发信人: ericsuen(不一样的蚊子)
整理人: siemens(2001-05-08 16:53:03), 站内信件
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硅微电子技术的发展和极限
微电子技术作为现代高技术的重要支柱，经历了若干发展阶段。５０年代末发展起来的小规模集成电路（ＳＳＩ），集成度仅１００个元件；６０年代发展的是中规模集成电路（ＭＳＩ），集成度为１０００个元件；７０年代又发展了大规模集成电路（ＬＳＩ），集成度大于１０００个元件；７０年代末进一步发展了超大规模集成电路（ＶＬＳＩ），集成度在１０５个元件；８０年代更进一步发展了特大规模集成电路（ＵＬＳＩ），集成度比ＶＬＳＩ又提高了一个数量级，达到１０６个元件以上。
随着集成度的提高，要求器件尺寸不断减小，１９８５年，１兆位ＵＬＳＩ的集成度达到２００万个元件，器件条宽仅为１μｍ；１９９２年，１６兆位的芯片，集成度达到３２００万个元件，条宽减到０.５μｍ，即５００ｎｍ；而后的６４兆位芯片，其条宽已达０.３μｍ，即３００ｎｍ；预计本世纪末将出现１Ｇｂ的ＵＬＳＩ芯片，那时条宽将只有０.１μｍ，即１００ｎｍ，单个芯片将集成１０亿只晶体管。
虽然微处理器性能的改进仍将继续保持高速度，但这样一种稳定的进展也不总是有把握的，制造商在未来若干年中将如何制造更小、更快的晶体管尚不明朗。目前它们所使用光刻方法其中的关键技术正在接近极限。如果这个问题得不到解决，则过去数十年中所取得的进展将会迅速地停下来。
从物理角度看，在１.０μｍ时，晶体管是非常理想的开关，但在０.１μｍ时，开关特性就变得不理想了。到了０.０５μｍ时开关特性就已消失了，而且就今天的制造工艺来看，也可以证明是难以实现的。
另一方面，使晶体管及其布线变得极小的一个复杂问题在于量子力学开始干扰其功能，由于单个电子的位置变得难以规定，因此逻辑元件保存其数值０或１的可靠程度降低了。但这一性质可以加以利用，如麻省理工学院的研究人员正在研究以器件的非经典行为为基础的量子计算技术的可行性。
所以，从失去开关特性或逻辑功能的意义上讲，目前可以认为晶体管的极限是０.０５μｍ。而且为了使单芯片能集成更多的晶体管，就不可以将芯片做得越来越大，原因有以下４点：
①芯片本身单位面积的成本基本上是固定的，大约１０美元；
②互连线本身的成本随着芯片面积的增加而降低；
③芯片越大，损失的成本也越大；
④到２０１０年，芯片缺陷密度大约为０.０１／ｃｍ２，如果芯片是１ｃｍ２，它被做坏的几率约为１％。
综合以上４点，到２０１０年，芯片做到１３ｃｍ２，它的各项综合成本是最低的，但有一点值得注意，芯片本身的面积是１ｃｍ２也好，５０ｃｍ２也好，它的成本大概是固定不变的。所以，到２０１０年，芯片大小已不那么重要，约为１３ｃｍ２，晶体管大小则约是０.０５μｍ。１００ｎｍ被认为是微电子技术发展的极限，而空间尺度在０.１～１００ｎｍ被定义为纳米空间，在纳米空间电子的波动性质将以明显的优势显示出来。
因此，预计到２０１０年，微电子技术发展到极限，面临挑战，人们必须超越这个极限，在其它方面进行突破。视电子为粒子的微电子技术失去赖以工作的基础，于是纳米电子学应运而生。
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