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.在微电子技术诞生和发展过程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了关键的基础作用.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其物理极限,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．     

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．     

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…     

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。     

中山大学物理学与工程技术学院

中山大学是1924年孙中山先生亲手创办的一所具有优良办学传统的名牌大学。学校成立之初便设有物理学系，1996年在其基础上成立物理科学与工程技术学院。学院现设有物理学系、光学与光学工程系和微电子学系，全院教职工141人，在校学生1337人。物理科学与工程技术学院有坚实的学科基础。她拥有国家物理学理科基础科学研究和教学人才培养基地和国家集成电路人才培养基地(筹建)；拥有物理学(理学)和光学工程(工学)2个一级学科博士学位授予权点，以及材料物理与化学博士点和微电子学与固体电子学博士点；拥有物理学博士后科研流动站。其凝聚态物…     

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.     

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。     

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…     

我国低温等离子体研究进展(Ⅰ)

低温等离子体物理与技术的研究在国内受到了越来越多的重视．在等离子体中发现的一些有趣的物理现象，如磁场重联、尘埃等离子体等，使人们对等离子体物理的研究掀起了新的热潮．在应用方面，几乎所有理工类实验室都有涉及低温等离子体技术的实验装置，这使得在我国低温等离子体应用方面的研究非常普及，包括微电子工业中的等离子体工艺，各种坚硬、耐腐蚀、耐摩擦材料的制备，纳米材料的制备，聚合物以及生物材料的表面改性，等等．随着低温等离子体技术的发展，低温等离子体的诊断技术也随之发展起来．文章简要地介绍了近几年来低温等离子体研究在我国的发展，介绍了一些有关低温等离子体的热点研究课题．     

异构多核系统中跨时钟域的解决方法

随着集成电路的集成度与性能的不断发展,芯片的功耗问题已经变的十分严重,功耗带来的挑战日益突出。异构多核动态调频架构是目前研究低功耗的主流方向。SOC系统当中同一时刻只有一个处理器能够控制总线,其它处理器则处理等待状态,异构多核动态调频架构能够通过降低不控制总线的处理器频率来达到降低功耗的目的。异构多核领域的处理器和总线跨时钟域解决方案,此方案在国内属于首次提出,可以运用在异构多核动态调频(DFS)架构当中。目前手持终端设备越来越强调功耗的重要性,因此异构多核领域的处理器和总线跨时钟域解决方案将有非常好的应用前景。该方案通过在处理器和AMBA总线之间添加FIFO以及一些复杂的算法,达到消除亚稳态和正常通信的目的。最终,通过仿真发现任意调节处理器的工作频率都能满足传输协议。证明该方案能在异构多核动态调频架构中运用。     

物理学对微电子高新技术的推动作用

描述了物理学对微电子高新技术的推动作用,无论是从本世纪晶体管的发明到计算机的日新月异发展,或者从下个世纪的新结构半导体器件到计算机的全新变革,都充分说明了物理学的重要作用。     

Gallium arsenide optoelectronic IC's for computer networks

The physics of gallium arsenide offers distinct advantages compared to silicon for device applications based on mobility, epitaxial bandgap engineering, and optoelectronic function. Because of these advantages, compared to silicon, gallium arsenide transistors and optoelectronic devices are likely to be found in future computer systems. I first discuss material advantages and challenges for commercial realization of these applications. Examples of these potential applications in communication and computer systems are given. Highly integrated optoelectronic circuits will likely be found in optical links for data communications. The state of the art will be illustrated with recent results from a joint program that spans several IBM research and development laboratories. A demonstration of a compactly packaged gigabit per second optical data link with error rates low enough for computer communications has been made with two highly integrated MESFET chips and one laser array.     

电容MEMS超声换能器研究进展

MEMS(micro-electromechanical systems)超声换能器(MEMS ultrasonic transducer,简称MUT)是采用微电子和微机械加工技术制作的新型超声换能器。与传统超声换能器相比,MUT具有体积小、重量轻、成本低、功耗低、可靠性高、频率控制灵活、频带宽、灵敏度高以及易于与电路集成和实现智能化等特点。是超声换能器的重要的研究方向之一。MUT的研究主要包括压电MUT(piezoelectric MUT,简称PMUT)和电容MUT(capacitiveMUT,简称CMUT)两个方面。本文概述了CMUT研究的发展进程和研究成果,展望了CMUT的研究和应用前景。     

压电MEMS超声换能器研究进展

MEMS(micro-electromechanical systems)超声换能器(MEMS ultrasonic transducer,简称MUT)是采用微电子和微机械加工技术制作的新型超声换能器。与传统超声换能器相比,MUT具有体积小、重量轻、成本低、功耗低、可靠性高、频率控制灵活、频带宽、灵敏度高以及易于与电路集成和实现智能化等特点。是超声换能器的重要的研究方向之一。MUT的研究主要包括压电MUT(piezoelectric MUT,简称PMUT)和电容MUT(capacitiveMUT,简称CMUT)两个方面。本文概述了PMUT研究的发展进程和研究成果,展望了PMUT的研究和应用前景。     

从原子到超原子的原子层次新机遇

为何超原子如此重要？从发展过程来体会,是因为终于可以把纷繁复杂的团簇结构以量子力学属性实现物理规律把握,从而为以团簇作为基元的物性表征与调控包括相关的制造和功能应用提供了基于原子层次的抓手. 因此可以认为,由团簇科技发展到超原子的物理学研究是必然的,所以,我们提出了超原子物理学的概念和范畴. 超原子作为归属于分子的多原子复杂系统,它的电子结构与原子有相近性,凸显了超原子系统中相互作用有深刻且丰富的物理内涵. 依托于原子物理学的巨大成就,将原子层次的科技能力结合到超原子研究上,将开辟新的领域方向,促进从结构出发的传统研究思路转变到以功能为核心的研究范式,从而带来新的发展机遇.