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關鍵詞：量子阱；器件；紅外探測器；激光器；
1 引言
量子阱器件，即指采用量子阱材料作為有源區的光電子器件，材料生長一般是采用MOCVD外廷技術。這種器件的特點就在于它的量子阱有源區具有準二維特性和量子尺寸效應。二維電子空穴的態密度是臺階狀分布，量子尺寸效應決定了電子空穴不再連續分布而是集中占據著量子化第一子能級，增益譜半寬大為降低、且價帶上輕重空穴的簡并被解除，價帶間的吸收降低。
2 量子阱器件基本原理
2.1 量子阱基本原理[1]
半導體超晶格是指由交替生長兩種半導體材料薄層組成的一維周期性結構.以GaAs／AlAs半導體超晶格的結構為例:在半絕緣GaAs襯底上沿[001]方向外延生長500nm左右的GaAs薄層，而交替生長厚度為幾埃至幾百埃的AlAs薄層。這兩者共同構成了一個多層薄膜結構。GaAs的晶格常數為0.56351nm，AlAs的晶格常數為0.56622nm。由于AlAs的禁帶寬度比GaAs的大，AlAs層中的電子和空穴將進入兩邊的GaAs層，“落入”GaAs材料的導帶底，只要GaAs層不是太薄，電子將被約束在導帶底部，且被阱壁不斷反射。換句話說，由于GaAs的禁帶寬度小于AlAs的禁帶寬度，只要GaAs層厚度小到量子尺度，那么就如同一口阱在“吸引”著載流子，無論處在其中的載流子的運動路徑怎樣，都必須越過一個勢壘，由于GaAs層厚度為量子尺度，我們將這種勢阱稱為量子阱.
當GaAs和AlAs沿Z方向交替生長時，圖2描繪了超晶格多層薄膜結構與相應的的周期勢場。其中a表示AlAs薄層厚度(勢壘寬度)，b表示薄層厚度(勢阱寬度)。如果勢壘的寬度較大，使得兩個相鄰勢阱中的電子波函數互不重疊，那么就此形成的量子阱將是相互獨立的，這就是多量子阱。多量子阱的光學性質與單量子阱的相同，而強度則是單量子阱的線性迭加。另一方面，如果兩個相鄰的量子阱間距很近，那么其中的電子態將發生耦合，能級將分裂成帶，并稱之為子能帶。而兩個相鄰的子能帶
之間又存在能隙，稱為子能隙。通過人為控制這些子能隙的寬度與子能帶，使得半導體微結構表現出多種多樣的宏觀性質。
2.2 量子阱器件[2]
量子阱器件的基本結構是兩塊N型GaAs附于兩端，而中間有一個薄層，這個薄層的結構由AlGaAs-GaAs-AlGaAs的復合形式組成，。
在未加偏壓時，各個區域的勢能與中間的GaAs對應的區域形成了一個勢阱，故稱為量子阱。電子的運動路徑是從左邊的N型區(發射極)進入右邊的N型區(集電極)，中間必須通過AlGaAs層進入量子阱，然后再穿透另一層AlGaAs。
量子阱器件雖然是新近研制成功的器件，但已在很多領域獲得了應用，而且隨著制作水平的提高，它將獲得更加廣泛的應用。 3 量子阱器件的應用
3.1 量子阱紅外探測器[3]
量子阱紅外探測器(QWIP)是20世紀90年展起來的高新技術。與其他紅外技術相比，QWIP具有響應速度快、探測率與HgCdTe探測器相近、探測波長可通過量子阱參數加以調節等優點。而且，利用MBE和MOCVD等先進工藝可生長出高品質、大面積和均勻的量子阱材料，容易做出大面積的探測器陣列。正因為如此，量子阱光探測器，尤其是紅外探測器受到了廣泛關注。
QWIP是利用摻雜量子阱的導帶中形成的子帶間躍遷，并將從基態激發到第一激發態的電子通過電場作用形成光電流這一物理過程，實現對紅外輻射的探測。通過調節阱寬、壘寬以及AlGaAs中Al組分含量等參數，使量子阱子帶輸運的激發態被設計在阱內(束縛態)、阱外(連續態)或者在勢壘的邊緣或者稍低于勢壘頂(準束縛態)，以便滿足不同的探測需要，獲得最優化的探測靈敏度。因此，量子阱結構設計又稱為“能帶工程”是QWIP最關鍵的一步。另外，由于探測器只吸收輻射垂直與阱層面的分量，因此光耦合也是QWIP的重要組成部分。
3.2 量子阱在光通訊方面的應用
光通信是現代通信的主要方式，光通訊的發展需要寬帶寬、高速、大容量的光發射機和光接收機，這些儀器不僅要求其體積小，質量高，同時又要求它成本低，能夠大規模應用，為了達到這些目的，光子集成電路(PIC’S)和光電子集成電路(OEIC’S)被開發出來。但是，通常光子集成電路和光電子集成電路是采用多次光刻，光柵技術、干濕法腐蝕技術、多次選擇外延生長MOCVD或MBE等復雜工藝，從而可能使銜接部位晶體質量欠佳和器件間的耦合效率低下，影響了有源器件性能和可靠性。
近20年來發展了許多選擇量子阱無序或稱之為量子阱混合(QWI)的新方法，目的在于量子阱一次生長(MOCVD-QW)后，獲得在同一外延晶片上橫向不同區域具有不同的帶隙、光吸收率、光折射率和載流子遷移率，達到橫向光子集成和光電子集成的目的，這樣就避免了多次生長和反復光刻的復雜工藝。
4 結語
半導體超晶格和量子阱材料是光電材料的最新發展，量子阱器件的優越性使得它活躍在各種生產和生活領域。目前，在光通信、激光器研制、紅外探測儀器等方面，量子阱器件都得到了廣泛的應用。隨之科學技術的不斷進步，我們相信，半導體超晶格和量子阱材料必然在更多領域發揮其獨特的作用。
參考文獻：
[1]陸衛，李寧，甄紅樓等．紅外光電子學中的新族—量子阱紅外探測器［J］．中國科學，2009，39(3)：336～343．
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關鍵詞：精密與特種加工；機械制造；強化實踐；教學改革；激光切割機
中圖分類號：G642.0 文獻標識碼：A 文章編號：1674-9324（2012）07-0103-02
制造業是全面建設小康社會的支柱產業，是國家高新技術產業的基礎和國家安全的重要保障。而精密與特種加工，是保障制造業高水平持續快速發展的基礎。本門課程屬普通工科類高等院校開設的基本課程。通過調查研究發現，開設這門課程的學校基本以課堂講述為主，學生基本只能從黑板上了解精密與特種加工，即使開設了部分精密與特種加工方面的實驗課程，也因實驗成本高昂，變成演示性和參觀性的。這大大妨礙了學生對精密與特種加工含義的理解和認識。在這方面國內很多高校進行了相關的研究工作，如長沙理工大學對特種加工的教學課改、江蘇大學在特種加工實習方面的改革等。顯然，這種以課堂灌輸為主的教學方式，已不能適應研究型大學以培養學生自主創新素質為基礎的理念。因此，開展對《精密與特種加工》課程教學體系的革新，是值得探索的重要課題?！毒芘c特種加工》程一方面要使學生能在總體上了解精密與特種加工實現的基本原理、技術關鍵等，同時培養學生綜合應用各學科知識去建立數字化、集成化、智能化、精密化的思維與理念，從而突破傳統制造業的設計思想和制造方式，并進一步加強學生的實驗動手能力。因此，本文主要是探討一種能夠充分發揮學生學習主動性和積極性的教學方法、探討一種可以允許學生親自動手進行實驗操作的、實驗成本又不是很高的實驗輔助教學體系，在高等學校專業方向教學方面，應該有推廣應用的前景。
一、課程的基本內容框架
《精密與特種加工》課程立足于機械制造及自動化專業的基本特點，在概括介紹先進制造理念的基礎上，重點介紹精密與特種加工工藝技術，包括：超精密切削加工、電火花成形、電化學加工、高能束加工、超聲波加工、快速成形及其它現代成形加工方法?！毒芘c特種加工》課程共40課時，建設思路將采用課堂教學（26時）和實踐環節教學（14時）的時間安排模式。即增加實踐環節教學的比重，所有加工方法都安排相應的實踐環節。教師是課程組織者，而學生成為課程實施的主體，充分發揮學生的創造性和想象力，以學生為主組織教學。因此，提出新的課程基本理論框架包括如下內容：
1.超精切削加工，講述6課時。主要講述三大系統、六大模塊。三大系統主要包括超精密切削加工機理、精密切削機床和金剛石刀具；六大模塊包括精密主軸部件、精密導軌部件、進給驅動系統、精密測量技術、誤差補償技術和環境控制。
2.電火花成形，講述4課時。重點講述電火花加工的機理、電火花加工中的基本工藝規律和電火花加工機床的組成。其中，電火花加工機理是其核心內容，通過形象的動畫予以描述，增加學生更進一步的認識。
3.電化學加工，講述4課時。主要包括電解加工、電鍍、電刷鍍、復合鍍等內容。重點講述電解加工中的電解加工機理和基本規律、電解加工設備、電解加工工藝。最后通過現實中電解加工的應用開展實例教學。
4.高能束加工，講述4課時。該章主要包括三種高能束加工方法：激光束加工、電子束加工和離子束加工。講述中重點介紹激光束加工中的切割、焊接、打孔、熱處理技術及其它新應用。結合目前工程中的實際應用，通過實例和視頻讓學生有更加直觀的認識。
5.超聲波加工，講述2課時。主要介紹超聲波加工的機理、超聲波加工的設備及構成。在此基礎上，通過視頻形象地表達各領域中對超聲波加工的應用。
6.快速成形，講述4課時。快速成型技術帶來了制造方式的變革，采取分層—疊加（離散—堆積）的制造方式。本章重點講解快速成型的四中類型：光固化成形、疊層實體制造、選擇性激光燒結、熔融沉積造型。
7.新型前沿制造技術，講述2課時。主要介紹目前國際前沿的加工方法，如光刻技術、掃描探針納米加工技術等。
二、實驗平臺的體系結構
針對《精密與特征加工》課程的內容框架，在注重加工基本原理的前提下，結合實驗室現有加工設備，整合一套精密與特種加工實驗平臺，主要與上述課堂教學相對應。實驗平臺的體系結構和相應課時分配情況如圖1所示，每一種加工方法通過2課時的實驗讓學生分組進行實際操作，鍛煉其動手能力和對加工方法的進一步認識。
圖1?搖實驗平臺及課時分配
實驗流程如圖2所示。在開展實驗的過程中，首先實驗老師簡要回顧課堂內容，對實驗內容進行演示。然后通過分組，使同學們自己安排實驗方案、設備操作和樣品加工。最后由實驗老師對學生的操作和制備的樣品進行考評，并指出實驗過程中關鍵問題。
圖2?搖實驗過程示意圖
三、強化實踐的教改實例
教學活動中，注重強調學生自由發散思維的培養，鼓勵學生大膽地想，細心地做。提出問題，交由學生找出問題解決的方案、圖紙、程序，然后進行論證，最后進行實施，直到拿出最終的有形產品。下面以激光加工為例對實施方案進行了概括。激光切割機系統采用Windows XP作為操作平臺，造型軟件為AutoCAD，成形材料為各種厚度的金屬板材，刀具是無形的聚焦激光束。激光切割的原理是激光輻射加熱工件表面，表面熱量通過熱傳導向內部擴散，通過控制激光脈沖、重復頻率等參數，使工件熔化，形成特定的熔池。實驗成本不高，保證了教學改革實施的持續性。精密與特征加工是一門理論與實踐結合性很強的課程，本文研究基于實驗平臺的強化實踐教學改革方法，實踐表明學生學習的積極性、主動性有了極大提高，動手能力和創新能力得到了進一步加強。
參考文獻：
[1]毛聰，郭克希，李旭宇，李河清.特種加工課程教學改革研究與實踐[J].理工高教研究，2010，（1）：134-136.
[2]任旭東，張永康，姜銀方，馮愛新.特種加工實驗教學改革與實踐[J].安徽工業大學學報，2008，（4）：109-110.
什么是電容感應
電容感應技術是一個非常傳統的技術,這種技術主要是依靠計時器通過外部RC充放電路形成一個固有頻率的脈沖,一個簡單的單片機監視著這個脈沖頻率是否發生變化從而做出反應。
自電容觸摸屏中,透明導電膜被完全分割成在一個或者兩個涂層中的電極島。單層涂層時,每個電極島都引出一條細線直通控制器;雙層涂層時,電極島按照互補的排列設計為兩層,有一半電極島在一層按行串通為行電極,另一半電極島在另一層按列接通為列電極。自電容觸摸屏控制器每次只檢測某一行或某一列,也就是只檢測一個獨立的電極。當只有一個單獨的手指觸摸時,會表現不錯,手指觸摸(2,0)坐標點,X2電極和Y0電極立刻感知到最大的電容變化值,觸摸被發現且觸摸點的粗略位置被確定。
投射電容觸摸屏只能使用手指觸摸,因此雖然電極島在5mm大小,但對于手指這樣的大觸摸物也足以應付。此后,在檢測到觸摸后,通過鄰近電極的電容變化及比例關系,投射電容觸摸屏可以精確定位觸摸點的位移。
單涂層自電容觸摸屏需要大量的引線――每個電極島需要單獨引線直接連接到控制器;雙涂層自電容觸摸屏通過矩陣方式相對解決了引線過多的問題:通常一個3.5英寸的智能手機觸摸屏可能有9列16行,采用雙涂層方式共需引入到控制器25根引線,而如果采用單涂層方式則需144根引線,這還只是3.5英寸。
但是,由于一次只檢測一條獨立的電極,雙涂層矩陣模式的自電容觸摸屏無法分辨多點觸摸時的詭點。然而這個缺點并沒有妨礙自電容技術在多點觸摸的應用,這個秘密在于軟件――軟件不使用非明確的點作為定位,而是通過點的走勢確定多點手勢。在這種情形下,它不介意4點產生是由于哪2點觸摸而導致的,只要坐標點在互相遠離或者互相走近,就可以實現縮放手勢的識別。
互電容模式
投射電容目前更常見的類型為“互電容”,該類型支持真多點,有更高的透光率,還能提高分辨率和抗電磁干擾能力?；ル娙菽Ｊ降募夹g原理在于絕大部分的傳導物體當他們靠的相當近的時候會產生電荷,這時如果另外一個傳導物體,比如手指,靠近前兩個傳導物體時,因為人體吸走一些電荷,兩個傳導物體間電荷場會發生變化。
在互電容觸摸屏里,透明導電膜是分布在兩層的行、列電極。因為每一行與每一列的交叉位置可以觸發一個獨立的觸摸,互電容觸摸屏的控制器可以分別計算多個觸摸點的位置,這個是互電容觸摸技術的主要優勢來源,它能感應在屏幕上的每一個坐標范圍內的點擊。
由于自電容與互電容這兩種電容技術都依賴于人體電容與電極之間的電荷交換,這種電容傳感技術的模式也被稱為“電荷交換”。
在這個目前最薄的投射電容設計中,每一層采用積層濺射的工藝基于兩層透明導電層的投射電容的基本原理,設計上可以作出各種變化。例如,用超微細(10μm)電線可以替代某層從而少濺射一層ITO。目前市面上的絕大多數手機和簽名采集板在不同PET層上鍍的ITO,此外常見的觸摸屏也是使用雙面鍍層或在兩層基板上單面鍍層的ITO鍍層玻璃。
關鍵詞：新課程；高中物理；教師；教法
中圖分類號：G633.7 文獻標識碼：A 文章編號：1992-7711（2016）06-0028
一、高中物理新課程的特點
新課程內容改變了過去“難、繁、偏、舊”和過于注重書本知識的現狀，加強了課程內容與學生生活以及現代社會與科技發展的聯系。其主要特點有：
1. 強調從生活走進物理，從物理走向社會，注重保護探索興趣
例如，每章都有精彩的導入，旨在吸引學生的學習興趣。這些導入有的淺顯易懂、幽默風趣，引導學生在輕松的氛圍中進入物理學習；有的高度概括，從科學技術的現代應用開始，啟發學生思考；有的則從身邊的生活現象出發，指導學生從不起眼的小事思考物理學的問題；有的導入展示了大自然的奇妙，激發了學生的好奇心，使之產生學習興趣；有的則從物理學史的角度將學生引入課堂。教材充分考慮高中學生的認知特點，關注學生的學習興趣和生活經驗，加強物理學與生活、生產的聯系。這一方面讓學生感受到物理學就在身邊，物理學融進了我們的生活，物理學對社會發展有巨大的推動作用，同時也培養了學生善于觀察、樂于探究、注意從身邊現象探索物理規律、注重將物理知識與生活實踐相聯系的興趣與能力。
2. 強調基礎知識的學習，注重物理學核心概念的建立
教材繼承了我國物理教材的優勢，強調教材的科學性、嚴謹性，注重教材知識結構的邏輯性、循序漸進，注重內容表述言簡意賅、條理分明、深入淺出。這充分體現了“知識與技能”的培養目標。
3. 強調知識的構建過程，注重培養物理實驗、科學探究能力
教材體現于對學生探究能力的培養。從整體結構上為學生的自主發展留下了空間，非常注重學生實驗、演示實驗、有趣的小實驗和低成本實驗的引入，這不僅讓學生學到物理知識，而且還讓他們經歷一些探究過程，學習科學探究的方法，提高自主學習能力。由此可以看出，物理新課程旨在提高學生的科學素養。現代科學知識發展的日新月異，教師不可能在學校教育時間里，把物理學的事實和原理都傳授給學生。但是讓學生理解了科學的過程，就能夠使學生更好地依靠自己主動獲取科學知識。
二、新課程背景下高中物理教師如何教
1. 激發學生的學習興趣
教育的藝術是使學生喜歡你教的東西，興趣是最好的老師，學好物理學主要是要培養學生的興趣。靠什么來培養學生的興趣呢？不是從物理學之外的東西，而是要靠物理學本身的魅力來感動學生。物理學是非常吸引人的，可是很多學生感覺物理學非?？菰?，主要是沒有真正體會到物理學的魅力，或者是他不懂，只能是背公式，越學越苦惱，要讓學生有興趣，需要讓學生真正理解到物理學的精髓，這就要靠教師用自己的科學激情去點燃學生熱情的火花。
2. 培養學生的科技意識
物理是一門歷史悠久的自然學科，隨著科技的發展、社會的進步，物理已滲入到人類生活的各個領域。在現代科技發展和科技教育中，增強學生的科技意識，提高學生對科學技術是第一生產力的認識，物理起著至關重要的作用。物理學推動了20世紀科學技術的高速發展，人類社會在科技進步上經歷了一個又一個劃時代的變革。電氣化時代、原子時代、激光技術的廣泛應用、以現代計算機為基礎發展起來的信息時代、離子注入、雷射退火、盧瑟福背景散射譜、俄歇電子譜、X射線發光光譜、二次發射離子質譜以及高分辨的電子刻蝕、同步輻射光刻，哪一樣不是從物理學各分支的實驗室里移植到工業上去的！科技意識的培養可以激發學生的學習興趣，開闊學生的視野，為他們將來的學習、工作打下良好的基礎。物理學中“科技”的內容隨處可見，因此要充分發揮課堂教學的主渠道作用，結合具體的教學內容，及時、有意識、有機地滲透科技意識的教育。物理課外活動也是加強對學生進行科技知識和科技意識教育的重要陣地。與課堂教學相比，課外活動具有更大的靈活性和選擇性，如科技小制作、指導學生閱讀科普讀物、舉辦科普知識講座、組織社會調查活動等。
3. 引導學生深入理解物理概念、物理規律并學會建立物理模型
在高中各學科中，物理應該是學生最頭疼的一個學科，它不僅要求學生要理解抽象的物理概念及物理規律，還要有運用數學知識處理物理問題的能力。如何理解物理概念及物理規律呢？在教學中運用恰當的例子，更重要的是要充分利用教材中的典型運動，如豎直上拋運動、平拋運動、勻速圓周運動等。在考試中如果分析出某道題是平時做題中的某個模型，那么我們就很容易找到解決這道題的解法。
4. 鼓勵學生熟讀教材，提高研讀教材的能力
在平時的教學中，通過課后的限時訓練發現，學生只注重物理概念、物理規律的記憶以及生搬硬套公式，不能仔細研讀教材，以至于在訓練題中出現的一段教材文字學生都不知道。所以，我們物理教師在平時的教學中一定要引導學生仔細研讀教材，深入挖掘教材中的每一段文字，找出其中的知識點，不斷提高學生深入研讀教材的能力。
關鍵詞 應用型人才 集成電路工藝基礎 實驗教學
中圖分類號：G424 文獻標識碼：A DOI：10.16400/ki.kjdkz.2016.01.047
The Research of Experimental Teaching on "Integrated Circuit
Process Foundation" in Independent College
WEN Yi， HU Yunfeng
（University of Electronic Science and Technology of China， Zhongshan Institute， Zhongshan， Guangdong 528402）
Abstract Combining electronic science and technology applied talents training model in independence colleges， the experimental teaching was discussed on the "integrated circuit process foundation" course. The course was composed of simulation multimedia teaching system， basic semiconductor planar process experiment， process simulation software and school-enterprise cooperation. With the author's teaching practice， the enthusiasm of students was trying to effectively mobilized， and the development of students' learning ability and practical ability to train qualified electronic information applied talents was promoted.
Key words applied talents; integrated circuit process foundation; experimental teaching
0 引言
微電子技術和產業在國民經濟中具有舉足輕重的地位。高校的電子科學與技術專業以培養微電子學領域的高層次工程技術人才為目標，學生畢業后能從事電子器件、集成電路和集成系統的設計和制造，以及相關的新技術、新產品、新工藝的研制與開發等方面工作。
“集成電路工藝基礎”是電子科學與技術專業的一門核心課程，講授半導體器件和集成電路制造的單項工藝基本原理和整體工藝流程。本課程是電子科學與技術專業課程體系中的重要環節，也是學生知識結構的必要組成部分。通過本課程的學習，學生應該具備一定工藝分析、設計以及解決工藝問題的能力。
集成電路工藝實驗作為“集成電路工藝基礎”課程的課內實驗，是電子科學與技術專業的專業課教學的重要組成部分，具有實踐性很強、實踐和理論結合緊密的特點。加強工藝實驗教學對于培養高質量的集成電路專業人才十分必要。但是集成電路的制造設備價格昂貴，環境條件要求苛刻，限制了工藝實驗教學在高校的開展。國內僅少數重點大學能夠承受巨大的運營費用，擁有簡化的集成電路工藝線或工藝試驗線供科研、教學使用。而大多數學校只能依靠到研究所或Foundry廠進行參觀式的實習來解決工藝實驗問題，這對于學生實踐能力的培養是遠遠不夠的。
我院電子科學與技術專業成立于2003年，現每屆招收本科生約120人，多年內為珠三角地區培養了大量專業人才。隨著集成電路技術日新月異的發展，對從業人員的要求也不斷升級，所以工藝實驗教學也必須與時俱進。作為獨立學院，如何結合自身實際地進行工藝實驗室建設、采用多種方法手段開展工藝實驗的教學，提高集成電路工藝課程的教學質量，是我們所面臨的緊迫問題。本文以“集成電路工藝基礎”實驗教學實踐為研究對象，針對獨立學院學生理論基礎較為薄弱，動手熱情比較高的特點，就該課程教學內容和教學方式進行了探討。
1 “集成電路工藝基礎”的實驗教學
“集成電路工藝基礎”具有涉及知識面廣，教學內容信息量大，綜合性強，理論與實踐結合緊密的特點，課程教學難度相對較大。同時獨立學院相應配套的實驗教學設備較為缺乏。為了提高學生對該課程的興趣，取得更好的實驗教學效果，讓學生能將理論應用于實踐，具有較強的集成電路生產實踐和設計開發能力，筆者從如下幾方面對實驗教學進行了嘗試。
1.1 工藝模擬多媒體教學系統
運用傳統的教學方法，很難讓學生理解抽象的器件結構和工藝流程并產生興趣。我院購置了清華大學微電子所的集成電路工藝多媒體教學系統，幫助學生對集成電路工藝流程有一個全面生動的認識。該系統提供擴散、氧化和離子注入三項工藝設備的操作模擬，充分利用多媒體技術，將聲光電等多種素材進行合理的處理，做到圖文聲像并茂，力爭使抽象的知識形象化，獲得直觀、豐富、生動的教學效果。該系統涉及大量的集成電路制造實際場景與特殊細節，能較全面地展示Foundry廠的集成電路生產環境和工藝流程。內容豐富、身臨其境的工藝模擬能大大提高學生的學習興趣，幫助學生理解理論知識。
此外，在工藝課程的課堂教學過程中，嘗試利用學生自學討論作為輔助的形式。針對某些章節，老師課前提出問題，安排學生分組準備，自習上網收集最新的與集成電路工藝實驗相關的資料，整理中、英文文獻，制作內容生動的PPT在課堂上演示并展開討論，最后歸納總結。這樣既培養了學生利用網絡進行自學和小組合作作學習的習慣，提高網上查找、整理資料的能力，也為老師的多媒體課件制作提供了素材，豐富了老師的教學內容。
1.2 基礎的半導體平面工藝實驗
學院一直非常重視電子科學與技術專業的建設問題，在實驗室配置方面的資金投入力度比較大。在學院領導的大力支持下，近年來實驗室購置了一批集成電路工藝實驗設備和儀器，如光刻機、涂膠機、氧化反應室、磁控濺射設備、半導體特性測試系統和掃描電子顯微鏡等，為集成電路工藝實驗教學的開展打下了良好的物質基礎 。
在集成電路專業教學中，工藝實驗是非常重要的環節;讓學生進行實際操作，對于培養應用型人才也是非常必要的。通過調研考察兄弟院校的工藝實驗開展情況，結合我院的實際情況和條件，確定了我院電子科學與技術專業的基礎半導體平面工藝實驗項目，如氧化（硅片熱氧化實驗）、擴散（硅片摻雜實驗）、光刻（硅片上選擇刻蝕窗口的實驗）、淀積（PVD、CVD薄膜制備的實驗）等。
這些設備和儀器，除了用于工藝課程實驗教學外，平時還開放給本科生畢業設計、學生創新項目及研究生科研等。通過實際動手操作，使學生能將所學理論知識運用到實際中，既培養了學生的實際操作能力，又引導學生在實踐中掌握分析問題、解決問題的科學方法，加深了對集成電路工藝技術和原理的理解。
1.3 工藝仿真軟件
現代集成電路的發展離不開計算機技術的支持，所以要重視計算機仿真在課程中的作用。TCAD（Technology Computer Aided Design）產品是研究、設計與開發半導體器件和工藝所必需的先進工具。它可以準確地模擬研究所和Foundry廠里的集成電路工藝流程，對由該工藝流程制作出的半導體器件的性能進行仿真，也能設計與仿真太陽能電池、納米器件等新型器件。
利用美國SILVACO公司的TCAD產品，筆者為工藝課程開設了課內仿真實驗，實驗項目包括薄膜電阻、二極管、NMOS等基本器件的設計和工藝流程仿真。通過ATHENA和ATLAS軟件教學，指導學生仿真設計基本的半導體器件，模擬工藝流程，從而鞏固所學理論知識，使學生將工藝和以前學過的半導體器件的內容融合起來。學生在計算機上通過軟件進行仿真實驗，既可以深入研究仿真的工藝流程細節，又可以彌補由于設備條件的制約帶來的某些實驗項目暫時無法開出的不足。
1.4 校企合作
培養應用型人才還必須結合校企合作。珠三角地區是微電子產業的聚集地，企業眾多，行業發展前景好。加強校企聯系，可以做到合作共贏，共同發展。通過組織學生到半導體生產測試企業參觀實習，如深圳方正微電子、珠海南科、中山木林森LED等，讓學生親身體驗半導體企業的生產過程，感受集成電路工廠的生產環境，了解本行業國內外發展的概況，從而彌補課堂教學的不足，激發學生學習熱情，引導學生畢業后從事相關工作。目前，學院與這些半導體生產測試企業建立了良好的合作關系，每屆畢業生都有進入上述企業工作的。他們在工作崗位上表現良好，獲得用人單位的好評，既為企業輸送了合格人才，也為往后學生的職業規劃樹立了榜樣，拓展了學生的就業渠道。
2 結束語
經過筆者幾年來的實踐，在“集成電路工藝基礎”課程的實驗教學中，對教學內容和教學方式進行了改進，形式多樣，互為補充，內容全面、新穎，注重學生實踐技能的培養，對提高學生整體素質起到了積極作用，實現了教學質量的提高。當然，“集成電路工藝基礎”課程的實驗教學還有很大的改進空間，我們還需要在實踐中不斷地改革與探索，將其逐步趨于完善，使其在培養獨立學院應用型人才的過程中發揮巨大的作用。
參考文獻
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關鍵詞：現代機械；加工工藝；制造技術
中圖分類號：S219.08文獻標識碼： A 文章編號：
引言
機械制造業不僅是工業發展中機械設備供應的主要源頭，其本身也是國家經濟及工業發展的支柱型產業。機械制造的過程是將原材料經過工藝系統的各種加工變成機械產品的過程，同其他任何工業產業一樣，現代機械工業的發展與改革離不開工藝及技術的控制與發展。
一、當前我國機械制造加工發展情況
進入21 世紀，我國基本建立了社會主義市場經濟體制。全球性的產業結構重新組合和國際分工不斷深化，科學技術在突飛猛進地發展，各國都把提高產業競爭能力及發展高新技術，搶占未來經濟的制高點，作為科技工作的主攻方向。在機械制造技術方面我國與世界各國的聯系日益緊密，中國市場與國際市場進一步接軌，面對國內外市場的激烈競爭，我國企業對技術的需求更加迫切和強烈。新產品的開發水平提高了企業在關鍵工序增加了先進、精密、高效的關鍵設備，從而進入高新技術開發階段，使開發企業開始研制出如超重型數控龍門銑、高精度五軸數控鏜銑床、sx—T 大規模集成電路光柵數顯儀、大噸位超重水壓機等設備；制造技術水平不斷提高，船泊制造精度可達5 微米，高精度外圓磨達0．25微米、粗糙度達0．08微米，精密及超精密加工精度已達到亞微米級和亞納米級，已形成完整的先進數控機床、新型刀具開發的制造體系。
二、先進加工工藝及制造技術特點
現代化的機械加工工藝、制造技術實際應用具有綜合性、一體化、系統性及可持續性特點，這些特點與現代化機械生產企業廣泛引入并應用現代化的先進自動控制技術、微電子技術、機電一體化技術等先進技術及設備直接關聯，多種現代化技術及設備、理念支持下的現代機械產業內部逐漸形成了系統的工程理論及特點。
1、綜合性
在機電一體化、微電子技術及計算機信息技術的支撐與推動下，現代化的機械制造業內部正將日常生產理念及生產流程、工藝、技術高度融合并整合為綜合性的學科體系，這個綜合理論與實踐體系之中，高度融合了工業機械生產自動控制、材料科學、計算機信息、電子技術等等理論與實踐經驗，為現代機械工藝及技術發展提供了良好的理論與實踐指導。
2、一體化
一體化主要指制造工藝與制造設計的一體化。此種特性是機械制造與加工操作突破了傳統生產模式及理念的基礎上發展起來的?，F代化的制造及加工工作融合了自動控制技術、微電子技術、機電一體化技術等先進技術，多種技術及理念的融合促進了制造及加工操作一體化模式的產生與發展。
3、系統化
系統性是現代機械加工及制造工作不同于傳統加工及制造操作的主要方面?，F代化的機械加工及制造操作在融合微電子技術及計算機系統管理技術的基礎上，達到了社會科學及信息科學等理論科學的多角度融合，這些技術及理論并不是單純地堆積一體，而是有機整合的成果。
4、可持續性
此處的可持續性包括了現代機械先進工藝、制造技術的經濟可持續發展及環境可持續發展兩大方面?，F代機械加工及制造在各環節都強化了環境保護功能，加工及制造成本也在各環節的有效銜接之下得到了很好的控制，從而實現了經濟與環境雙重可持續發展。
三、現代機械的先進加工工藝分類
現代制造技術的分類及發展大體上可從5個方面來論述。
1、系統的自動化、集成化、智能化
機械制造自動化的發展經歷了單機自動化、剛性自動線、數控機床和加工中心、柔性制造系統( FMS) 和計算機集成制造等幾個階段，并向柔性化、集成化、智能化進一步發展。
2、特種加工方法
精密加工和超精密加工特種加工方法又稱非傳統加工方法，它是指一些物理的、化學的加工方法。如電火花加工、電解加工、超聲波加工、激光加工、電子束加工、離于束加工等。特種加工方法的主要對象是難加工的材料，如金剛石、陶瓷等超硬材料的加工，其加工精度可達分子級加工單位，所以它又常常是精密加工和超精密加工的重要手段。
3． 快速成形（零件）制造
零件是一個三維空間實體，它可由在某個坐標方向上的若干個“面”疊加而成。因此，利用離散/堆積成形概念，可將一個三維空間實體分解為若干個二維實體制造出來，再經堆積而構成三維實體，這就是快速成形(零件)制造的基本原理，其具體制造方法很多，較成熟的商品化方法有疊層實體制造法和立體光刻等。如疊層實體制造，根據各疊層幾何信息，用數控激光機在鋪上一層箔材上切出本層輪廓，去除非零件部分，再鋪上一層箔材，用加熱輥輾壓，以固化粘接劑，使新鋪上的—層箔材牢固地粘接在成形物體上，再切割該層的輪廓，如此反復多次直至加工完畢。
4． 零件的分類編碼系統
零件分類編碼是對零件相似性進行識別的一個重要手段，也是GT 的基本方法。是用數字來描述零件的幾何形狀、尺寸和工藝特征，即零件特征的數字化。零件分類是根據零件特征的相似性來進行的，這些特征主要分為以下三個方面;
（1）結構特征
零件的幾何形狀、尺寸大小、結構功能、毛坯類型等。
（2）工藝特征
零件的毛坯形狀及材料、加工精度、表面粗糙度、機械加工方法、定位夾緊方式、選用機床類型等。
（3）生產組織與計劃特征
加工批量，制造資源狀況，工藝過程跨車間、工段、廠際協作等情況。零件的特征用相應的標志表示，這些標志由分類系統中的相應環節來描述。零件各種特征的標識按一定規則排成若干個“列”，每“列”就稱為碼位，也叫縱向分類環節; 在每個列( 碼位) 內又安排若干“行”，每一“行”稱為“項”，也叫橫向分類環節。零件分類編碼系統是實施成組技術的基礎和重要手段。零件進行分類成組，可以便于零件設計標準化、系列化和通用化，輔助人工或計算機編制工藝過程和進行成組加工車間的平面設計，改進數控加工的程序編制，使工藝設計合理化: 促進工裝和工藝路線標準化，為計算機輔助制造打下基礎，進一步以成組的方式組織生產。零件的分類編碼反映了零件固有的名稱、功能、結構、形狀和工藝特征等信息。類碼對于每種零件而言不是唯一的，即不同的零件可以擁有相同的或接近的分類碼，由此能劃分出結構相似或工藝相似的零件組來加工。它的特點是從毛坯到產品多數可在同一種類型的設備上完成，也可僅完成其中某幾道工序的加工。如在轉塔車床、自動車床加工的中小零件，多半屬于這種類型。這種組織形式是最初級的形式，最易實現，但對較復雜的零件，需用多臺機床完成時，其效果就不顯著。值得一提的是，自從出現加工中心以來，成組單機加工又重新得到重視。
5、制造系統
柔性制造系統一般是指用一臺主機將各臺數控機床連接起來，配以物料流與信息流的自動控制生產系統。它一方面進行自動化生產，而另一方面又允許相似零件組中不同零件，經過少量調整實現不同工序的加工。這一組織生產的方式，代表著現代制造技術的發展方向。值得一提的是，成組技術是計算機輔助工藝設計( CAPP) 的基礎之一，在成組技術基礎上發展起來的派生cAPP 設計方法，已成為工藝現代化的一種主要方法。另外，成組技術作為一種生產哲理，對柔性制造技術和集成制造技術的發展產生了深刻的影響。
結束語
機械工業科技發展正面臨著挑戰與機遇并存的新形勢，我們應當抓住機遇，迎接挑戰，堅決貫徹“以科技為先導，以質量為主體”的方針，進一步推動我國機械工業的發展。
參考文獻：
[1] 胡明祥. 現代機械的先進加工工藝與制造技術[J]. 北方工業. 2013（04）
關鍵詞微電子技術集成系統微機電系統DNA芯片
1引言
綜觀人類社會發展的文明史，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現和新技術的產生而引發的，科學技術作為革命的力量，推動著人類社會向前發展。從50多年前晶體管的發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和行業，改變著人類的生產和生活方式，改變著經濟形態和社會、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展，微電子已經成為整個信息社會發展的基石。
50多年來微電子技術的發展歷史，實際上就是不斷創新的過程，這里指的創新包括原始創新、技術創新和應用創新等。晶體管的發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年發明點接觸型晶體管、1948年發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、非揮發存儲器等微電子領域的重大發明也都是一系列創新成果的體現。同時，每一項重大發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發展幾十年。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〗。因此可以說社會發展的本質是創新，沒有創新，社會就只能被囚禁在“超穩態”陷阱之中。雖然創新作為經濟發展的改革動力往往會給社會帶來“創造性的破壞”，但經過這種破壞后，又將開始一個新的處于更高層次的創新循環，社會就是以這樣螺旋形上升的方式向前發展。
在微電子技術發展的前50年，創新起到了決定性的作用，而今后微電子技術的發展仍將依賴于一系列創新性成果的出現。我們認為：目前微電子技術已經發展到了一個很關鍵的時期，21世紀上半葉，也就是今后50年微電子技術的發展趨勢和主要的創新領域主要有以下四個方面：以硅基CMOS電路為主流工藝；系統芯片（SystemOnAChip，SOC）為發展重點；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
微電子技術發展的目標是不斷提高集成系統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集成在一個芯片上；此外，隨著集成度的提高，系統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，整個集成系統的性能也可以得到很大的提高。
自1958年集成電路發明以來，為了提高電子系統的性能，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。集成電路芯片的發展基本上遵循了Intel公司創始人之一的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展趨勢將減緩，但是微電子產業三十多年來發展的狀況證實了Moore的預言[2]。而且根據我們的預測，微電子技術的這種發展趨勢還將在21世紀繼續一段時期，這是其它任何產業都無法與之比擬的。
現在，0．18微米CMOS工藝技術已成為微電子產業的主流技術，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。根據科學技術的發展規律，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年發明晶體管1958年發明集成電路,到60年代末發展成為大產業也經歷了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、系統結構等方面需要進一步的大力發展，這些技術的發展必將使微電子產業繼續高速增長。即使是加工工藝技術，很多著名的微電子學家也預測，微電子產業將于2030年左右步入像汽車工業、航空工業這樣的比較成熟的朝陽工業領域。即使微電子產業步入汽車、航空等成熟工業領域，它仍將保持快速發展趨勢，就像汽車、航空工業已經發展了50多年仍極具發展潛力一樣。
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：對其中的物理規律等科學問題的認識還停留在集成電路誕生和發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；同時傳統器件結構也已無法滿足亞50納米器件的要求，必須發展新型的器件結構和微細加工、互連、集成等關鍵工藝技術。具體的需要創新和重點發展的領域包括：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形成“0”和“1”狀態。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、低功耗和實現互連。其基本優勢是開關速度快，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，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年發現以來，現在已有大量成果涌現，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，我們期待它們將創出一個新的天地。
4系統芯片（SystemOnAChip）是21世紀微電子技術發展的重點
在集成電路（IC）發展初期，電路設計都從器件的物理版圖設計入手，后來出現了集成電路單元庫（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產業的發展。但集成電路僅僅是一種半成品，它只有裝入整機系統才能發揮它的作用。IC芯片是通過印刷電路板（PCB）等技術實現整機系統的。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，整機系統的性能受到了很大的限制。隨著系統向高速度、低功耗、低電壓和多媒體、網絡化、移動化的發展，系統對電路的要求越來越高，傳統集成電路設計技術已無法滿足性能日益提高的整機系統的要求。同時，由于IC設計與工藝技術水平提高，集成電路規模越來越大，復雜程度越來越高，已經可以將整個系統集成為一個芯片。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展，21世紀的微電子技術將從目前的3G時代逐步發展到3T時代（即存儲容量由G位發展到T位、集成電路器件的速度由GHz發展到燈THz、數據傳輸速率由Gbps發展到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，出現了將整個系統集成在一個微電子芯片上的系統芯片（SystemOnAChip，簡稱SOC）概念。
系統芯片（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年代末快速發展起來的集成電路技術。
SOC是從整個系統的角度出發，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的功能，它的設計必須是從系統行為級開始的自頂向下（Top－Down）的。很多研究表明，與IC組成的系統相比，由于SOC設計能夠綜合并全盤考慮整個系統的各種情況，可以在同樣的工藝技術條件下實現更高性能的系統指標。例如若采用SOC方法和0．35μm工藝設計系統芯片,在相同的系統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所實現的同樣系統的性能；還有，與采用常規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。
對于系統芯片（SOC）的發展，主要有三個關鍵的支持技術。
（1）軟、硬件的協同設計技術。面向不同系統的軟件和硬件的功能劃分理論（FunctionalPartitionTheory），這里不同的系統涉及諸多計算機系統、通訊系統、數據壓縮解壓縮和加密解密系統等等。
（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化并有最大工藝容差的模塊最有價值?，F在,美國硅谷在80年代出現無生產線（Fabless)公司的基礎上，90年代后期又出現了一些無芯片（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模塊間的膠聯邏輯技術（gluelogictechnologies）和IP模塊綜合分析及其實現技術等。
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展的里程碑。通過以上三個支持技術的創新,它必將導致又一次以系統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技術真正快速發展的時期。
在新一代系統芯片領域，需要重點突破的創新點主要包括實現系統功能的算法和電路結構兩個方面。在微電子技術的發展歷史上,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芯片領域研究的重點學科之一。在電路結構方面,在系統芯片中，由于射頻、存儲器件的加入，其中的電路結構已經不是傳統意義上的CMOS結構，因此需要發展更靈巧的新型電路結構。另外，為了實現膠聯邏輯（GlueLogic）新的邏輯陣列技術有望得到快速的發展,在這一方面也需要做系統深入的研究。
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）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，實現了微電子與機械融為一體的系統。MEMS將電子系統和外部世界聯系起來，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可以認識的電信號，而且還可以通過電子系統控制這些信號，發出指令并完成該指令。從廣義上講，MEMS是指集微型傳感器、微型執行器、信號處理和控制電路、接口電路、通信系統以及電源于一體的微型機電系統。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、生物醫學、材料科學、能源科學等〖3〗。
MEMS的發展開辟了一個全新的技術領域和產業。它們不僅可以降低機電系統的成本，而且還可以完成許多大尺寸機電系統所不能完成的任務。正是由于MEMS器件和系統具有體積小、重量輕、功耗低、成本低、可靠性高、性能優異及功能強大等傳統傳感器無法比擬的優點,因而MEMS在航空、航天、汽車、生物醫學、環境監控、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、衛星控制、汽車自動駕駛、汽車防撞氣囊、汽車防抱死系統（ABS）、穩定控制和玩具；微流量系統和微分析儀可用于微推進、傷員救護；信息MEMS系統將在射頻系統、全光通訊系統和高密度存儲器和顯示等方面發揮重大作用；同時MEMS系統還可以用于醫療、光譜分析、信息采集等等?，F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，目前正處在技術發展時期，再過若干年將會迎來MEMS產業化高速發展的時期。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系統與集成電路發展的初期情況極為相似。集成電路發展初期，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展。集成電路技術的進步,加快了計算機更新換代的速度，對CPU和RAM的需求越來越大,反過來又促進了集成電路的發展。集成電路和計算機在發展中相互推動，形成了今天的雙贏局面，帶來了一場信息革命。現階段的微機電系統專用性很強，單個系統的應用范圍非常有限,還沒有出現類似于CPU和RAM這樣量大面廣的產品。隨著微機電系統的進步，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，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；第二是找準應用突破口，揚長避短，以特別適合微系統應用的重大領域為目標進行研究,取得突破，從而帶動微系統產業的發展。在MEMS發展中需要繼續解決的問題主要有：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現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、生物醫學等，而且隨著DNA芯片的發展還將形成微電子生物信息系統，這樣該技術將廣泛應用到農業、工業、醫學和環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，以實現對化合物、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。
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在微電子學發展歷程的前50年中，創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、新一代SOC的發展、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，如果我們能夠抓住這個機遇，立足創新，去勇敢地迎接這個挑戰，則有可能使我國微電子技術實現騰飛，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的發展，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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