時間：2023-03-30 11:35:43
序論：在您撰寫微電子學論文時，參考他人的優(yōu)秀作品可以開闊視野，小編為您整理的7篇范文，希望這些建議能夠激發(fā)您的創(chuàng)作熱情，引導您走向新的創(chuàng)作高度。
關鍵詞微電子技術集成系統(tǒng)微機電系統(tǒng)DNA芯片
1引言
綜觀人類社會發(fā)展的文明史，一切生產方式和生活方式的重大變革都是由于新的科學發(fā)現(xiàn)和新技術的產生而引發(fā)的，科學技術作為革命的力量，推動著人類社會向前發(fā)展。從50多年前晶體管的發(fā)明到目前微電子技術成為整個信息社會的基礎和核心的發(fā)展歷史充分證明了“科學技術是第一生產力”。信息是客觀事物狀態(tài)和運動特征的一種普遍形式，與材料和能源一起是人類社會的重要資源，但對它的利用卻僅僅是開始。當前面臨的信息革命以數字化和網絡化作為特征。數字化大大改善了人們對信息的利用，更好地滿足了人們對信息的需求；而網絡化則使人們更為方便地交換信息，使整個地球成為一個“地球村”。以數字化和網絡化為特征的信息技術同一般技術不同，它具有極強的滲透性和基礎性，它可以滲透和改造各種產業(yè)和行業(yè)，改變著人類的生產和生活方式，改變著經濟形態(tài)和社會、政治、文化等各個領域。而它的基礎之一就是微電子技術?？梢院敛豢鋸埖卣f，沒有微電子技術的進步，就不可能有今天信息技術的蓬勃發(fā)展，微電子已經成為整個信息社會發(fā)展的基石。
50多年來微電子技術的發(fā)展歷史，實際上就是不斷創(chuàng)新的過程，這里指的創(chuàng)新包括原始創(chuàng)新、技術創(chuàng)新和應用創(chuàng)新等。晶體管的發(fā)明并不是一個孤立的精心設計的實驗，而是一系列固體物理、半導體物理、材料科學等取得重大突破后的必然結果。1947年發(fā)明點接觸型晶體管、1948年發(fā)明結型場效應晶體管以及以后的硅平面工藝、集成電路、CMOS技術、半導體隨機存儲器、CPU、非揮發(fā)存儲器等微電子領域的重大發(fā)明也都是一系列創(chuàng)新成果的體現(xiàn)。同時，每一項重大發(fā)明又都開拓出一個新的領域，帶來了新的巨大市場，對我們的生產、生活方式產生了重大的影響。也正是由于微電子技術領域的不斷創(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年開始，與硅技術有關的學術論文數量已經超過了與鋼鐵有關的學術論文，所以有人認為，1968年以后人類進入了繼石器、青銅器、鐵器時代之后硅石時代（siliconage）〖1〗。因此可以說社會發(fā)展的本質是創(chuàng)新，沒有創(chuàng)新，社會就只能被囚禁在“超穩(wěn)態(tài)”陷阱之中。雖然創(chuàng)新作為經濟發(fā)展的改革動力往往會給社會帶來“創(chuàng)造性的破壞”，但經過這種破壞后，又將開始一個新的處于更高層次的創(chuàng)新循環(huán)，社會就是以這樣螺旋形上升的方式向前發(fā)展。
在微電子技術發(fā)展的前50年，創(chuàng)新起到了決定性的作用，而今后微電子技術的發(fā)展仍將依賴于一系列創(chuàng)新性成果的出現(xiàn)。我們認為：目前微電子技術已經發(fā)展到了一個很關鍵的時期，21世紀上半葉，也就是今后50年微電子技術的發(fā)展趨勢和主要的創(chuàng)新領域主要有以下四個方面：以硅基CMOS電路為主流工藝；系統(tǒng)芯片（SystemOnAChip，SOC）為發(fā)展重點；量子電子器件和以分子（原子）自組裝技術為基礎的納米電子學；與其他學科的結合誕生新的技術增長點，如MEMS，DNAChip等。
221世紀上半葉仍將以硅基CMOS電路為主流工藝
微電子技術發(fā)展的目標是不斷提高集成系統(tǒng)的性能及性能價格比，因此便要求提高芯片的集成度，這是不斷縮小半導體器件特征尺寸的動力源泉。以MOS技術為例，溝道長度縮小可以提高集成電路的速度；同時縮小溝道長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目的晶體管，將結構更加復雜、性能更加完善的電子系統(tǒng)集成在一個芯片上；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，價格大幅度下降。由于片內信號的延遲總小于芯片間的信號延遲，這樣在器件尺寸縮小后，即使器件本身的性能沒有提高，整個集成系統(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，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，雖然有很多人預測這種發(fā)展趨勢將減緩，但是微電子產業(yè)三十多年來發(fā)展的狀況證實了Moore的預言[2]。而且根據我們的預測，微電子技術的這種發(fā)展趨勢還將在21世紀繼續(xù)一段時期，這是其它任何產業(yè)都無法與之比擬的。
現(xiàn)在，0．18微米CMOS工藝技術已成為微電子產業(yè)的主流技術，0．035微米乃至0．020微米的器件已在實驗室中制備成功，研究工作已進入亞0．1微米技術階段，相應的柵氧化層厚度只有2．0～1．0nm。預計到2010年，特征尺寸為0．05～0．07微米的64GDRAM產品將投入批量生產。
21世紀，起碼是21世紀上半葉,微電子生產技術仍將以尺寸不斷縮小的硅基CMOS工藝技術為主流。盡管微電子學在化合物和其它新材料方面的研究取得了很大進展；但還不具備替代硅基工藝的條件。根據科學技術的發(fā)展規(guī)律，一種新技術從誕生到成為主流技術一般需要20到30年的時間，硅集成電路技術自1947年發(fā)明晶體管1958年發(fā)明集成電路,到60年代末發(fā)展成為大產業(yè)也經歷了20多年的時間。另外，全世界數以萬億美元計的設備和技術投入，已使硅基工藝形成非常強大的產業(yè)能力；同時，長期的科研投入已使人們對硅及其衍生物各種屬性的了解達到十分深入、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積累。產業(yè)能力和知識積累決定了硅基工藝起碼將在50年內仍起重要作用，人們不會輕易放棄。
目前很多人認為當微電子技術的特征尺寸在2015年達到0．030～0．015微米的“極限”之后，將是硅技術時代的結束，這實際上是一種誤解。且不說微電子技術除了以特征尺寸為代表的加工工藝技術之外，還有設計技術、系統(tǒng)結構等方面需要進一步的大力發(fā)展，這些技術的發(fā)展必將使微電子產業(yè)繼續(xù)高速增長。即使是加工工藝技術，很多著名的微電子學家也預測，微電子產業(yè)將于2030年左右步入像汽車工業(yè)、航空工業(yè)這樣的比較成熟的朝陽工業(yè)領域。即使微電子產業(yè)步入汽車、航空等成熟工業(yè)領域，它仍將保持快速發(fā)展趨勢，就像汽車、航空工業(yè)已經發(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越小，不可避免地會遇到器件結構、關鍵工藝、集成技術以及材料等方面的一系列問題，究其原因，主要是：對其中的物理規(guī)律等科學問題的認識還停留在集成電路誕生和發(fā)展初期所形成的經典或半經典理論基礎上，這些理論適合于描述微米量級的微電子器件，但對空間尺度為納米量級、空間尺度為飛秒量級的系統(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，已無法滿足亞50納米器件及電路的需求；同時傳統(tǒng)器件結構也已無法滿足亞50納米器件的要求，必須發(fā)展新型的器件結構和微細加工、互連、集成等關鍵工藝技術。具體的需要創(chuàng)新和重點發(fā)展的領域包括：基于介觀和量子物理基礎的半導體器件的輸運理論、器件模型、模擬和仿真軟件，新型器件結構，高k柵介質材料和新型柵結構，電子束步進光刻、13nmEUV光刻、超細線條刻蝕，SOI、GeSi／Si等與硅基工藝兼容的新型電路，低K介質和Cu互連以及量子器件和納米電子器件的制備和集成技術等。
3量子電子器件（QED）和以分子原子自組裝技術為基礎的納米電子學將帶來嶄新的領域
在上節(jié)我們談到的以尺寸不斷縮小的硅基CMOS工藝技術，可稱之為“scalingdown”，與此同時我們必須注意“bottomup”?！癰ottomup”最重要的領域有二個方面：
(1)量子電子器件（QED—QuantumElectronDevice）這里包括單電子器件和單電子存儲器等。它的基本原理是基于庫侖阻塞機理控制一個或幾個電子運動，由于系統(tǒng)能量的改變和庫侖作用，一個電子進入到一個勢阱，則將阻止其它電子的進入。在單電子存儲器中量子阱替代了通常存儲器中的浮柵。它的主要優(yōu)點是集成度高；由于只有一個或幾個電子活動所以功耗極低；由于相對小的電容和電阻以及短的隧道穿透時間，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；對環(huán)境高度敏感，可靠性難以保證；在室溫工作時要求電容極?。é罠），要求量子點大小在幾個納米。這些都為集成成電路帶來了很大困難。
因此，目前可以認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為基礎的納米電子學。這里包括量子點陣列（QCA—Quantum－dotCellularAutomata)和以碳納米管為基礎的原子分子器件等。
量子點陣列由量子點組成，至少由四個量子點,它們之間以靜電力作用。根據電子占據量子點的狀態(tài)形成“0”和“1”狀態(tài)。它在本質上是一種非晶體管和無線的方式達到陣列的高密度、低功耗和實現(xiàn)互連。其基本優(yōu)勢是開關速度快，功耗低，集成密度高。但難以制造，且對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。
以碳納米管為基礎的原子分子器件是近年來快速發(fā)展的一個有前景的領域。碳原子之間的鍵合力很強，可支持高密度電流，而熱導性能類似于金剛石，能在高集成度時大大減小熱耗散，性質類金屬和半導體，特別是它有三種可能的雜交態(tài)，而Ge、Si只有一個。這些都使碳納米管（CNT）成為當前科研熱點，從1991年發(fā)現(xiàn)以來，現(xiàn)在已有大量成果涌現(xiàn)，北京大學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”作為晶體管的可能性。但是問題是如何去生長有序的符合設計性能的CNT器件，更難以集成。
目前“bottomup”的量子器件和以自組裝技術為基礎的納米器件在制造工藝上往往與“Scalingdown”的加工方法相結合以制造器件。這對于解決高集成度CMOS電路的功耗制約將會帶來突破性的進展。
QCA和CNT器件不論在理論上還是加工技術上都有大量工作要做，有待突破，離開實際應用還需較長時日！但這終究是一個誘人探索的領域，我們期待它們將創(chuàng)出一個新的天地。
4系統(tǒng)芯片（SystemOnAChip）是21世紀微電子技術發(fā)展的重點
在集成電路（IC）發(fā)展初期，電路設計都從器件的物理版圖設計入手，后來出現(xiàn)了集成電路單元庫（Cell－Lib），使得集成電路設計從器件級進入邏輯級，這樣的設計思路使大批電路和邏輯設計師可以直接參與集成電路設計，極大地推動了IC產業(yè)的發(fā)展。但集成電路僅僅是一種半成品，它只有裝入整機系統(tǒng)才能發(fā)揮它的作用。IC芯片是通過印刷電路板（PCB）等技術實現(xiàn)整機系統(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、PCB板可靠性以及重量等因素的限制，整機系統(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、網絡化、移動化的發(fā)展，系統(tǒng)對電路的要求越來越高，傳統(tǒng)集成電路設計技術已無法滿足性能日益提高的整機系統(tǒng)的要求。同時，由于IC設計與工藝技術水平提高，集成電路規(guī)模越來越大，復雜程度越來越高，已經可以將整個系統(tǒng)集成為一個芯片。目前已經可以在一個芯片上集成108－109個晶體管，而且隨著微電子制造技術的發(fā)展，21世紀的微電子技術將從目前的3G時代逐步發(fā)展到3T時代（即存儲容量由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、數據傳輸速率由Gbps發(fā)展到Tbps，注：1G=109、1T=1012、bps：每秒傳輸數據位數）。
正是在需求牽引和技術推動的雙重作用下，出現(xiàn)了將整個系統(tǒng)集成在一個微電子芯片上的系統(tǒng)芯片（SystemOnAChip，簡稱SOC）概念。
系統(tǒng)芯片（SOC）與集成電路（IC）的設計思想是不同的，它是微電子設計領域的一場革命，它和集成電路的關系與當時集成電路與分立元器件的關系類似，它對微電子技術的推動作用不亞于自50年代末快速發(fā)展起來的集成電路技術。
SOC是從整個系統(tǒng)的角度出發(fā)，把處理機制、模型算法、芯片結構、各層次電路直至器件的設計緊密結合起來，在單個（或少數幾個）芯片上完成整個系統(tǒng)的功能，它的設計必須是從系統(tǒng)行為級開始的自頂向下（Top－Down）的。很多研究表明，與IC組成的系統(tǒng)相比，由于SOC設計能夠綜合并全盤考慮整個系統(tǒng)的各種情況，可以在同樣的工藝技術條件下實現(xiàn)更高性能的系統(tǒng)指標。例如若采用SOC方法和0．35μm工藝設計系統(tǒng)芯片,在相同的系統(tǒng)復雜度和處理速率下，能夠相當于采用0．18～0.25μm工藝制作的IC所實現(xiàn)的同樣系統(tǒng)的性能；還有，與采用常規(guī)IC方法設計的芯片相比,采用SOC設計方法完成同樣功能所需要的晶體管數目約可以降低l～2個數量級。
對于系統(tǒng)芯片（SOC）的發(fā)展，主要有三個關鍵的支持技術。
（1）軟、硬件的協(xié)同設計技術。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)涉及諸多計算機系統(tǒng)、通訊系統(tǒng)、數據壓縮解壓縮和加密解密系統(tǒng)等等。
（2）IP模塊庫問題。IP模塊有三種,即軟核，主要是功能描述；固核，主要為結構設計；和硬核，基于工藝的物理設計、與工藝相關，并經過工藝驗證過的。其中以硬核使用價值最高。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，在速度與功耗上經過優(yōu)化并有最大工藝容差的模塊最有價值。現(xiàn)在,美國硅谷在80年代出現(xiàn)無生產線（Fabless)公司的基礎上，90年代后期又出現(xiàn)了一些無芯片（Chipless）的公司,專門銷售IP模塊。
（3）模塊界面間的綜合分析技術,這主要包括IP模塊間的膠聯(lián)邏輯技術（gluelogictechnologies）和IP模塊綜合分析及其實現(xiàn)技術等。
微電子技術從IC向SOC轉變不僅是一種概念上的突破,同時也是信息技術新發(fā)展的里程碑。通過以上三個支持技術的創(chuàng)新,它必將導致又一次以系統(tǒng)芯片為主的信息技術上的革命。目前，SOC技術已經嶄露頭角，21世紀將是SOC技術真正快速發(fā)展的時期。
在新一代系統(tǒng)芯片領域，需要重點突破的創(chuàng)新點主要包括實現(xiàn)系統(tǒng)功能的算法和電路結構兩個方面。在微電子技術的發(fā)展歷史上,每一種算法的提出都會引起一場變革，例如維特比算法、小波變換等均對集成電路設計技術的發(fā)展起到了非常重要的作用,目前神經網絡、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構可以帶動一系列的應用,但提出一種新的算法則可以帶動一個新的領域,因此算法應是今后系統(tǒng)芯片領域研究的重點學科之一。在電路結構方面,在系統(tǒng)芯片中，由于射頻、存儲器件的加入，其中的電路結構已經不是傳統(tǒng)意義上的CMOS結構，因此需要發(fā)展更靈巧的新型電路結構。另外，為了實現(xiàn)膠聯(lián)邏輯（GlueLogic）新的邏輯陣列技術有望得到快速的發(fā)展,在這一方面也需要做系統(tǒng)深入的研究。
5微電子與其他學科的結合誕生新的技術增長點
微電子技術的強大生命力在于它可以低成本、大批量地生產出具有高可靠性和高精度的微電子結構模塊。這種技術一旦與其它學科相結合,便會誕生出一系列嶄新的學科和重大的經濟增長點，這方面的典型例子便是MEMS（微機電系統(tǒng)）技術和DNA生物芯片。前者是微電子技術與機械、光學等領域結合而誕生的，后者則是與生物工程技術結合的產物。
微電子機械系統(tǒng)不僅是微電子技術的拓寬和延伸,它將微電子技術和精密機械加工技術相互融合，實現(xiàn)了微電子與機械融為一體的系統(tǒng)。MEMS將電子系統(tǒng)和外部世界聯(lián)系起來，它不僅可以感受運動、光、聲、熱、磁等自然界的外部信號，把這些信號轉換成電子系統(tǒng)可以認識的電信號，而且還可以通過電子系統(tǒng)控制這些信號，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電系統(tǒng)。MEMS技術是一種典型的多學科交叉的前沿性研究領域，它幾乎涉及到自然及工程科學的所有領域，如電子技術、機械技術、光學、物理學、化學、生物醫(yī)學、材料科學、能源科學等〖3〗。
MEMS的發(fā)展開辟了一個全新的技術領域和產業(yè)。它們不僅可以降低機電系統(tǒng)的成本，而且還可以完成許多大尺寸機電系統(tǒng)所不能完成的任務。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)異及功能強大等傳統(tǒng)傳感器無法比擬的優(yōu)點,因而MEMS在航空、航天、汽車、生物醫(yī)學、環(huán)境監(jiān)控、軍事以及幾乎人們接觸到的所有領域中都有著十分廣闊的應用前景。例如微慣性傳感器及其組成的微型慣性測量組合能應用于制導、衛(wèi)星控制、汽車自動駕駛、汽車防撞氣囊、汽車防抱死系統(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、傷員救護；信息MEMS系統(tǒng)將在射頻系統(tǒng)、全光通訊系統(tǒng)和高密度存儲器和顯示等方面發(fā)揮重大作用；同時MEMS系統(tǒng)還可以用于醫(yī)療、光譜分析、信息采集等等。現(xiàn)在已經成功地制造出了尖端直徑為5μm的可以夾起一個紅細胞的微型鑷子，可以在磁場中飛行的象蝴蝶大小的飛機等。
MEMS技術及其產品的增長速度非常之高，目前正處在技術發(fā)展時期，再過若干年將會迎來MEMS產業(yè)化高速發(fā)展的時期。2000年，全世界MEMS的市場達到120到140億美元，而帶來的與之相關的市場達到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，其電路在今天看來是很簡單的，應用也非常有限，以軍事需求為主,但它的誘人前景吸引了人們進行大量投資，促進了集成電路飛速發(fā)展。集成電路技術的進步,加快了計算機更新?lián)Q代的速度，對CPU和RAM的需求越來越大,反過來又促進了集成電路的發(fā)展。集成電路和計算機在發(fā)展中相互推動，形成了今天的雙贏局面，帶來了一場信息革命?，F(xiàn)階段的微機電系統(tǒng)專用性很強，單個系統(tǒng)的應用范圍非常有限,還沒有出現(xiàn)類似于CPU和RAM這樣量大面廣的產品。隨著微機電系統(tǒng)的進步，最后將有可能形成像微電子技術一樣有廣泛應用前景的新產業(yè)，從而對人們的社會生產和生活方式產生重大影響。
當前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)理論與基礎技術方面取得突破性進展，使人們依靠掌握的理論和基礎技術可以高效地設計制造出所需的微系統(tǒng)；第二是找準應用突破口，揚長避短，以特別適合微系統(tǒng)應用的重大領域為目標進行研究,取得突破，從而帶動微系統(tǒng)產業(yè)的發(fā)展。在MEMS發(fā)展中需要繼續(xù)解決的問題主要有：MEMS建模與設計方法學研究；三維微結構構造原理、方法、仿真及制造；微小尺度力學和熱學研究；MEMS的表征與計量方法學；納結構與集成技術等。
微電子與生物技術緊密結合誕生的以DNA芯片等為代表的生物芯片將是21世紀微電子領域的另一個熱點和新的經濟增長點。它是以生物科學為基礎，利用生物體、生物組織或細胞等的特點和功能，設計構建具有預期性狀的新物種或新品系，并與工程技術相結合進行加工生產，它是生命科學與技術科學相結合的產物。具有附加值高、資源占用少等一系列特點，正日益受到廣泛關注。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，可以在指甲蓋大小的硅片上制作出包含有多達萬種DNA基因片段的芯片。利用這種芯片可以在極快的時間內檢測或發(fā)現(xiàn)遺傳基因的變化等情況，這無疑對遺傳學研究、疾病診斷、疾病治療和預防、轉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生物反應或施加電場等措施使一些特殊的物質能夠反映出某種基因的特性從而起到檢測基因的目的。目前Stanford和Affymetrix公司的研究人員已經利用微電子技術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）是生物學中最重要的一種物質，它包含有大量的生物遺傳信息，DNA芯片的作用非常巨大，其應用領域也非常廣泛：它不僅可以用于基因學研究、生物醫(yī)學等，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)，這樣該技術將廣泛應用到農業(yè)、工業(yè)、醫(yī)學和環(huán)境保護等人類生活的各個方面，那時，生物芯片有可能象今天的IC芯片一樣無處不在。
目前的生物芯片主要是指通過平面微細加工技術及超分子自組裝技術，在固體芯片表面構建的微分析單元和系統(tǒng)，以實現(xiàn)對化合物、蛋白質、核酸、細胞以及其它生物組分的準確、快速、大信息量的篩選或檢測。生物芯片的主要研究包括采用生物芯片的具體實現(xiàn)技術、基于生物芯片的生物信息學以及高密度生物芯片的設計、檢測方法學等等。
6結語
在微電子學發(fā)展歷程的前50年中，創(chuàng)新和基礎研究曾起到非常關鍵的決定性作用。而隨著器件特征尺寸的縮小、納米電子學的出現(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世紀后50年，展望21世紀前50年，即百年的微電子科學技術發(fā)展歷程，使我們深切地感受到，世紀之交的微電子技術對我們既是一個重大的機遇，也是一個嚴峻的挑戰(zhàn)，如果我們能夠抓住這個機遇，立足創(chuàng)新，去勇敢地迎接這個挑戰(zhàn)，則有可能使我國微電子技術實現(xiàn)騰飛，在新一代微電子技術中擁有自己的知識產權，促進我國微電子產業(yè)的發(fā)展，為迎接21世紀中葉將要到來的偉大的民族復興奠定技術基礎，以重鑄中華民族的輝煌！
參考文獻
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[2]BobSchaller.TheOrigin,Natureandlmplicationof“Moore’sLaw”,.1996.
[3]張興、郝一龍、李志宏、王陽元?？缡兰o的新技術－微電子機械系統(tǒng)。電子科技導報，1999，4：2
[4]NicholasWadeWhereComputersandBiologyMeet:MakingaDNAChip.NewYorkTimes,April8,1997
關鍵詞微電子技術集成系統(tǒng)微機電系統(tǒng)DNA芯片
1引言
綜觀人類社會發(fā)展的文明史，一切生產方式和生活方式的重大變革都是由于新的科學發(fā)現(xiàn)和新技術的產生而引發(fā)的，科學技術作為革命的力量，推動著人類社會向前發(fā)展。從50多年前晶體管的發(fā)明到目前微電子技術成為整個信息社會的基礎和核心的發(fā)展歷史充分證明了“科學技術是第一生產力”。信息是客觀事物狀態(tài)和運動特征的一種普遍形式，與材料和能源一起是人類社會的重要資源，但對它的利用卻僅僅是開始。當前面臨的信息革命以數字化和網絡化作為特征。數字化大大改善了人們對信息的利用，更好地滿足了人們對信息的需求；而網絡化則使人們更為方便地交換信息，使整個地球成為一個“地球村”。以數字化和網絡化為特征的信息技術同一般技術不同，它具有極強的滲透性和基礎性，它可以滲透和改造各種產業(yè)和行業(yè)，改變著人類的生產和生活方式，改變著經濟形態(tài)和社會、政治、文化等各個領域。而它的基礎之一就是微電子技術?？梢院敛豢鋸埖卣f，沒有微電子技術的進步，就不可能有今天信息技術的蓬勃發(fā)展，微電子已經成為整個信息社會發(fā)展的基石。
50多年來微電子技術的發(fā)展歷史，實際上就是不斷創(chuàng)新的過程，這里指的創(chuàng)新包括原始創(chuàng)新、技術創(chuàng)新和應用創(chuàng)新等。晶體管的發(fā)明并不是一個孤立的精心設計的實驗，而是一系列固體物理、半導體物理、材料科學等取得重大突破后的必然結果。1947年發(fā)明點接觸型晶體管、1948年發(fā)明結型場效應晶體管以及以后的硅平面工藝、集成電路、CMOS技術、半導體隨機存儲器、CPU、非揮發(fā)存儲器等微電子領域的重大發(fā)明也都是一系列創(chuàng)新成果的體現(xiàn)。同時，每一項重大發(fā)明又都開拓出一個新的領域，帶來了新的巨大市場，對我們的生產、生活方式產生了重大的影響。也正是由于微電子技術領域的不斷創(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年開始，與硅技術有關的學術論文數量已經超過了與鋼鐵有關的學術論文，所以有人認為，1968年以后人類進入了繼石器、青銅器、鐵器時代之后硅石時代（siliconage）〖1〗。因此可以說社會發(fā)展的本質是創(chuàng)新，沒有創(chuàng)新，社會就只能被囚禁在“超穩(wěn)態(tài)”陷阱之中。雖然創(chuàng)新作為經濟發(fā)展的改革動力往往會給社會帶來“創(chuàng)造性的破壞”，但經過這種破壞后，又將開始一個新的處于更高層次的創(chuàng)新循環(huán)，社會就是以這樣螺旋形上升的方式向前發(fā)展。
在微電子技術發(fā)展的前50年，創(chuàng)新起到了決定性的作用，而今后微電子技術的發(fā)展仍將依賴于一系列創(chuàng)新性成果的出現(xiàn)。我們認為：目前微電子技術已經發(fā)展到了一個很關鍵的時期，21世紀上半葉，也就是今后50年微電子技術的發(fā)展趨勢和主要的創(chuàng)新領域主要有以下四個方面：以硅基CMOS電路為主流工藝；系統(tǒng)芯片（SystemOnAChip，SOC）為發(fā)展重點；量子電子器件和以分子（原子）自組裝技術為基礎的納米電子學；與其他學科的結合誕生新的技術增長點，如MEMS，DNAChip等。
221世紀上半葉仍將以硅基CMOS電路為主流工藝
微電子技術發(fā)展的目標是不斷提高集成系統(tǒng)的性能及性能價格比，因此便要求提高芯片的集成度，這是不斷縮小半導體器件特征尺寸的動力源泉。以MOS技術為例，溝道長度縮小可以提高集成電路的速度；同時縮小溝道長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目的晶體管，將結構更加復雜、性能更加完善的電子系統(tǒng)集成在一個芯片上；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，價格大幅度下降。由于片內信號的延遲總小于芯片間的信號延遲，這樣在器件尺寸縮小后，即使器件本身的性能沒有提高，整個集成系統(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，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，雖然有很多人預測這種發(fā)展趨勢將減緩，但是微電子產業(yè)三十多年來發(fā)展的狀況證實了Moore的預言[2]。而且根據我們的預測，微電子技術的這種發(fā)展趨勢還將在21世紀繼續(xù)一段時期，這是其它任何產業(yè)都無法與之比擬的。
現(xiàn)在，0．18微米CMOS工藝技術已成為微電子產業(yè)的主流技術，0．035微米乃至0．020微米的器件已在實驗室中制備成功，研究工作已進入亞0．1微米技術階段，相應的柵氧化層厚度只有2．0～1．0nm。預計到2010年，特征尺寸為0．05～0．07微米的64GDRAM產品將投入批量生產。
21世紀，起碼是21世紀上半葉,微電子生產技術仍將以尺寸不斷縮小的硅基CMOS工藝技術為主流。盡管微電子學在化合物和其它新材料方面的研究取得了很大進展；但還不具備替代硅基工藝的條件。根據科學技術的發(fā)展規(guī)律，一種新技術從誕生到成為主流技術一般需要20到30年的時間，硅集成電路技術自1947年發(fā)明晶體管1958年發(fā)明集成電路,到60年代末發(fā)展成為大產業(yè)也經歷了20多年的時間。另外，全世界數以萬億美元計的設備和技術投入，已使硅基工藝形成非常強大的產業(yè)能力；同時，長期的科研投入已使人們對硅及其衍生物各種屬性的了解達到十分深入、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積累。產業(yè)能力和知識積累決定了硅基工藝起碼將在50年內仍起重要作用，人們不會輕易放棄。
目前很多人認為當微電子技術的特征尺寸在2015年達到0．030～0．015微米的“極限”之后，將是硅技術時代的結束，這實際上是一種誤解。且不說微電子技術除了以特征尺寸為代表的加工工藝技術之外，還有設計技術、系統(tǒng)結構等方面需要進一步的大力發(fā)展，這些技術的發(fā)展必將使微電子產業(yè)繼續(xù)高速增長。即使是加工工藝技術，很多著名的微電子學家也預測，微電子產業(yè)將于2030年左右步入像汽車工業(yè)、航空工業(yè)這樣的比較成熟的朝陽工業(yè)領域。即使微電子產業(yè)步入汽車、航空等成熟工業(yè)領域，它仍將保持快速發(fā)展趨勢，就像汽車、航空工業(yè)已經發(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越小，不可避免地會遇到器件結構、關鍵工藝、集成技術以及材料等方面的一系列問題，究其原因，主要是：對其中的物理規(guī)律等科學問題的認識還停留在集成電路誕生和發(fā)展初期所形成的經典或半經典理論基礎上，這些理論適合于描述微米量級的微電子器件，但對空間尺度為納米量級、空間尺度為飛秒量級的系統(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，已無法滿足亞50納米器件及電路的需求；同時傳統(tǒng)器件結構也已無法滿足亞50納米器件的要求，必須發(fā)展新型的器件結構和微細加工、互連、集成等關鍵工藝技術。具體的需要創(chuàng)新和重點發(fā)展的領域包括：基于介觀和量子物理基礎的半導體器件的輸運理論、器件模型、模擬和仿真軟件，新型器件結構，高k柵介質材料和新型柵結構，電子束步進光刻、13nmEUV光刻、超細線條刻蝕，SOI、GeSi／Si等與硅基工藝兼容的新型電路，低K介質和Cu互連以及量子器件和納米電子器件的制備和集成技術等。
3量子電子器件（QED）和以分子原子自組裝技術為基礎的納米電子學將帶來嶄新的領域
在上節(jié)我們談到的以尺寸不斷縮小的硅基CMOS工藝技術，可稱之為“scalingdown”，與此同時我們必須注意“bottomup”?！癰ottomup”最重要的領域有二個方面：
(1)量子電子器件（QED—QuantumElectronDevice）這里包括單電子器件和單電子存儲器等。它的基本原理是基于庫侖阻塞機理控制一個或幾個電子運動，由于系統(tǒng)能量的改變和庫侖作用，一個電子進入到一個勢阱，則將阻止其它電子的進入。在單電子存儲器中量子阱替代了通常存儲器中的浮柵。它的主要優(yōu)點是集成度高；由于只有一個或幾個電子活動所以功耗極低；由于相對小的電容和電阻以及短的隧道穿透時間，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；對環(huán)境高度敏感，可靠性難以保證；在室溫工作時要求電容極小（αF），要求量子點大小在幾個納米。這些都為集成成電路帶來了很大困難。
因此，目前可以認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為基礎的納米電子學。這里包括量子點陣列（QCA—Quantum－dotCellularAutomata)和以碳納米管為基礎的原子分子器件等。
量子點陣列由量子點組成，至少由四個量子點,它們之間以靜電力作用。根據電子占據量子點的狀態(tài)形成“0”和“1”狀態(tài)。它在本質上是一種非晶體管和無線的方式達到陣列的高密度、低功耗和實現(xiàn)互連。其基本優(yōu)勢是開關速度快，功耗低，集成密度高。但難以制造，且對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。
以碳納米管為基礎的原子分子器件是近年來快速發(fā)展的一個有前景的領域。碳原子之間的鍵合力很強，可支持高密度電流，而熱導性能類似于金剛石，能在高集成度時大大減小熱耗散，性質類金屬和半導體，特別是它有三種可能的雜交態(tài)，而Ge、Si只有一個。這些都使碳納米管（CNT）成為當前科研熱點，從1991年發(fā)現(xiàn)以來，現(xiàn)在已有大量成果涌現(xiàn)，北京大學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”作為晶體管的可能性。但是問題是如何去生長有序的符合設計性能的CNT器件，更難以集成。
目前“bottomup”的量子器件和以自組裝技術為基礎的納米器件在制造工藝上往往與“Scalingdown”的加工方法相結合以制造器件。這對于解決高集成度CMOS電路的功耗制約將會帶來突破性的進展。
QCA和CNT器件不論在理論上還是加工技術上都有大量工作要做，有待突破，離開實際應用還需較長時日！但這終究是一個誘人探索的領域，我們期待它們將創(chuàng)出一個新的天地。
4系統(tǒng)芯片（SystemOnAChip）是21世紀微電子技術發(fā)展的重點
在集成電路（IC）發(fā)展初期，電路設計都從器件的物理版圖設計入手，后來出現(xiàn)了集成電路單元庫（Cell－Lib），使得集成電路設計從器件級進入邏輯級，這樣的設計思路使大批電路和邏輯設計師可以直接參與集成電路設計，極大地推動了IC產業(yè)的發(fā)展。但集成電路僅僅是一種半成品，它只有裝入整機系統(tǒng)才能發(fā)揮它的作用。IC芯片是通過印刷電路板（PCB）等技術實現(xiàn)整機系統(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、PCB板可靠性以及重量等因素的限制，整機系統(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、網絡化、移動化的發(fā)展，系統(tǒng)對電路的要求越來越高，傳統(tǒng)集成電路設計技術已無法滿足性能日益提高的整機系統(tǒng)的要求。同時，由于IC設計與工藝技術水平提高，集成電路規(guī)模越來越大，復雜程度越來越高，已經可以將整個系統(tǒng)集成為一個芯片。目前已經可以在一個芯片上集成108－109個晶體管，而且隨著微電子制造技術的發(fā)展，21世紀的微電子技術將從目前的3G時代逐步發(fā)展到3T時代（即存儲容量由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、數據傳輸速率由Gbps發(fā)展到Tbps，注：1G=109、1T=1012、bps：每秒傳輸數據位數）。
正是在需求牽引和技術推動的雙重作用下，出現(xiàn)了將整個系統(tǒng)集成在一個微電子芯片上的系統(tǒng)芯片（SystemOnAChip，簡稱SOC）概念。
系統(tǒng)芯片（SOC）與集成電路（IC）的設計思想是不同的，它是微電子設計領域的一場革命，它和集成電路的關系與當時集成電路與分立元器件的關系類似，它對微電子技術的推動作用不亞于自50年代末快速發(fā)展起來的集成電路技術。
SOC是從整個系統(tǒng)的角度出發(fā)，把處理機制、模型算法、芯片結構、各層次電路直至器件的設計緊密結合起來，在單個（或少數幾個）芯片上完成整個系統(tǒng)的功能，它的設計必須是從系統(tǒng)行為級開始的自頂向下（Top－Down）的。很多研究表明，與IC組成的系統(tǒng)相比，由于SOC設計能夠綜合并全盤考慮整個系統(tǒng)的各種情況，可以在同樣的工藝技術條件下實現(xiàn)更高性能的系統(tǒng)指標。例如若采用SOC方法和0．35μm工藝設計系統(tǒng)芯片,在相同的系統(tǒng)復雜度和處理速率下，能夠相當于采用0．18～0.25μm工藝制作的IC所實現(xiàn)的同樣系統(tǒng)的性能；還有，與采用常規(guī)IC方法設計的芯片相比,采用SOC設計方法完成同樣功能所需要的晶體管數目約可以降低l～2個數量級。
對于系統(tǒng)芯片（SOC）的發(fā)展，主要有三個關鍵的支持技術。
（1）軟、硬件的協(xié)同設計技術。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)涉及諸多計算機系統(tǒng)、通訊系統(tǒng)、數據壓縮解壓縮和加密解密系統(tǒng)等等。
（2）IP模塊庫問題。IP模塊有三種,即軟核，主要是功能描述；固核，主要為結構設計；和硬核，基于工藝的物理設計、與工藝相關，并經過工藝驗證過的。其中以硬核使用價值最高。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，在速度與功耗上經過優(yōu)化并有最大工藝容差的模塊最有價值?，F(xiàn)在,美國硅谷在80年代出現(xiàn)無生產線（Fabless)公司的基礎上，90年代后期又出現(xiàn)了一些無芯片（Chipless）的公司,專門銷售IP模塊。
（3）模塊界面間的綜合分析技術,這主要包括IP模塊間的膠聯(lián)邏輯技術（gluelogictechnologies）和IP模塊綜合分析及其實現(xiàn)技術等。
微電子技術從IC向SOC轉變不僅是一種概念上的突破,同時也是信息技術新發(fā)展的里程碑。通過以上三個支持技術的創(chuàng)新,它必將導致又一次以系統(tǒng)芯片為主的信息技術上的革命。目前，SOC技術已經嶄露頭角，21世紀將是SOC技術真正快速發(fā)展的時期。
在新一代系統(tǒng)芯片領域，需要重點突破的創(chuàng)新點主要包括實現(xiàn)系統(tǒng)功能的算法和電路結構兩個方面。在微電子技術的發(fā)展歷史上,每一種算法的提出都會引起一場變革，例如維特比算法、小波變換等均對集成電路設計技術的發(fā)展起到了非常重要的作用,目前神經網絡、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構可以帶動一系列的應用,但提出一種新的算法則可以帶動一個新的領域,因此算法應是今后系統(tǒng)芯片領域研究的重點學科之一。在電路結構方面,在系統(tǒng)芯片中，由于射頻、存儲器件的加入，其中的電路結構已經不是傳統(tǒng)意義上的CMOS結構，因此需要發(fā)展更靈巧的新型電路結構。另外，為了實現(xiàn)膠聯(lián)邏輯（GlueLogic）新的邏輯陣列技術有望得到快速的發(fā)展,在這一方面也需要做系統(tǒng)深入的研究。
5微電子與其他學科的結合誕生新的技術增長點
微電子技術的強大生命力在于它可以低成本、大批量地生產出具有高可靠性和高精度的微電子結構模塊。這種技術一旦與其它學科相結合,便會誕生出一系列嶄新的學科和重大的經濟增長點，這方面的典型例子便是MEMS（微機電系統(tǒng)）技術和DNA生物芯片。前者是微電子技術與機械、光學等領域結合而誕生的，后者則是與生物工程技術結合的產物。
微電子機械系統(tǒng)不僅是微電子技術的拓寬和延伸,它將微電子技術和精密機械加工技術相互融合，實現(xiàn)了微電子與機械融為一體的系統(tǒng)。MEMS將電子系統(tǒng)和外部世界聯(lián)系起來，它不僅可以感受運動、光、聲、熱、磁等自然界的外部信號，把這些信號轉換成電子系統(tǒng)可以認識的電信號，而且還可以通過電子系統(tǒng)控制這些信號，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電系統(tǒng)。MEMS技術是一種典型的多學科交叉的前沿性研究領域，它幾乎涉及到自然及工程科學的所有領域，如電子技術、機械技術、光學、物理學、化學、生物醫(yī)學、材料科學、能源科學等〖3〗。
MEMS的發(fā)展開辟了一個全新的技術領域和產業(yè)。它們不僅可以降低機電系統(tǒng)的成本，而且還可以完成許多大尺寸機電系統(tǒng)所不能完成的任務。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)異及功能強大等傳統(tǒng)傳感器無法比擬的優(yōu)點,因而MEMS在航空、航天、汽車、生物醫(yī)學、環(huán)境監(jiān)控、軍事以及幾乎人們接觸到的所有領域中都有著十分廣闊的應用前景。例如微慣性傳感器及其組成的微型慣性測量組合能應用于制導、衛(wèi)星控制、汽車自動駕駛、汽車防撞氣囊、汽車防抱死系統(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、傷員救護；信息MEMS系統(tǒng)將在射頻系統(tǒng)、全光通訊系統(tǒng)和高密度存儲器和顯示等方面發(fā)揮重大作用；同時MEMS系統(tǒng)還可以用于醫(yī)療、光譜分析、信息采集等等。現(xiàn)在已經成功地制造出了尖端直徑為5μm的可以夾起一個紅細胞的微型鑷子，可以在磁場中飛行的象蝴蝶大小的飛機等。
MEMS技術及其產品的增長速度非常之高，目前正處在技術發(fā)展時期，再過若干年將會迎來MEMS產業(yè)化高速發(fā)展的時期。2000年，全世界MEMS的市場達到120到140億美元，而帶來的與之相關的市場達到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，其電路在今天看來是很簡單的，應用也非常有限，以軍事需求為主,但它的誘人前景吸引了人們進行大量投資，促進了集成電路飛速發(fā)展。集成電路技術的進步,加快了計算機更新?lián)Q代的速度，對CPU和RAM的需求越來越大,反過來又促進了集成電路的發(fā)展。集成電路和計算機在發(fā)展中相互推動，形成了今天的雙贏局面，帶來了一場信息革命?，F(xiàn)階段的微機電系統(tǒng)專用性很強，單個系統(tǒng)的應用范圍非常有限,還沒有出現(xiàn)類似于CPU和RAM這樣量大面廣的產品。隨著微機電系統(tǒng)的進步，最后將有可能形成像微電子技術一樣有廣泛應用前景的新產業(yè)，從而對人們的社會生產和生活方式產生重大影響。
當前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)理論與基礎技術方面取得突破性進展，使人們依靠掌握的理論和基礎技術可以高效地設計制造出所需的微系統(tǒng)；第二是找準應用突破口，揚長避短，以特別適合微系統(tǒng)應用的重大領域為目標進行研究,取得突破，從而帶動微系統(tǒng)產業(yè)的發(fā)展。在MEMS發(fā)展中需要繼續(xù)解決的問題主要有：MEMS建模與設計方法學研究；三維微結構構造原理、方法、仿真及制造；微小尺度力學和熱學研究；MEMS的表征與計量方法學；納結構與集成技術等。
微電子與生物技術緊密結合誕生的以DNA芯片等為代表的生物芯片將是21世紀微電子領域的另一個熱點和新的經濟增長點。它是以生物科學為基礎，利用生物體、生物組織或細胞等的特點和功能，設計構建具有預期性狀的新物種或新品系，并與工程技術相結合進行加工生產，它是生命科學與技術科學相結合的產物。具有附加值高、資源占用少等一系列特點，正日益受到廣泛關注。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，可以在指甲蓋大小的硅片上制作出包含有多達萬種DNA基因片段的芯片。利用這種芯片可以在極快的時間內檢測或發(fā)現(xiàn)遺傳基因的變化等情況，這無疑對遺傳學研究、疾病診斷、疾病治療和預防、轉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生物反應或施加電場等措施使一些特殊的物質能夠反映出某種基因的特性從而起到檢測基因的目的。目前Stanford和Affymetrix公司的研究人員已經利用微電子技術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）是生物學中最重要的一種物質，它包含有大量的生物遺傳信息，DNA芯片的作用非常巨大，其應用領域也非常廣泛：它不僅可以用于基因學研究、生物醫(yī)學等，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)，這樣該技術將廣泛應用到農業(yè)、工業(yè)、醫(yī)學和環(huán)境保護等人類生活的各個方面，那時，生物芯片有可能象今天的IC芯片一樣無處不在。
目前的生物芯片主要是指通過平面微細加工技術及超分子自組裝技術，在固體芯片表面構建的微分析單元和系統(tǒng)，以實現(xiàn)對化合物、蛋白質、核酸、細胞以及其它生物組分的準確、快速、大信息量的篩選或檢測。生物芯片的主要研究包括采用生物芯片的具體實現(xiàn)技術、基于生物芯片的生物信息學以及高密度生物芯片的設計、檢測方法學等等。
6結語
在微電子學發(fā)展歷程的前50年中，創(chuàng)新和基礎研究曾起到非常關鍵的決定性作用。而隨著器件特征尺寸的縮小、納米電子學的出現(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世紀后50年，展望21世紀前50年，即百年的微電子科學技術發(fā)展歷程，使我們深切地感受到，世紀之交的微電子技術對我們既是一個重大的機遇，也是一個嚴峻的挑戰(zhàn)，如果我們能夠抓住這個機遇，立足創(chuàng)新，去勇敢地迎接這個挑戰(zhàn)，則有可能使我國微電子技術實現(xiàn)騰飛，在新一代微電子技術中擁有自己的知識產權，促進我國微電子產業(yè)的發(fā)展，為迎接21世紀中葉將要到來的偉大的民族復興奠定技術基礎，以重鑄中華民族的輝煌！
參考文獻
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1.1中職學生主導地位不突出在維修電子教學過程中，教師一般會根據實際情況設置一些障礙，然后讓學生進行專業(yè)分析、排除風險、診斷故障、整合維修。但是，在這種情況下，中職學生的主導地位不突出，根本無法培養(yǎng)學生面對維修電子的獨立判斷能力和深入檢修能力，而且還很容易降低中職學生的實踐操作能力。
1.2理論與實踐脫節(jié)很多維修電子課程的專業(yè)教師不注重培養(yǎng)學生的實踐操作能力，進而造成了理論知識與實踐能力嚴重脫節(jié)的局面。對中職學生來說，僅注重理論知識的學習已經不能滿足社會的發(fā)展需求；再加上很多中職院校的師資力量出現(xiàn)斷層，不利于中職院校培養(yǎng)社會所需要的高素質應用型人才。
1.3無法及時反饋相關信息并做專業(yè)測評無法實時測評和反饋學生學習維修電子課程的進度。在實踐操作的過程中，學生是否真正掌握了維修電子的專業(yè)知識，并具有獨立操作能力，這些都是無法專業(yè)測評的。而學生對維修電子的反饋信息也無法及時傳遞給教師，這種單項溝通也在一定程度上制約了維修電子教學的發(fā)展。
1.4維修電子教學實驗設備不足維修電子的教學實踐活動往往會受實驗設備不足的影響。選擇以班級為單位的整體演示性操作模式，學生只是單純地看老師做實驗，自己很難進行專業(yè)操作，而教師也很難在維修電子教學過程中預測學生在操作時可能遇到的情況，無法有針對性的講解，無法讓學生深入了解維修電子的相關專業(yè)知識。
2理論與實踐相結合
中職教育與普通教學工作不同，它具有較強的職業(yè)性和針對性。它要求學生在學習課程期間，要具備相應的實踐能力，這樣進入社會后才能勝任崗位要求，進行專業(yè)操作。
2.1采用一體化的教學模式一體化教學模式是以電子維修課堂教學為主軸，輔助教學設施設備為載體，把電子維修的理論知識與實踐能力充分結合在一起，集視覺、聽覺、行動能力、較強的心理素質于一體，讓中職學生及時發(fā)現(xiàn)問題，及時提問、溝通，實現(xiàn)良好的雙向溝通，將實踐教學活動貫穿于整個電子維修過程中，形成全方位的教學模式。這種教學模式的出發(fā)點是讓中職學生的實踐能力得到提升，以實踐能力為主線，遵循客觀的教學規(guī)律，采取一體化的教學模式，充分利用各項教學資源，深入學習，提高中職學生維修電子的專業(yè)能力。
2.2實行“理論＋實踐”的考核模式中職院校的傳統(tǒng)考核模式側重于維修電子理論知識的培養(yǎng)，常常忽略了學生的實踐能力，這樣不利于提高學生的綜合素質，更不利于提高維修電子的教學質量，所以，這種新型的“理論＋實踐”對等的培養(yǎng)，激發(fā)了中職學生學習維修電子的興趣，也為學生樹立了學習的信心。在維修電子課程的考核過程中，“理論＋實踐”的考核模式——用專業(yè)知識引導實踐，用實踐操作能力鞏固理論知識，不僅可以激發(fā)學生的學習熱情，還提高了學生的維修電子實踐操作能力，更提高了學生的綜合素質。
2.3注重協(xié)作學習的培養(yǎng)協(xié)作學習是以學生之間的團隊協(xié)作能力為宗旨，根據學生的日常表現(xiàn)、學習成績、興趣愛好和技能水平，隨機將其分成專業(yè)的維修電子小組。教師可以以小組的實踐情況作為綜合測評，及時發(fā)現(xiàn)學生在操作過程中存在的不足，積極引導，正面回應。這樣不僅可以提高維修電子的教學質量，還提高了學生學習的積極性。
3結論
1.1中職學生主導地位不突出
在維修電子教學過程中，教師一般會根據實際情況設置一些障礙，然后讓學生進行專業(yè)分析、排除風險、診斷故障、整合維修。但是，在這種情況下，中職學生的主導地位不突出，根本無法培養(yǎng)學生面對維修電子的獨立判斷能力和深入檢修能力，而且還很容易降低中職學生的實踐操作能力。
1.2理論與實踐脫節(jié)
很多維修電子課程的專業(yè)教師不注重培養(yǎng)學生的實踐操作能力，進而造成了理論知識與實踐能力嚴重脫節(jié)的局面。對中職學生來說，僅注重理論知識的學習已經不能滿足社會的發(fā)展需求；再加上很多中職院校的師資力量出現(xiàn)斷層，不利于中職院校培養(yǎng)社會所需要的高素質應用型人才。
1.3無法及時反饋相關信息并做專業(yè)測評
無法實時測評和反饋學生學習維修電子課程的進度。在實踐操作的過程中，學生是否真正掌握了維修電子的專業(yè)知識，并具有獨立操作能力，這些都是無法專業(yè)測評的。而學生對維修電子的反饋信息也無法及時傳遞給教師，這種單項溝通也在一定程度上制約了維修電子教學的發(fā)展。
1.4維修電子教學實驗設備不足
維修電子的教學實踐活動往往會受實驗設備不足的影響。選擇以班級為單位的整體演示性操作模式，學生只是單純地看老師做實驗，自己很難進行專業(yè)操作，而教師也很難在維修電子教學過程中預測學生在操作時可能遇到的情況，無法有針對性的講解，無法讓學生深入了解維修電子的相關專業(yè)知識。
2理論與實踐相結合
中職教育與普通教學工作不同，它具有較強的職業(yè)性和針對性。它要求學生在學習課程期間，要具備相應的實踐能力，這樣進入社會后才能勝任崗位要求，進行專業(yè)操作。
2.1采用一體化的教學模式
一體化教學模式是以電子維修課堂教學為主軸，輔助教學設施設備為載體，把電子維修的理論知識與實踐能力充分結合在一起，集視覺、聽覺、行動能力、較強的心理素質于一體，讓中職學生及時發(fā)現(xiàn)問題，及時提問、溝通，實現(xiàn)良好的雙向溝通，將實踐教學活動貫穿于整個電子維修過程中，形成全方位的教學模式。這種教學模式的出發(fā)點是讓中職學生的實踐能力得到提升，以實踐能力為主線，遵循客觀的教學規(guī)律，采取一體化的教學模式，充分利用各項教學資源，深入學習，提高中職學生維修電子的專業(yè)能力。
2.2實行“理論＋實踐”的考核模式
中職院校的傳統(tǒng)考核模式側重于維修電子理論知識的培養(yǎng)，常常忽略了學生的實踐能力，這樣不利于提高學生的綜合素質，更不利于提高維修電子的教學質量，所以，這種新型的“理論＋實踐”對等的培養(yǎng)，激發(fā)了中職學生學習維修電子的興趣，也為學生樹立了學習的信心。在維修電子課程的考核過程中，“理論＋實踐”的考核模式——用專業(yè)知識引導實踐，用實踐操作能力鞏固理論知識，不僅可以激發(fā)學生的學習熱情，還提高了學生的維修電子實踐操作能力，更提高了學生的綜合素質。
2.3注重協(xié)作學習的培養(yǎng)
協(xié)作學習是以學生之間的團隊協(xié)作能力為宗旨，根據學生的日常表現(xiàn)、學習成績、興趣愛好和技能水平，隨機將其分成專業(yè)的維修電子小組。教師可以以小組的實踐情況作為綜合測評，及時發(fā)現(xiàn)學生在操作過程中存在的不足，積極引導，正面回應。這樣不僅可以提高維修電子的教學質量，還提高了學生學習的積極性。
3結論
1.1班級人數較多。大部分班級在45人左右，教師無法面面俱到，只能顧及少數同學，大部分同學只能處于跟隨的狀態(tài)，學習效果較差。
1.2課堂時間有限。課時安排有限，加之學生的接受能力較差，課堂教學推進緩慢，學生接受起來較為吃力，僅憑課堂上的45分鐘進行教學，如果班級有45個學生，教師進行逐個指導的話，每人才1分鐘，學生能學到什么，可想而知。
1.3學生學習興趣不高。學生學習興趣不高，主動性不夠，學習能力不強，只依靠老師講授，不愿意去學，是當前普遍存在于職業(yè)學校學生在學習電工電子技術課程時的問題，電工電子技術課程容量較大，涉及到的知識面較廣，而且有些內容層次較深。
1.4教學目標不能很好的完成。不少學生對電工電子技術課程基本知識的掌握不夠，思考問題解決問題的能力不足，學習的態(tài)度不夠端正，學習的方法存在著一定的偏差。而教育的過程是循序漸進的，需要教師和學生兩方面相配合。
1.5學生的心理情況。因為大部分學生在此前的學習過程中基本沒有接觸過電工電子技術的相關知識或者是根本沒有學習過相關課程。還有一部分學生的基礎知識很差，這就使得學生從心理上、思想上對這門陌生的課程有了畏難情緒，覺得這門課是一門難學的課程，吃力的課程，結果就會有厭學的情緒，從而不能深入的學習，最后的不良結果就是學不好這門課。
2微時代下“微教學”的現(xiàn)狀分析
目前來看，國內外對于微教學單元方面的研究多集中于課堂應用方面。
2.1從國內研究來看，吳玉龍在《“微教學單元”高職教學策略研究———以“知識點”和“技能點”》就針對高職科目中的微教學單元進行闡述。王世群在《“微波爐”加熱教育--微博在教學中的應用探析》一文中介紹了作者于實習期間在所處班級進行的微博實驗教學活動。
2.2從國外研究來看，R.W.Lucky于2010年發(fā)表的“ToTwitterOrNottoTwitter?”，用情境導入的方式，介紹了微博教育前景。KellyWalsh在文章“100WaystoTeachwithTwitter”中則花費了大量的精力總結他人的研究成果，列舉推薦關于微博教育應用的100多種方法?？v觀國內外的研究，學者都是將微教學單元側重于微博教學上。而對于電工電子技術課程的教學研究是將課堂的微教學與借助于移動互聯(lián)網平臺的現(xiàn)代網絡微教學相結合，更具有研究價值和實踐價值。
3“微教學”在電工電子技術課程中的作用研究
目前來看，職業(yè)學校的學生幾乎每個人都有一部手機，基本每部手機都正常上網，而且學生對于現(xiàn)代移動互聯(lián)網平臺工具的應用爐火純青，如何根據學生的實際情況，有效的借助于移動互聯(lián)網平臺，把“微教學”在電工電子技術課程中的教學與輔導作用有效的利用起來，擬從以下幾個方面構建微教學單元：
3.1微課堂：針對電工電子技術課程某一知識點，開展5~10分鐘的針對性攻略，讓學生在短時間內集中精力，展開學習。慢慢地，在課題研究的過程中，通過課堂實施總結出一套更加適合電工電子技術課程學生情況的教學方式。舉例：5分鐘時間，集中學極管的伏安特性，舉一反三，深入滲透。
3.2微辯論：針對電工電子技術課程教學，開展3分鐘微辯論，將學生分為正方與反方，鼓勵學生大膽發(fā)言。對于中職學生來說，他們的好勝心比較強，當被冠以“角色”的擔子，他們會積極準備，認真學習，參與微辯論。舉例：液晶電視與高清電視的區(qū)別在什么地方。
3.3微實訓：電工電子技術課程是一門實踐性很強的專業(yè)，因此，在教學中需要將理論與實踐相結合。在實踐教學上，我們就某一點知識，開展微實訓教學。舉例：就三極管開關電路實驗為標準，讓學生3人一組，組內進行實踐訓練。
3.4微競賽：可以就某一電路設計或者某一知識點進行微競賽，通過微競賽來提高學生的參與度，不僅考核學生的知識，更是讓學生感受到了學習的樂趣。與日常競賽不同，微競賽的重點在于知識趣味性。舉例：就三極管放大電路的安裝展開小組競賽，既有組內合作，也有組組之間競賽。
3.5微考核：在課堂上，就學生表現(xiàn)和教學進程進行階段性考核，這樣的考核一改傳統(tǒng)的“以考試成績?yōu)楹饬繕藴省钡姆绞?，隨時開展動態(tài)考核能夠讓學生隨時保持考核的狀態(tài)。舉例：針對二極管整流電路這一節(jié)內容，讓學生在課堂上做出一個整流電路的作品來，并檢驗其結果。
3.6微信圈：通過微博、微信等新媒體強化學生與教師、專家甚至企業(yè)家的溝通，通過媒體來獲取信息資源，在很大程度上可以開拓學生的視野。教師也通過微信圈及時的對學生做出的成績給予表揚，對學生還存在的問題給予糾正和點評。舉例：在13高職電子班建立微信圈，老師隨時發(fā)出問題，學生也可隨時和老師溝通。
4“微教學”在電工電子技術課程中研究目標
“微教學”在電工電子技術課程中的研究目標主要包括以下方面：
4.1培養(yǎng)學生學習電工電子技術課程的興趣。通過微教學單元在電工電子技術課程中的改革研究進一步提高學生參與電工電子技術課程學習的積極性，培養(yǎng)學生學習興趣，提高學生學習能力。一改傳統(tǒng)教學模式，讓學生能夠更主動投入到學習中去。
4.2提高學生電工電子技術課程的知識技能。通過微教學單元的構建，讓學生的實踐能力、團隊協(xié)作能力、溝通能力及技能水平等都有較大的提升，有效達到技能目標。這就要求教師針對具體的課程內容，從學生角度出發(fā)，針對學生在學習該課程中可能出現(xiàn)或已經存在的問題，最后要讓學生真正掌握并能有效的應用電工電子技術知識。
微電子論文3100字(一)：微電子控制機電設備在工業(yè)中的具體應用論文
摘要：在科學技術快速進步的背景下，工業(yè)自動化水平取得了比較明顯的提升，在機械制造方面表現(xiàn)的更加明顯，基于各種因素的影響，微電子技術得到了相對廣泛的應用?；诖?，本文詳細分析了微電子控制機電設備在工業(yè)中的應用，希望能夠為實際提供良好的借鑒意義，以供參考。
關鍵詞：微電子；機電設備；工業(yè)；應用探討
信息技術的發(fā)展以及先進電子設備的產生催生了機電一體化時代的到來，所謂的機電一體化技術是把電工電子技術、機械技術、信息技術、微電子技術、接口技術、傳感器技術、信號變換技術等一系列技術結合，再綜合應用于實際的綜合技術，現(xiàn)代化自動生產設備可以說為機電一體化的設備。微型計算機在機電一體化系統(tǒng)的作用能夠總結成如下三點：第一，直接控制機械工業(yè)生產過程；第二，機械工業(yè)生產期間加強各物理參數的自動測試，進行測試結果的顯示記錄，在計算、存儲、分析判定并處理測量參數或指標；第三，進行機械生產過程的管理與監(jiān)督。機電一體化系統(tǒng)里微電子控制機電設備怎樣進行適宜計算機選擇，怎樣設計硬件系統(tǒng)，怎樣組織軟件開發(fā)，怎樣對現(xiàn)有計算機系統(tǒng)等進行維護與使用是相當關鍵的，也是值得探索的
課題。
1微電子控制機電設備系統(tǒng)的組成和原理
在某微電子控制機電系統(tǒng)當中，主要是由PLC、管路壓力變送器、變頻器等多種設備組成的。在控制系統(tǒng)當中，管路壓力變送器主要是檢測控制輔助沖量、管路水壓、蒸發(fā)量等三個變量，接著將數據信號向PLC當中傳送，并且通過PLC進行分析和計算，將信號發(fā)送信號控制器，通過信號控制器來控制水泵運轉，在設計系統(tǒng)的過程中需要與實際情況合理的進行結合，并且對變頻器的輸出頻率進行確認，輸出頻率在整個系統(tǒng)設計過程中具有非常重要的意義，和系統(tǒng)的控制息息相關，在確定系統(tǒng)輸出頻率是需要綜合性的分析和考慮用水量以及揚程參數等。在整個系統(tǒng)當中控制流程的用水量變化，主要是通過壓力變送器向PLC傳送的通過PLC進行分析和計算，可以有效的調節(jié)循環(huán)泵的頻率，合理的分配能源，讓工作的效率提高，起到節(jié)約資源的
作用。
2微電子控制機電設備在工業(yè)中的具體應用
1）可編程序控制器（PLC）的應用。從PLC的角度進行分析，其主要優(yōu)勢在于具有很強的控制能力，而且穩(wěn)定性較高，機身體積相對較小，可以有效的和其他的配件進行組合。在工業(yè)生產的過程中，因為機電設備往往會占據一定的面積，如果想讓其廠房中的占比較高，就一定要注意讓廠房的空余面積加大，盡量讓控制器的數量減少，讓機電設備的數量增多，與此同時還需要注意PLC的節(jié)能性較高相比，其他的控制系統(tǒng)可以節(jié)約資源，讓工業(yè)生產的成本支出降低，讓企業(yè)的經濟效益增加，由于PLC設備可以有效的和其他設備之間進行組合，可以靈活方便的在廠房當中進行布設，讓一機多用?？梢詫崿F(xiàn)讓廠房的設備結構進一步得到簡化，對設備維護中耗費的人力物力進行控制，減少人力輸出，可以將人力有效的分配到工業(yè)生產當中，讓生產資料的利用效率提高。PLC的另一大優(yōu)勢在于可以通過現(xiàn)場總線和生產設備之間
進行連接，有效的監(jiān)控工業(yè)生產，可以動態(tài)化的監(jiān)控生產的全過程，確保在生產過程中，第一時間解決生產時產生的故障，避免由于機械故障而導致生產進度停滯，讓設備的維護開支得到控制，PLC的計算速度很快，可以輕松的對生產時的任何變動進行管理和控制，有效的防止由于設備變化控制器無法及時應對而產生的問題，PLC還可以進行相關的升級，伴隨當前經濟快速發(fā)展，就算生產線當中的產品產生了變動，只需要正確的調整，控制程序也可以符合新產品生產的具體需求。
相比于其他編程操作，PLC控制器在編程的過程中較為方便，員工通過短時間的訓練就可以熟練的掌握編程的技巧，在實際操作的過程中工作步驟相對較為簡單，可以很容易的掌握設備的維修安裝以及操作，由于PLC自帶程序編輯器只需要工作人員了解梯形語言，就可以對其進行熟練的掌握。對控制器的工作語言進行了解，當出現(xiàn)故障的時候可以及時的調整和處理控制器。
2）變頻器調速器的作用。變頻器工作狀態(tài)分作自動與手動兩類，手動工作狀態(tài)即在PLC結束工作后展開的人工操作行為，經電位器調節(jié)能對變頻器輸出頻率進行給定。自動工作狀態(tài)實質是PLC輸出信號為變頻器輸出頻率展開控制。和傳統(tǒng)調節(jié)閥控制方式相比，PLC控制可節(jié)電，更好進行水泵磨損控制，在延長設備壽命與實現(xiàn)系統(tǒng)自動化水平提升中發(fā)揮了重要作用。
第一，和傳統(tǒng)正弦波控制技術相比，因變頻器用到了電壓空間矢量控制技術，先進性和獨特性在性能上得到充分凸顯，同時因其特有的低速轉矩大、運行穩(wěn)定性強、諧波成分小等特征，這對我國電網而言輸出電壓自動調整功能能充分進行優(yōu)勢發(fā)揮。第二，變頻器具備外部端子、鍵盤電位器與多功能段子等一系列操作方式，功能完善，可輸入多種模擬信號（如電流、電壓、頻率等效范圍檢測，轉速追蹤等）；并且變頻器可實現(xiàn)擺頻運行與程序運行等一系列模式。第三，因變頻器全系列元件應用的是西門子產品，有極強的保護性能，可靠穩(wěn)定，能很好的避免過流、短路、過壓等問題，確保本機能正常運行。并且變頻器有良好的絕緣耐壓性，產品質量好，設定簡單等使得其有更強的適用性。
3）電路發(fā)揮的作用。在安裝PLC和變頻器的時候，保證電路的穩(wěn)定是保障工作的必要。電路在安裝過程中，應該采取邊安裝邊測電的方式，這樣更能使電流穩(wěn)定，這同樣屬于工作期間需引起重視的關鍵環(huán)節(jié)。在電路安裝完畢之后，不要急著通電，應該先再次檢查電路是否安裝正確，查看是否有少安裝或者多安裝的情況。另外，測量一下接觸元器件的連接點，這樣可以發(fā)現(xiàn)一些接觸不良的地方，若有漏電情況應該及時對此進行維修。電路在工業(yè)中也是起到了很大的作用，在安裝電路的時候，一定要小心謹慎，綜合考慮多方面因素，不要遺漏一些小問題，有時一些小問題也可能出大錯，保證電路的穩(wěn)定才能更好地協(xié)調其他設備的安裝穩(wěn)定。應認真復查電路，查看電路有無正確安裝，或存在設備多安裝或少安裝的現(xiàn)象，同時應認真檢測每個接觸元器件連接點，明確有無接觸不良或短路現(xiàn)象，若發(fā)生漏電務必要及時維修與處理。電路調試的具體流程總結如下：
第一，應認真查看明確電路整體狀況，了解電路面板線有無準確連接，有無看似連接實際并未連接的線，或易短路的線；是否存在兩條或多條線混淆的情況；此后，使用最小量程檔的萬用表對電路面板進行檢查，查看開路處和閉路處有無正確開路與閉路，地線是否漏接，電源連線連接的安全性等，同時需測量電源有無短路現(xiàn)象。測量期間可直接進行元器件連接點測量，如此可明確有無以上情況的同時又弄清楚是否存在接觸點不良現(xiàn)象。第二，電路調試過程的關鍵環(huán)節(jié)之一即硬件電路調試。調試期間務必要注意細小環(huán)節(jié)的把控，根據電路功能原理做好各個單元電路的調試，再作整體調試，后進行整個電路的調試。電路在工業(yè)生產里發(fā)揮的作用是相當大的，電路安裝過程里務必要綜合考量多方因素，認真謹慎，切不可遺漏或放過存在的小問題，確保電路穩(wěn)定性得到保障。
3結束語
微電子控制機電設備的組成包括變頻調速器、可程序控制器等，由于操作相對簡便、效果好，在工業(yè)中發(fā)揮了不可忽視的作用。微電子控制機電設備在實踐中不斷完善，將理論與實踐相互結合，明確各個方面的要點，有效提升生產效率，在工業(yè)領域發(fā)揮出最大化價值，推動社會進步和發(fā)展。推動電子設備的可持續(xù)發(fā)展也是當今社會經濟發(fā)展所提出的必然要走的道路，順應經濟發(fā)展的趨勢，才能不落后于其他國家的工業(yè)化改革。
微電子畢業(yè)論文范文模板(二)：關于現(xiàn)階段國家示范性微電子學院建設的幾點思考論文
[摘要]文章淺述了國家示范性微電子學院的建設背景及歷程。借鑒示范性軟件學院建設經驗并結合現(xiàn)階段浙江大學示范性微電子學院建設經驗，從學科劃分、考核體系、校企合作、平臺建設和國家支持等方面進行思考和總結，闡述如何圍繞“以人才培養(yǎng)為中心”和“產學協(xié)同育人”這兩個核心問題，進行國家示范性微電子學院建設。
[關鍵詞]示范性微電子學院；集成電路；人才培養(yǎng)；產學協(xié)同
[中圖分類號]G64[文獻標識碼]A[文章編號]2095-3437（2020）07-0001-04
回顧整個中國特色社會主義建設歷程，作為高等教育中至關重要的一部分，工程教育在國家現(xiàn)代化進程中發(fā)揮著不可替代的作用。在國家經濟改革和世界范圍產業(yè)變革的過程中，我國的工程教育也在不斷改革創(chuàng)新。從工程教育專業(yè)認證制度的建立，到PBL和CDIO理念的引入，實施卓越工程師計劃和建立國家示范性軟件學院、微電子學院，再到加入《華盛頓協(xié)議》和新工科的提出，中國的工程教育一直在實踐中發(fā)展。在中國工程教育改革中，2001年開始的國家示范性軟件學院建設作為教育改革的“示范區(qū)”，發(fā)揮著重要的作用。本文在借鑒示范性軟件學院十多年建設經驗的基礎上，結合現(xiàn)階段示范性微電子學院的建設情況，對2015年開始實施的國家示范性微電子學院建設進行思考與總結。
一、示范性微電子學院成立背景
21世紀初，信息化在世界范圍內開始普及，軟件產業(yè)在世界社會發(fā)展中的地位和重要性開始顯現(xiàn)。軟件產業(yè)作為當時的新興產業(yè)，呈現(xiàn)出向發(fā)展中國家大規(guī)模轉移的趨勢，國內外巨大的軟件市場導致對軟件從業(yè)人員需求量的劇增。國家從當時國內外行業(yè)背景及國家發(fā)展戰(zhàn)略出發(fā)，于2001年由教育部正式設立國家示范性軟件學院，首批試點35所（后增加至37所），均由國家重點高校負責建設；2004年教育部針對高職類學校又設立了36所高職示范性軟件學院。其后，各省、市結合自身地方產業(yè)成立了省級示范性軟件學院50多所，對軟件人才進行儲備。從2001年至今，示范性軟件學院經歷了十多年的建設與發(fā)展，在人才培養(yǎng)和產業(yè)促進上都取得令人矚目的成就。在此期間，我國的軟件產業(yè)獲得了長足的發(fā)展，其中尤以華為、阿里巴巴、百度、騰訊等互聯(lián)網企業(yè)為代表。
經過十多年的積累和追趕后，我國不但解決了軟件產業(yè)發(fā)展初期規(guī)模弱小、產業(yè)單一、人才技術短缺等諸多問題，而且在部分領域超過了發(fā)達國家，并形成了中國特色的“互聯(lián)網+”新型經濟模式。接下來，國家開始效仿軟件產業(yè)發(fā)展模式，對信息領域更基礎、更關鍵但更薄弱的“卡脖子”短板——集成電路產業(yè)發(fā)起沖鋒。特別是近年來，在國際貿易保護主義抬頭和美國對華貿易戰(zhàn)的背景下，從晉華、中興到華為、大疆，以集成電路為代表的高科技產業(yè)形勢尤為嚴峻，發(fā)展變得刻不容緩。
2014年國務院印發(fā)《國家集成電路產業(yè)發(fā)展推進綱要》（以下簡稱《綱要》），指出“集成電路產業(yè)是信息技術產業(yè)的核心，是支撐經濟社會發(fā)展和保障國家安全的戰(zhàn)略性、基礎性和先導性產業(yè)”?，F(xiàn)階段我國集成電路產業(yè)主要面臨核心技術缺乏、產業(yè)鏈不完善、資金投入不足、創(chuàng)新人才短缺4個核心問題。參考軟件產業(yè)發(fā)展模式，為解決集成電路產業(yè)4個核心問題中的人才短缺問題，示范性微電子學院應運而生。
二、示范性微電子學院的成立
《綱要》從組織領導、資金政策、金融稅收、人才保障等8個方面采取了保障措施，指出“加大人才培養(yǎng)和引進力度，建立健全集成電路人才培養(yǎng)體系，支持微電子學科發(fā)展，通過高校與集成電路企業(yè)聯(lián)合培養(yǎng)人才等方式，加快建設和發(fā)展示范性微電子學院和微電子職業(yè)培訓機構”。這是繼2011年國務院《進一步鼓勵軟件產業(yè)和集成電路產業(yè)發(fā)展若干政策》后，國家再次對高校示范性微電子學院建設提出的明確要求。
2014年教育部《關于試辦示范性微電子學院的預通知》。2015年六部委《關于支持有關高校支持建設示范性微電子學院的通知》（以下簡稱《通知》），明確支持清華、北大、浙江大學等9所高校建設示范性微電子學院，支持北京航空航天大學、南京大學等17所高?；I備建設示范性微電子學院，示范性微電子學院建設序幕自此開啟。
三、示范性微電子學院定位及現(xiàn)狀
《通知》指出：示范性微電子學院的建設要以人才培養(yǎng)為中心，深入開展產學合作協(xié)同育人，加快培養(yǎng)集成電路產業(yè)急需的工程型人才?？梢钥闯?，“以人才培養(yǎng)為中心”和“產學協(xié)同育人”是示范性微電子學院建設的兩個核心要求，“工程型”人才是示范性微電子學院培養(yǎng)人才的根本目標。
自2015年第一批示范性微電子學院成立至今，各個示范性微電子學院的建設歷程和辦學模式各不相同，有的是在原有信息學院或微電子學院的基礎上進行建設，有的是新設立微電子學院掛靠其他成熟學院運行，有的是整體新建并單獨運行。由于處于建設初期，不同學校都因地制宜、因時制宜地進行摸索，或大刀闊斧，或小步慢跑。目前，各個學校的微電子學院都在人才培養(yǎng)、師資規(guī)模、校企合作等方面都取得了一定的階段性成果。
與此同時，示范性微電子學院在建設的過程中，也都面臨一些共性的難題，如示范性微電子學院與一般學院的定位區(qū)別、如何進行“工程型”人才培養(yǎng)、如何擴大招生規(guī)模與影響、如何更好地與企業(yè)結合，以及如何對示范性微電子學院建設進行評價等，這些都是示范性微電子學院面臨或將要面臨的問題。
四、對示范性微電子學院建設的幾點思考
當然，示范性微電子學院建設也并非無樣板可以參考，2001年開始建設的示范性軟件學院就是很好的借鑒，特別是在辦學模式、人才培養(yǎng)、師資管理等諸多具體、常規(guī)問題上。然而，軟件行業(yè)和集成電路行業(yè)相差較大，而且當今的時代背景和2000年也完全不同，如何圍繞“人才培養(yǎng)為中心”“產學協(xié)同育人”這兩個核心來建設微電子學院，需要全體高等教育工作者進行與時俱進地思考和探索。本文從浙江大學（以下簡稱“浙大”）示范性微電子學院建設的實踐出發(fā)，分享一些經驗與思考。
（一）學科劃分與評估體系
學科劃分和評價問題是微電子學院建設能否成功的核心問題，關乎微電子學院的建設方向和結果。單獨的學科設置及評估體系，不僅能加強微電子學院的獨立性辦學，也能更有效地促進微電子學院建設的展開。
1.設置微電子一級學科
人才作為第一資源以及集成電路產業(yè)的核心，微電子學院成立的根本目的就是為產業(yè)培養(yǎng)急需的“工程型”人才。然而受招生名額等條件的限制，現(xiàn)階段我國高校每年培養(yǎng)的集成電路高級專業(yè)型人才不足萬人，而且缺口仍在擴大，可見，擴大集成電路招生名額勢在必行。以浙江大學為例，2014年以前學校集成電路每年碩士、博士的招生人數在30人左右，即使示范性微電子學院成立以后，新增了微電子本科專業(yè)，微電子學院每年本碩博招生也不足200人，以如此培養(yǎng)速度，根本不足以填補產業(yè)人才需求的缺口。由于我國大學招生名額是與學科劃分掛鉤的，這就涉及一級學科設置的問題。
目前，浙大微電子所在的一級學科是電子科學與技術，其下含有電路與系統(tǒng)、微電子學與固體電子學、電磁場與波、物理電子學四個二級學科，其中與微電子學院直接對應的兩個二級學科是：電路與系統(tǒng)、微電子學與固體電子學。研究領域分別對應集成電路的軟件部分和硬件部分，前者主要包括集成電路設計，后者主要涉及集成電路產業(yè)中的制造、封裝測試。
此外，微電子一級學科問題，除了與擴大招生名額相關外，也和微電子學院的建設成敗有關，因為這涉及微電子學院與高校原有信息學院的定位問題，以及在學校的學科地位問題。其實在建設示范性軟件學院時，由于學科劃分的問題，就存在著軟件學院與原有傳統(tǒng)計算機學院的“瑜亮之爭”，學科資源配置之爭。最終，2011年教育部將軟件工程提升為一級學科，這才在一定程度上解決了上述問題。從軟件學院的建設經驗來看，將微電子學與固定電子學、電路與系統(tǒng)等二級學科重整、提升為一級學科十分必要，且宜早不宜遲。
2.修訂學科評估體系
微電子學院建設要求以“人才培養(yǎng)為中心”，而傳統(tǒng)學科評估體系以“學科建設為中心”。因為“中心”的不一樣，在進行微電子學院建設時，學校在資源配置時就必須考慮效益比問題。如果微電子學院建設的投入無法對學校的學科發(fā)展形成促進作用，甚至因為分流限制了已有學科的建設，學校不僅不會支持微電子學院的建設，甚至可能還會限制其發(fā)展。因此，在現(xiàn)有學科評估體系下，示范性微電子學院很難做到完全以“教學”為中心，只能“教學科研”兼顧，最終微電子學院在很大概率上將會和傳統(tǒng)的信息學院同質化。上述情況在軟件學院建設時出現(xiàn)過，且仍未得到有效解決，這也是很多軟件學院選擇異地發(fā)展的原因，其目的是避免與本校原有的計算機學院分流資源。
在現(xiàn)有學科評估體系下，即使能做到以“教學”為中心，也很難滿足微電子學院“產學協(xié)同”的人才培養(yǎng)要求。因為現(xiàn)有學科評估體系偏向于理科化，重理論而輕實踐，無論是“教學”還是“科研”，學生注重“卷面”，教師注重“文章”。而微電子學院的建立要求緊貼產業(yè)，注重實踐，產學協(xié)同，因此培養(yǎng)“工程型”人才在現(xiàn)有體系下很難做到。
其實，2016年教育部提出新工科建設，其本質也是針對現(xiàn)有“理科化”學科評估體系與工科建設要求不相匹配的問題?？梢源竽懺O想對現(xiàn)有學科評估體系進行必要的改革，如對基礎性學科依舊使用現(xiàn)有“理科性”評估體系；對應用性學科，如新工科，則在原有的體系上建立新的“工科性”評估體系。這樣或許能從根本上改變我國“寫論文的太多，做應用的太少”、應用研究和理論研究比例失衡的現(xiàn)狀。為體現(xiàn)示范性，上述設想甚至可以率先在示范性微電子學院進行試點，實踐可行后再逐步推廣到新工科乃至其他工程性學科。
（二）師生考核體系
示范性微電子學院要求“堅持人才培養(yǎng)為中心”，在國家層面需要解決的是學科問題，具體到學校和學院操作時，就要考慮內部的考核與評價問題，其中主要涉及兩個方面，一是教師的考核，二是學生的考核。
1.教師考核體系
以人才培養(yǎng)為中心，要求教師的工作重心應該是教學，因此微電子學院教師在考核上應該與傳統(tǒng)學院有明顯區(qū)別，比如加大教學在考核中的比重。微電子學院培養(yǎng)的人才要強調工程性，所以在教學考核中，要突出工程實踐的教學內容。另外，在引進師資時，可以效仿軟件學院偏向引進有企業(yè)經驗或者工程項目經驗的教師，形成本校專職教師、企業(yè)兼職教師、適當比例外教的格局，這一點浙江大學微電子學院在人才引進時就尤為注重教師的行業(yè)或工程背景。
為了保證公平性，調動教師的積極性，可以實行聘崗制和聘期制，不同崗位考核不一樣、聘期不一樣，如在浙江大學，對不同類別的教師設置有：教學科研并重崗、工程教育創(chuàng)新崗、社會服務與技術推廣崗等，其中工程教育創(chuàng)新崗就是浙江大學針對工程教育改革新設置的崗位。
2.學生考核體系
微電子學院要培養(yǎng)“工程型”人才，因此針對學生的培養(yǎng)過程、考核過程、評價過程要緊緊圍繞“工程”來設置。微電子學院學生與傳統(tǒng)學生培養(yǎng)最本質的區(qū)別是“工程實踐”能力。在此之前，要提前區(qū)別一下其與動手能力的差別?！肮こ虒嵺`”能力與傳統(tǒng)工科學生在實驗室環(huán)境下的動手能力不同，是要在工業(yè)生產的背景下，通過“做中學”和“基于項目學習”，進而培養(yǎng)學生的“工程師式思維和行為”。這要求學校必須為學生提供企業(yè)的工程環(huán)境而非簡單的高校實驗室環(huán)境，兩者有著本質的區(qū)別。
正是因為微電子學院培養(yǎng)的人才需要工業(yè)生產背景，這就要求企業(yè)參與培養(yǎng)，這從源頭上保證了學生培養(yǎng)會緊貼產業(yè)。通過設置新的學生評價體系來保證和監(jiān)督學生“工程實踐”能力的獲得，這一點至關重要。也只有這樣，學生畢業(yè)后進入企業(yè)才能立即上手，無須企業(yè)的再熏陶和培訓。
浙江大學微電子學院對于學生“工程實踐”能力的培養(yǎng)是根據學生的不同階段分步進行的。首先，針對低年級的本科生，加大培養(yǎng)方案中實驗課程的比例和學分，以此來培養(yǎng)學生的“動手操作”能力。其次，對于高年級的本科生，則是通過到企業(yè)實習、參與導師企業(yè)課題（學業(yè)導師制）、科創(chuàng)實驗（SRTP）、參加創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)競賽等來初步熏陶學生的“工程實踐”能力。最后，到研究生階段，通過企業(yè)、導師聯(lián)合制定課題，學生選題并到企業(yè)培養(yǎng)或參與企業(yè)橫向課題等方法來完成“工程能力”的塑造。
（三）校企合作
校企合作是微電子學院建設的重點也是難點之一。傳統(tǒng)高校教學以學校為主，這在一定程度上導致了高校研究與產業(yè)發(fā)展脫節(jié)、高校培養(yǎng)的學生與企業(yè)需求脫節(jié)。高等工程教育改革的目的之一就是如何將高校與企業(yè)聯(lián)系緊密，互相促進，“如何引入企業(yè)參與到高校的人才培養(yǎng)”，從而達到“產學協(xié)同”。
校企合作的目的是互利共贏。中國高校以育人為宗旨，具有一定的公益性，而企業(yè)以利益為根本，公益性只是其附帶屬性，只投入不計回報的企業(yè)少之又少。如何讓兩個不同的主體做到有機結合，使得“企業(yè)愿意參與，高校愿意放開”是困難所在。從需求來看，高校育人，企業(yè)用人，高校和企業(yè)合作的紐帶在人——學生，解決好“如何以學生為紐帶將企業(yè)和高校緊密聯(lián)系在一起”是校企合作的關鍵所在。
從軟件學院的經驗看，多是通過校企理事會、共建實驗室和實踐基地、共建師資隊伍、共設課程等方式來開展校企合作。無論是以何種合作方式，想要長久有效就必須做到互惠互利，純粹的一方投入不可持續(xù)。從浙江大學專業(yè)學位研究生的培養(yǎng)經驗來看，比較有效的手段之一是：通過導師與企業(yè)的橫向合作為依托，以項目的形式將學生的培養(yǎng)參與其中。這是一種“基于項目的培養(yǎng)模式”，企業(yè)提出技術需求和課題資金，學校再給予學生名額、教學工作量等支持。通過一個個的具體項目，將學校、學生、企業(yè)串聯(lián)起來，形成規(guī)模效應后再以創(chuàng)建聯(lián)合實驗室、研發(fā)中心、實踐基地等方式進行深化。浙江大學成立工程師學院就是希望從學校層面來推進和引導校企合作。此外，不同地區(qū)的微電子學院在專業(yè)設置上也應針對當地企業(yè)需求開設專業(yè)，面向企業(yè)培養(yǎng)人，甚至可以對重點企業(yè)進行定向培養(yǎng)，吸引企業(yè)深度參與學院建設。
校企合作不僅僅是學校和企業(yè)的問題，政府的作用也尤為重要，因為政府掌握著核心的生產資料和分配政策。比如政府在審批、稅收減免、經濟補助、教育資金、就業(yè)引導等各方面都能非常有效調動企業(yè)和高校的積極性，促進雙方的結合。日本20世紀70年代半導體產業(yè)的興起，就是通過高校（實驗室）、企業(yè)、政府三方的共同發(fā)力，成立“VLSI技術研究組合”，從而打破美國的壟斷。20世紀80年代韓國三星的崛起也與韓國政府的大力扶持密不可分，所以在這一點上值得我們國家借鑒和學習。
（四）硬件建設及平臺共享
集成電路產業(yè)人才培養(yǎng)對硬件設施要求極高，這是其與軟件產業(yè)最大的不同之一。如小型工藝操作、流片、實訓等都需要高昂硬件和財力的支撐，因此微電子學院建設要格外重視大型共享平臺建設，并以共享平臺建設為契機將校企合作、校地合作、學生實踐培養(yǎng)進行有機連接。然而一般平臺投資都十分巨大，很難靠一己之力來進行建設，如浙江大學微納加工中心一期投入6000萬、工程師學院微電子實訓平臺投入近3500萬，紹興微電子研究中心投資近1億。微電子學院建設更應注重開放式辦學，嘗試通過國家出資、政府出地、企業(yè)出技術、學校出人等多重模式，把握本地發(fā)展機遇以產業(yè)園、孵化器、共享平臺的形式來共贏發(fā)展。
（五）國家和學校支持
從軟件學院的建設經驗來看，建設成功與否與國家和學校的支持息息相關。因為軟件學院建設經費自籌，所以從建立之初，就面臨著資金的壓力。從十多年后的評估結果來看，發(fā)展得好的軟件學院與學校的長期支持密不可分；純粹依靠企業(yè)、學費等來進行市場化運作則很難實現(xiàn)。以浙江大學軟件學院為例，軟件學院之所以能在寧波辦學，首先與寧波市政府給予啟動資金、場地、師資、經費等全面的支持分不開，此外，與浙大持續(xù)的師資、運營等投入也密不可分，可以說寧波市政府和浙大的支持二者缺一，浙大軟件學院就不會有今天的規(guī)模。從產業(yè)性質來看，因為集成電路行業(yè)對硬件的要求要比軟件行業(yè)高很多，這就決定了微電子學院的硬件投入要比軟件學院投入要大得多，所以微電子學院勢必更需要從國家、從學校爭取更多可持續(xù)的資金，如專項經費、低息貸款等，這樣才有可能實現(xiàn)跨越式的發(fā)展。
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