前言：隨著半導(dǎo)體新興技術(shù)的發(fā)展，微電子成為越來(lái)越多人青睞的專業(yè)之一。微電子學(xué)是一門綜合性很強(qiáng)的邊緣學(xué)科，其中包括了半導(dǎo)體器件物理、集成電路工藝和集成電路及系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、測(cè)試等多方面的內(nèi)容;設(shè)計(jì)了固體物理學(xué)、量子力學(xué)、熱力學(xué)與統(tǒng)計(jì)物理學(xué)、材料科學(xué)、電子線路、信號(hào)處理、計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)、測(cè)試和加工、圖論、化學(xué)等多個(gè)領(lǐng)域。下面我就從如下幾個(gè)方面來(lái)談?wù)勎㈦娮拥囊恍┗�本情況。
　　微電子學(xué)(Microelectronics)是電子學(xué)的一門分支學(xué)科，主要是研究電子或離子在固體材料中的運(yùn)動(dòng)規(guī)律及其應(yīng)用，并利用它實(shí)現(xiàn)信號(hào)處理功能的學(xué)科。它以實(shí)現(xiàn)電路和系統(tǒng)的集成為目的的微電子學(xué)又是信息領(lǐng)域的重要基礎(chǔ)學(xué)科，在這一領(lǐng)域上，微電子學(xué)是研究并實(shí)現(xiàn)信息獲取、傳輸、存儲(chǔ)、處理和輸出的科學(xué)，是研究信息獲取的科學(xué)，構(gòu)成了信息科學(xué)的基石，其發(fā)展書評(píng)直接影響著整個(gè)信息技術(shù)的發(fā)展。微電子科學(xué)技術(shù)的發(fā)展水平和產(chǎn)業(yè)規(guī)模是一個(gè)國(guó)家經(jīng)濟(jì)實(shí)力的重要標(biāo)志。
　　微電子技術(shù)是在電子電路和系統(tǒng)的超小型化和微型化過(guò)程中逐漸形成和發(fā)展起來(lái)的，第二次大戰(zhàn)中、后期，由于軍事需要對(duì)電子設(shè)備提出了不少具有根本意義的設(shè)想，并研究出一些有用的技術(shù)。1947年晶體管的發(fā)明，后來(lái)又結(jié)合印刷電路組裝使電子電路在小型化的方面前進(jìn)了一大步。到1958年前后已研究成功以這種組件為基礎(chǔ)的混合組件。集成電路的主要工藝技術(shù)，是在50年代后半期硅平面晶體管技術(shù)和更早的金屬真空涂膜學(xué)技術(shù)基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的。19614年出現(xiàn)了磁雙極型集成電路產(chǎn)品。1962年生產(chǎn)出晶體管——晶體管理邏輯電路和發(fā)射極藉合邏輯電路。MOS集成電路出現(xiàn)。由于MOS電路在高度集成方面的優(yōu)點(diǎn)和集成電路對(duì)電子技術(shù)的影響，集成電路發(fā)展越來(lái)越快。70年代，微電子技術(shù)進(jìn)入了以大規(guī)模集成電路為中心的新階段。隨著集成密度日益提高，集成電路正向集成系統(tǒng)發(fā)展，電路的設(shè)計(jì)也日益復(fù)雜、費(fèi)時(shí)和昂貴。實(shí)際上如果沒(méi)有計(jì)算機(jī)的輔助，較復(fù)雜的大規(guī)模集成電路的設(shè)計(jì)是不可能的。70年代以來(lái)，集成電路利用計(jì)算機(jī)的設(shè)計(jì)有很大的進(jìn)展。制版的計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)、器件模擬、電路模擬、邏輯模擬、布局布線的計(jì)算輔助設(shè)計(jì)等程序，都先后研究成功，并發(fā)展成為包括校核、優(yōu)化等算法在內(nèi)的混合計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)，乃至整套設(shè)備的計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)系統(tǒng)。集成電路制造的計(jì)算機(jī)管理，也已開始實(shí)現(xiàn)。此外，與大規(guī)模集成和超大規(guī)模集成的高速發(fā)展相適應(yīng)，有關(guān)的器件材料科學(xué)和技術(shù)、測(cè)試科學(xué)和計(jì)算機(jī)輔助測(cè)試、封裝技術(shù)和超凈室技術(shù)等都有重大的進(jìn)展。 電子技術(shù)發(fā)展很快，在工藝技術(shù)上，微細(xì)加工技術(shù)，如電子束、離子束、X射線等復(fù)印技術(shù)和干法刻蝕技術(shù)日益完善，使生產(chǎn)上在到亞微米以至更高的光刻水平，集成電路的集成棄將超大型越每片106—107個(gè)元件，以至達(dá)到全圖片上集成一個(gè)復(fù)雜的微電子系統(tǒng)。高質(zhì)量的超薄氧化層、新的離子注入退火技術(shù)、高電導(dǎo)高熔點(diǎn)金屬以其硅化物金屬化和淺歐姆結(jié)等一系列工藝技術(shù)正獲得進(jìn)一步的發(fā)展。在微電子技術(shù)的設(shè)計(jì)和測(cè)試技術(shù)方面，隨著集成度和集成系統(tǒng)復(fù)雜性的提高，冗余技術(shù)、容錯(cuò)技術(shù)，將在設(shè)計(jì)技術(shù)中得到廣泛應(yīng)用。
　　微電子學(xué)中實(shí)現(xiàn)的電路和系統(tǒng)又成為集成電路和集成系統(tǒng)，是微小化的;在微電子學(xué)中的空間尺寸通常是以微米(μm，1μm=10 & #8722; 6m)和納米(nm，1nm=10 & #8722; 9m)為單位的。是研究在固體(主要是半導(dǎo)體)材料上構(gòu)成的微小型化電路、電路及系統(tǒng)的電子學(xué)分支。作為電子學(xué)的分支學(xué)科，它主要研究電子或例子在固體材料中的運(yùn)動(dòng)規(guī)律及其應(yīng)用，并利用它實(shí)現(xiàn)信號(hào)處理功能的科學(xué)，以實(shí)現(xiàn)電路的系統(tǒng)和集成為目的，實(shí)用性強(qiáng)。
　　集成電路設(shè)計(jì)的流程一般先要進(jìn)行軟硬件劃分，將設(shè)計(jì)基本分為兩部分：芯片硬件設(shè)計(jì)和軟件協(xié)同設(shè)計(jì)。芯片硬件設(shè)計(jì)包括：
　　1.功能設(shè)計(jì)階段。
　　設(shè)計(jì)人員產(chǎn)品的應(yīng)用場(chǎng)合，設(shè)定一些諸如功能、操作速度、接口規(guī)格、環(huán) 境溫度及消耗功率等規(guī)格，以做為將來(lái)電路設(shè)計(jì)時(shí)的依據(jù)。更可進(jìn)一步規(guī)劃軟 件模塊及硬件模塊該如何劃分，哪些功能該整合于SOC 內(nèi)，哪些功能可以設(shè) 計(jì)在電路板上。
　　2.設(shè)計(jì)描述和行為級(jí)驗(yàn)證
　　供能設(shè)計(jì)完成后，可以依據(jù)功能將SOC 劃分為若干功能模塊，并決定實(shí)現(xiàn)這些功能將要使用的IP 核。此階段將接影響了SOC 內(nèi)部的架構(gòu)及各模塊間互動(dòng)的訊號(hào)，及未來(lái)產(chǎn)品的可靠性。決定模塊之后，可以用VHDL 或Verilog 等硬件描述語(yǔ)言實(shí)現(xiàn)各模塊的設(shè)計(jì)。接著，利用VHDL 或Verilog 的電路仿真器，對(duì)設(shè)計(jì)進(jìn)行功能驗(yàn)證(function simulation，或行為驗(yàn)證 behavioral simulation)。
　　注意，這種功能仿真沒(méi)有考慮電路實(shí)際的延遲，但無(wú)法獲得精確的結(jié)果。
　　3.邏輯綜合
　　確定設(shè)計(jì)描述正確后，可以使用邏輯綜合工具(synthesizer)進(jìn)行綜合。綜合過(guò)程中，需要選擇適當(dāng)?shù)倪壿嬈骷��?kù)(logic cell library)，作為合成邏輯電路時(shí)的參考依據(jù)。硬件語(yǔ)言設(shè)計(jì)描述文件的編寫風(fēng)格是決定綜合工具執(zhí)行效率的一個(gè)重要因素。事實(shí)上，綜合工具支持的HDL 語(yǔ)法均是有限的，一些過(guò)于抽象的語(yǔ)法只適于作為系統(tǒng)評(píng)估時(shí)的仿真模型，而不能被綜合工具接受。邏輯綜合得到門級(jí)網(wǎng)表。
　　4.門級(jí)驗(yàn)證(Gate-Level Netlist Verification)
　　門級(jí)功能驗(yàn)證是寄存器傳輸級(jí)驗(yàn)證。主要的工作是要確認(rèn)經(jīng)綜合后的電路是否符合功能需求，該工作一般利用門電路級(jí)驗(yàn)證工具完成。
　　注意，此階段仿真需要考慮門電路的延遲。
　　5.布局和布線
　　布局指將設(shè)計(jì)好的功能模塊合理地安排在芯片上，規(guī)劃好它們的位置。布線則指完成各模塊之間互連的連線。注意，各模塊之間的連線通常比較長(zhǎng)，因此，產(chǎn)生的延遲會(huì)嚴(yán)重影響SOC的性能，尤其在0.25 微米制程以上，這種現(xiàn)象更為顯著。目前，這一個(gè)行業(yè)仍然是中國(guó)的空缺，開設(shè)集成電路設(shè)計(jì)與集成系統(tǒng)專業(yè)的大學(xué)還比較少，其中師資較好的學(xué)校有 上海交通大學(xué)，哈爾濱工業(yè)大學(xué)，東南大學(xué)，西安電子科技大學(xué)，電子科技大學(xué)，哈爾濱理工大學(xué),復(fù)旦大學(xué)，華東師范大學(xué)等。這個(gè)領(lǐng)域已經(jīng)逐漸飽和，越來(lái)越有趨勢(shì)走上當(dāng)年軟件行業(yè)的道路。
　　微機(jī)電系統(tǒng)(Micro Electro-Me-chanical Systems，MEMS)是指可批量制作的，集微型機(jī)構(gòu)、微型傳感器、微型執(zhí)行器以及信號(hào)處理和控制電路、直至接口、通信和電源等于一體的微型器件或系統(tǒng)。MEMS是隨著半導(dǎo)體集成電路微細(xì)加工技術(shù)和超精密機(jī)械加工技術(shù)的發(fā)展而發(fā)展起來(lái)的。