来信息世界的主要物质基础之一.它自1960年前后在Si平面技术基础上发明以来,先后经历了小、中、和大规模电路(即SSI,MSI和LSI)以及当前的超大、超高速集成电路(即VLSI,VHSIC)阶段.为了适应这种飞速的演变,其可靠性技术也相应由分立器件的统计失效发展成为以控制和预防、消除失效为主.后二者是以失效物理或可靠性物理学研究为基础.本文试图就IC可靠性物理学这一交叉学科领域的概貌及其若干进展作一扼要介绍. 一、IC可靠性物理学的基本任务 自五十年代末开始,随着Si平面工艺和器件的迅速发展和广泛应用,人们对分立…     

斯格明子电子学的研究进展

在过去的半个世纪中,微电子技术一直沿着著名的摩尔定律快速发展,当前已经达到单芯片可集成上百亿晶体管.然而随着晶体管尺寸的缩小,因量子效应所产生的漏电流及其所导致的热效应使得这一定律遇到瓶颈.自旋电子技术由于引入了电子自旋这一全新的自由度,将有望大幅度降低器件功耗,突破热效应枷锁.斯格明子是一种具有拓扑保护的类粒子自旋结构,有望成为下一代自旋电子信息载体,引起了从物理到电子领域的广泛关注.由于其特殊的拓扑性质,斯格明子具备尺寸小、结构稳定、驱动阈值电流小等诸多优点,室温下斯格明子的成核、输运及探测进一步验证了其广泛的应用潜力,由此诞生了研究相关器件及应用的斯格明子电子学.本综述从电子学角度首先介绍斯格明子的基础概念及发展现状、理论及实验研究方法,重点阐述斯格明子器件的写入、调控及读取功能,介绍了一系列具有代表性的新型信息器件;最后,结合斯格明子电子学现状分析了目前所面临的发展瓶颈以及未来的应用前景.     

半导体异质结及其在光电子学中的应用

瑞典皇家科学院2000年10月10日宣布,将2000年度诺贝尔物理奖授予三位科学家,他们是俄罗斯科学院圣彼得堡约飞技术物理研究所的Zh.I.Alferov、美国加利福尼亚大学的Herbert Kroemer和美国德克萨斯仪器公司的JackS.Kilby,以表彰他们为现代信息技术,特别是他们发明的高速晶体管、激光二极管和集成电路(芯片)所作出的奠基性贡献.Kilby由于发明并发展了集成电路技术而获奖,通过这项发明,微电子学成为所有现代技术的基础.Kilby的获奖成果已有另文(见2001年第3期《物理》)评述.Alferov和Kroemer则是由于他们在半导体异质结及其在电子和光电子学中的应用方面的突出贡献而获奖.该文仅就这两位诺贝尔物理奖得主在异质结及其在光电子中的应用方面的贡献进行评述.     

半导体异质结及其在光电子学中的应用—2000年诺贝尔物理奖评述

瑞典皇家科学院2000年10月10日宣布,将2000年度诺贝尔物理奖授予三位科学家,他们是俄罗斯科学院圣彼得的堡约飞技术物理研究所的Zh.Alferpv、美国加利福尼亚大学的Herbert Kroemer和美国德克萨斯仪器公司的Jack S.Kilby,以表彰他们为现代信息技术,特别是他们发明的高速晶体管、激光二极管和集成电路（芯片）所作出的奠基性贡献,Kilby由于发明并发展了集成电路技术而获奖,通过这项发明,微电子学成为所有现代技术的基础,Kilby的获奖成果已有另文（见2001年第3期《物理》）述评,Alferov和Kroemer则是由于他们在半导体异质结及其在电子和光电子学中的应用方面的突出贡献而获奖,该不仅就两位诺贝尔物理奖得主在异质结及其在光电子中的应用方面的贡献进行评述。