21世纪的先导技术：微电子技术
中国科学院上海硅酸盐研究所 陈同来
电子技术是信息社会的基石。实现信息化的网络及其关键部件不管是各种计算机还是通讯电子装备，它们的基础都是集成电路。尽管电子学在化合物半导体和其它新材料方面的研究及在某些领域的应用取得了很大进展，但还远不具备替代硅基工艺的条件。硅集成电路技术发展至今，全世界数以万亿美元计的设备和科技投入，已使硅基工艺形成非常强大的产业能力。同时，长期的科研投入已使人们对硅及其衍生物各种属性的了解达到十分深入、十分透彻的地步，成为自然界100多种元素之最，这是非常宝贵的知识积累。随着集成电路技术的发展，使整机、电路与元件、器件之间的明确界限被突跛。器件问题、电路问题和整机系统问题已经结合在一起，体现在一小块硅片上，这就形成了固体物理、硅器件工艺与电子学三者交叉的新技术学科——微电子学。随着集成电路技术的广泛渗透和延拓，它将是一个更为广泛的边缘性学科。 微电子学和微电子技术一般地指以集成电路技术为代表，制造和使用微小型电子元件、器件和电路，实现电子系统功能的新型技术学科，它也特指大规模集成电路的制造和运用技术。微电子技术与传统电子技术相比，其主要特征是器件和电路的微小型化。它把电路系统的设计和制造工艺紧密结合起来，适于进行大规模的批量生产，因而成本低和可靠性高。在21世纪，微电子技术是改变生产和生活面貌的先导技术。例如，采用微电子技术制成的集成电路芯片（微芯片）已发展到进入GSI时代；微芯片上的器件密度已达到人脑中神经元密度水平。这样水平的微芯片将促使计算机及通信产业更新换代，大大改变人们生产、生活的面貌。科学家们已在讨论把微芯片记忆线路植入人的大脑以治疗老年性痴呆症，或增加人的记忆能力的可能性。而用微芯片制作的手提式超级计算机、电子笔记本、微型翻译机和便携式电话等已陆续出现。
微电子技术当前发展的一个鲜明特点就是：系统级芯片（System On Chip，简称SOC）概念的出现。在集成电路（IC）发展初期，电路都从器件的物理版图设计入手，后来出现了IC单元库，使用IC设计从器件级进入到逻辑级，这样的设计思路使大批电路和逻辑设计师可以直接参与IC设计，极大的推动了IC产业的发展。由于IC设计与工艺技术水平不断提高，集成电路规模越来越大，复杂程度越来越高，已经可以将整个系统集成为一个芯片。正是在需求牵引和技术推动的双重作用下，出现了将整个系统集成在一个IC芯片上的系统级芯片的概念。其进一步发展，可以将各种物理的、化学的和生物的敏感器(执行信息获取功能)和执行器与信息处理系统集成在一起，从而完成从信息获取、处理、存储、传输到执行的系统功能，这是一个更广义上的系统集成芯片。很多研究表明，与由IC组成的系统相比，由于SOC设计能够综合并全盘考虑整个系统的各种情况，可以在同样的工艺技术条件下实现更高性能的系统指标。微电子技术从IC向SOC转变不仅是一种概念上的突破，同时也是信息技术发展的必然结果。目前，SOC技术已经崭露头角，21世纪将是SOC技术真正快速发展的时期。
微电子技术的另一个显著特点就是其强大的生命力，它源于可以低成本、大批量地生产出具有高可靠性和高精度的微电子结构模块。这种技术一旦与其他学科相结合，便会诞生出一系列崭新的学科和重大的经济增长点。作为与微电子技术成功结合的典型例子便是MEMS（微电子机械系统或称微机电系统）技术和生物芯片等。前者是微电子技术与机械、光学等领域结合而诞生的，后者则是与生物工程技术结合的产物。
可以认为微电子技术的迅猛发展必将带来又一次革命性变革。相应的微电子产品将如同细胞组成人体一样，成为现代工农业、国防装备和家庭耐用消费品的细胞，改变着社会的生产方式和人们的生活方式。微电子技术不仅成为现代产业和科学技术的基础，而且正在创造着代表信息时代的硅文化。因此有科学家认为人类继石器、青铜器、铁器时代之后正进入硅石时代。
