微光电子集成系统芯片的研究进展
MOEMS介绍20111129
学科定位
MEMS：集微型传感器、微型执行器以及信号处理和控制电路， 甚至接口电路、通信和电源于一体。 微光机电系统是MEMS 技术的一个重要的研究方向，它是由微 光学、微电子和微机械相结合而产生的一种新型的微光学结构 系统。 一种可控的微光学系统，微光学元件在微电子和微机械装置的 作用下对光束进行汇聚、衍射、反射等控制，从而实现光开关、 衰减、扫描和成像等功能。
2．微光机电系统在空间的应用
◦ 光通信和光遥感是MOEMS在空间的主要应用
体微加工技术——关键技术：硅的刻蚀 体微加工技术——关键技术：硅的刻蚀
湿法腐蚀
◦ 各向同性 各向异性
体微加工技术——关键技术：硅的刻蚀 体微加工技术——关键技术：硅的刻蚀
干法刻蚀
◦ 特点：各向异性、尺寸精确、高深宽比 ◦ 主要方式：溅射刻蚀、等离子体刻蚀、离子束刻蚀、反应离子刻蚀 (RIE) 及深反应离子刻蚀(DRIE) 等
代表性器件
光互联
◦ 计算机或其他电子系统内建立面板间或芯片间GHz带宽互联的需要 ◦ 电互连在高频时具有信号完整性和交扰等问题 ◦ 光互连可避免电互连系统的互连带宽瓶颈
前景与展望
多学科综合交叉的新兴技术体系 具有对光束在时间和空间上的精确控制能力以及体积小、可批 生产、功耗低和价格合理等优势 广泛应用于光通信、大规模数据存储、图像显示、光互连计算、 大型光学孔径的航天器实现小型化等方面 既可以带动一些重要的基础课题研究，又可以带动大量概念全 新的功能部件开发
参考文献
《微光机电系统》 . 张文栋，熊继军编著. 机械工业出版社. 2006-8-1 微光机电系统及其应用. 李文军,赵小林,蔡炳初,戴旭涵. 微细加 工技术. 2001年第3期 国外微光电子机械系统技术的研究现状. 罗家强. 世界电子元器 件. 2002年03期 MOEMS光学系统的发展与应用. 耿凡. 红外与激光工程. 第34卷 第一期. 2005年2月
微电子的技术发展方向
1 微电子技术发展方向21世纪初微电子技术仍将以尺寸不断缩小的硅基CMOS工艺技术为主流；随着IC设计与工艺水平的不断提高，系统集成芯片将成为发展的重点；并且微电子技术与其他学科的结合将会产生新的技术和新的产业增长点。
1.1 主流工艺——硅基CMOS电路硅半导体集成电路的发展，一方面是硅晶(圆)片的尺寸愈来愈大，另一方面是光刻加工线条（特征尺寸）愈来愈细。
从硅片尺寸来看，从最初的2英寸，经过3英寸、4英寸、5英寸、6英寸发展到当今主流的8英寸。
据有关统计，目前世界上有252条8英寸生产线，月产片总数高达440万片，现在还在继续建线。
近几年来又在兴建12英寸生产线，硅晶片直径达12英寸（300mm），它的面积为8英寸片（200mm）的2.25倍。
1999年11月下旬，由Motorola与Infineon Technologies联合开发的全球首批300mm 晶片产品面市。
该产品是64M DRAM，采用的是0.25µm工艺技术，为标准的TSOP 封装。
据介绍，300mm晶片较200mm晶片，每个芯片的成本降低了30%～40%。
到目前，已经达到量产的12英寸生产线已有6条，它们是：（1）Semiconductor 300公司，位于德国德累斯顿，开始月产1500片，由0.25µm进到0.18µm。
（2）Infineon公司，位于德国德累斯顿，0.14µm，开始月产4000片。
（3） TSMC公司，位于我国台湾新竹， Fab12工厂生产线，由0.18µm进到0.15µm以至0.13µm，开始月产4500片。
（4）三星公司，位于韩国，Line 11生产线，0.15/0.13µm，开始月产1500片。
（5）Trecenti公司，位于日本那珂N3厂，月产能7000片，0.15/0.13µm。
（6）Intel公司的D1C厂，开始月产4000片，0.13µm。
上海微电子封装与系统集成公共服务平台成立
路行 业协 会 、上海 张 江集成 电路产业 区开发 有 限公
司、上海浦东高新技术产业应用研究 院等单位代表
出席 了仪 式 。 上海浦 东微 电子封 装与 系统 集成 公 共服 务平 台
Ｔ Ｌ发布全球最大 ３ Ｃ Ｄ互联 网 电视
近 日 ，香 港 国 际 会 展 中 心 ，Ｃ Ｔ Ｌ召 开 主 题 为
和 Ｖｒ ｏ ￣定制设计技术扩展应用于其先进技术 ｉｕｓ ｔ ｏ
节 点 上 的 低 功 耗 与 混 合 信 号 流 程 。海 思 也 采 用 了
Ｃ ｄ ｎｅＥ ｃｕ ｔ ｏｆｒ ａ＠ Ｅ Ｏ Ｄ ｓ ｎ ｒ 用 于 ａ ｅ ｃ ｎ ｏ ｎｅ Ｃ ｎｏｍ ｒ ｌ Ｃ ｅｉ ｅ 应 ｇ
其工程变更单流程 ， 帮助设计师降低成本 ， 以及 降低
合信号功能让海思的模拟与数字设计 团队能够实现 整个设计流程中的有效合作 ， 大大提高其效率。 通过
这 些 功 能 ，以及 混 合 信号 与低 功 耗 签 收 ，ｎｏｎｅ Ｅ ｃｕｔ ｒ Ｄｇａ Ｉ ｌ ｎａｏ ｙｔ 为 海 思 公 司 提 供 了一 ｉｔ ｅ ｔｉ Ｓｓ ｍ ｉ ｌｍｐ ｍｅ ｔｎ ｅ 个 面 向混合 信 号与低 功耗 设 计 的完整 实现 与签 收方
后期 迭代对 进度 造成 的影 响 。 使 用 Ｃ ｄｎｅ的技术 使 海思 能 够提 高其 工 程 团 ａｅｃ 队 在 实 现 低 功 耗 设 计 方 面 的 效 率 。 Ｃ ｄｎｅ ａｅｃ Ｅ ｃｕ ｔ ｉｔ ｌ ｎａｏ ｙｔ 拥 有 强 大 的 ｎｏｎｅ Ｄｇａ Ｉ ｅ ｔｔｎＳｓ ｍ ｒ ｉｌｍｐ ｍｅ ｉ ｅ 技 术 与面 向多 电源 域 设计 的先 进 低 功耗 方 法 学 ， 这
， 、
门 眼镜观 看 的 ３ Ｄ电视 。
光电子技术的发展及应用最新
光电子技术的发展及应用院系：电气信息工程学院专业：电子科学与技术0941姓名：郑义学号：200910711102日期：2012年12月10日光电子技术的发展与应用摘要：电子技术是继微电子技术之后近30年来迅猛发展的综合性高新技术，它是以红外、微光、激光等光电子器件为基础，由光学技术、电子技术、精密机械技术和计算机技术等密切结合而形成的一项综合技术。
主要包括激光技术、红外技术、光纤通讯技术、太阳能光伏技术、固体照明技术、集成光学技术、光计算技术、光学传感器和光电显示技术等。
引言：2008年北京奥运会上，“水立方”以其绚烂梦幻的视觉效果，令世人惊叹。
夜幕降临时，在“水立方”南侧立面周围的人们就会看到一幅如梦似幻的景观：一群群色彩艳丽的热带鱼在“水立方”的“水泡泡”里轻盈地游弋，时而又变成波涛汹涌的巨浪呼之欲出，时而又化为一团奥运圣火熊熊燃烧。
而这一切，正是由光电子技术为“水立方”量身打造的幔态LED才得以实现[1]。
当今全球范围内，已经公认光电子产业是本世纪的第一主导产业，是经济发展的制高点，光电子产业的战略地位是不言而喻的[2]。
鉴于此，光电子技术应用的开发被世界各国所关注，新的应用领域也在不断发现中。
本文主要分析了光电子技术的发展历程与在国防，生活中的应用。
关键词光电子技术、光电子材料、发展、应用1光电子技术的介绍光电子技术确切称为信息光电子技术。
20世纪60年代激光问世以来，最初应用于激光测距等少数应用，光电子技术是继微电子技术之后近30年来迅猛发展的综合性高新技术。
1962年半导体激光器的诞生是近代科学技术史上一个重大事件。
经历十多年的初期探索，到70年代，由于有了室温下连续工作的半导体激光器和传输损耗很低的光纤，光电子技术才迅速发展起来。
现在全世界敷设的通信光纤总长超过1000万公里，主要用于建设宽带综合业务数字通信网。
以光盘为代表的信息存储和激光打印机、复印机和发光二极管大屏幕现实为代表的信息显示技术称为市场最大的电子产品。
现代微电子技术的发展
21世纪的微电子技术Microelectronics technology of the 21st century摘要: 本文对２１世纪微电子技术的发展趋势作了一个展望。
本文认为２１世纪初的微电子技术仍将以硅基ＣＭＯＳ电路为主流工艺，但将突破目前所谓的物理“限制”，继续快速发展；集成电路将逐步发展成为集成系统；微电子技术将与其他技术结合形成一系列新的增长点，例如微机电系统（ＭＥＭＳ）、ＤＮＡ芯片等将得到突飞猛进的发展。
具体地，超微细光刻技术、虚拟工厂技术、铜互连及低κ互连绝缘介质、高κ栅绝缘介质、ＳＯＩ技术等将在近几年内得到快速发展。
２１世纪将是我国微电子产业的黄金时代。
资料个人收集整理，勿做商业用途Abstract:In this paper, the trend of the development of microelectronics technology in the 21st century made a prospect. This paper argues that at the beginning of the 21st century microelectronics will remain with silicon-based C M O S circuit technology for the mainstream, but will break the current so-called physical "limit", continue to rapid development;Will gradually develop into a integrated system of integratedcircuits;Microelectronics technology will form A series of new growth point, combining with other technologies such as microelectromechanical systems (M E M S), D N A chips will be development by leaps and bounds. Specifically, ultra micro lithography technology, virtual plant technology, copper interconnection and low kappa interconnection predominate insulating medium, high kappa gate dielectric predominate, S O I technology will be rapid development in recent years. The 21st century will be the golden age of microelectronic industry in China..资料个人收集整理，勿做商业用途关键词：微电子技术；集成系统；微光机电系统；DNA芯片。
【发展】微电子技术的发展
【关键字】发展什么是集成电路和微电子学集成电路（Integrated Circuit，简称IC）：一半导体单晶片作为基片，采用平面工艺，将晶体管、电阻、电容等元器件及其连线所构成的电路制作在基片上所构成的一个微型化的电路或系统。
微电子技术微电子是研究电子在半导体和集成电路中的物理现象、物理规律，病致力于这些物理现象、物理规律的应用，包括器件物理、器件结构、材料制备、集成工艺、电路与系统设计、自动测试以及封装、组装等一系列的理论和技术问题。
微电子学研究的对象除了集成电路以外，还包括集成电子器件、集成超导器件等。
集成电路的优点：体积小、重量轻;功耗小、成本低；速度快、可靠性高；微电子学是一门发展极为迅速的学科，高集成度、低功耗、高性能、高可靠性是微电子学发展的方向；衡量微电子技术进步的标志要在三个方面：一是缩小芯片器件结构的尺寸，即缩小加工线条的宽度；而是增加芯片中所包含的元器件的数量，即扩大集成规模；三是开拓有针对性的设计应用。
微电子技术的发展历史1947年晶体管的发明；到1958年前后已研究成功一这种组件为根底的混合组件；1958年美国的杰克基尔比发明了第一个锗集成电路。
1960年3月基尔比所在的德州仪器公司宣布了第一个集成电路产品，即多谐振荡器的诞生，它可用作二进制计数器、移位寄存器。
它包括2个晶体管、4个二极管、6个电阻和4个电容，封装在0.25英寸*0.12英寸的管壳内，厚度为0.03英寸。
这一发明具有划时代的意义，它掀开了半导体科学与技术史上全新的篇章。
1960年宣布发明了能实际应用的金属氧化物—半导体场效应晶体管（metal-oxide-semiconductor field effect transistor ，MOSFET）。
1962年生产出晶体管——晶体管逻辑电路和发射极耦合逻辑电路；由于MOS电路在高度集成和功耗方面的优点，70年代，微电子技术进入了MOS电路时代；随着集成密度日益提高，集成电路正向集成系统发展，电路的设计也日益复杂、费事和昂贵。
微机电系统-MEMS简介.
1983年 集成化压力传感器 (Honeywell)
1985年 LIGA工艺 (W. Ehrfeld et al.) 1986年 硅键合技术 (M. Shimbo)
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12
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在军事上的应用
MEMS已在空间超微型卫星上得到应用 ,该卫星外形尺寸为 2. 54 cm ×7. 62 cm ×10. 6 cm,重量仅为 250 g 。2000年 1月 ,发射的两颗试验小卫 星是证明空基防御能力增强的一个范例。对小卫星试验来说幸运的是 ,因 其飞行寿命短 ,所以 ,暴露在宇宙辐射之下并不是关键问题。小卫星上基 于硅的 RF开关在太空应用中表现出优异的性能 ,这得益于它的超微小尺
2、MEMS在军事国防上的应用
3、MEMS在汽车工业上的应用
4、MEMS在医疗和生物技术上的应用 5、MEMS在环境科学上的应用
6、MEMS在信息技术领域中的应用
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在汽车上的应用
MEMS传感器及其组成的微型惯性测量组合在汽车自动 驾驶、汽车防撞气囊、汽车防抱死系统（ABS）、减震 系统、防盗系统等。GPS定位系统。 *在汽车里作为加速表来控制碰撞时安全气囊防护系统 的施用 * 在汽车里作为陀螺来测定汽车倾斜，控制动态稳定 控制系统 * 在轮胎里作为压力传感器。
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影像工作站
OMOM胶囊内镜的工作原理是：患者像服药一样用水将智 能胶囊吞下后，它即随着胃肠肌肉的运动节奏沿着胃→十 二指肠→空肠与回肠→结肠→直肠的方向运行，同时对经 过的腔段连续摄像，并以数字信号传输图像给病人体外携 带的图像记录仪进行存储记录，工作时间达6～8小时，在 智能胶囊吞服8～72小时后就会随粪便排出体外。医生通过 影像工作站分析图像记录仪所记录的图像就可以了解病人 整个消化道的情况，从而对病情做出诊断。 优点: 操作简单:整个检查仅为吞服胶囊、记录与回放观察三个 过程。医生只需在回放观察过程中，通过拍摄到的图片即 可对病情做出准确判断。 安全卫生:胶囊为一次性使用，避免交叉感染 ;外壳采用不 能被消化液腐蚀的医用高分子材料，对人体无毒、无刺激 性 ,能够安全排出体外。 扩展视野:全小肠段真彩色图像清晰微观，突破了小肠检 查的盲区，大大提高了消化道疾病诊断检出率。 方便自如:患者无须麻醉、无须住院，行动自由，不耽误 正常的工作和生活。
mems光开关的控制
MEMS（Micro-Electro-Mechanical System s，微机电系统）是指将微型机械、微型执行器、信号处理和控制电路等集于一体的可批量制作的微型器件或系统。
而MOEMS是 Micro-Opto-Electro- Mechanical Sy ST em的缩写，意为微光机电系统，把微光学应用到微机电系统中，这是MEMS在光通信中的重要应用。
微光电机械芯片通常是指包含一个以上微机械元件的光系统或光电子系统，其应用将遍及光通信、光显示、数据存储、自适应光学及光学传感等多个方面。
随着光通信的快速发展，作为光网络节点的光互连与光交换的地位越来越重要。
光交换器件是以光为核心实现光的通断和交叉连接的系统部件，不存在光电转换。
MEMS光开关具备了低损耗和高稳定的优点，且与传输的数据速率和信号协议无关。
实用化的MEMS光开关原理十分简单，其结构实质上是一个二维微镜片阵列，当进行光交换时，通过移动或改变镜片角度，把光直接送到或反射到光开关的不同输出端。
MEMS光开关是利用机械开关的原理，但又能像波导开关那样，集成在单片硅基底上，因此兼有机械光开关和波导光开关的优点，同时克服了它们所固有的缺点。
MEMS光开关响应速度和可靠性大大提高，插入损耗和串音低，偏振和波长相关损耗也非常低，对不同环境的适应能力良好，功率和控制电压较低，并具有闭锁功能。
2 MEMS光开关控制原理2.1 MEMS光开关简介典型的MEMS光开关器件可分为二维和三维结构。
二维MEMS的空间旋转镜通过表面微机械制造技术单片集成在硅基底上，准直光通过微镜的适当旋转被接到适当的输出端。
微铰链把微镜铰接在硅基底上，微镜两边有两个推杆，推杆一端连接微镜铰接点，另一端连接可平移梳妆电极。
转换状态通过调节梳妆电极使微镜发生转动，当微镜为水平时，可使光束从该微镜上面通过，当微镜旋转到与硅基底垂直时，它将反射入射到它表面的光束，从而使该光束从该微镜对应的输出端口输出。
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微光电子集成系统芯片的研究进展
＊
陈 弘 达
(集成光电子学国家重点联合实验室北京
微光电子集成系统芯片
随着现代社会信息化和科学技术的高度发展交换传输是目前
世界各国普遍高度重视的研究热点之一以计算机技术和通信技术为代表的电子
信息技术带来了一场彻底改变人类生活和工作的信息革命微电子技术发展非常迅速
性能完善集成制造工艺相当成熟正迅速
发展着的另一门高新技术——光子集成技术能够高速超大容量传输信息高速并行处理与
交换信息能力相互渗透构成微光电子集成系统
将成为二十一世纪信息技术的重要支柱
如何使光子集成与微电子集成充分融合是发展超高速超大容量多功能微光电子集
成系统的关键所在微光电子集成技术和微光电机械集成技术的发
展人们力图将大量多种功能的器件集成于同一个芯片上
System on ChipËٶȸ߳ɱ¾µÍ¿É¿¿ÐԸߵÈÓŵã
Integrated System
ÔÚ¹¦ÄܺÍÐÔÄÜ·½Ãæ¾ùÈ¡µÃ·ÉËÙ·¢Õ¹µÄ΢¹âµç×Ó¼¯³ÉϵͳоƬÊǹâ×Ó¼¯³ÉÓë΢µç×Ó¼¼ÊõÏà½áºÏ
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模电子信息处理和存储电路引入光信息处理系统微光电子
集成系统芯片自九十年代出现以来美英德
象元构成器件性能改善光电集成
二
构成具有实用价值
的光电子集成系统
它是根据系统功能的要求
大规模集成在一块芯片上
以突破分立器件的功能局限性
(1) 光子集成器件要尽可能具备多功能性调制开关
(2) 光要垂直于表面照射在器件上或从器件表面发射
光子器件集成化是发展大规模微光电子集成系统的必由之路
例如偏置条件若是单片集成还要
求光子集成器件与微电子器件的材料
(4) 要求光子集成器件具有较高的成品率和可靠性产业化所必需的
单片光电子集成电路
微光电子混合集成系统芯
片体积小性能价格比大大提高
半导体多量子阱光探测器VCSEL
°ëµ¼Ìå¶àÁ¿×ÓÚå×Ôµç¹âЧӦÆ÷¼þ(Self Electro-Optic Effect Device, 简称SEED)是八十年代后期迅速发
展起来的一种新颖的光电混合型光逻辑开关器件
它利用超晶格量子阱二维自由激子吸收在外电场作用
下的非线性变化通过多量子阱电吸收及电色散效
应从而实现光调制开关功能
利用现有的较为成熟的微电子工艺制作器件及阵列可达ns量级或更低
器件单位面积开关能耗可达10fJ/µm2量级特别是反射型SEED器
件具有结构简单极低能耗稳定性好可实现光探测
光开关光存储电光转换等多种功能
SEED器件及阵列是一种在GaAs/AlGaAs多量子阱材料上制作的电吸收光电子器件
也可用做光调制器也可与GaAs电子器件单片集成
可很方便地制作成大规模高密度二维集成面阵已研制成功64K
的SEED集成面阵
Vertical-Cavity Surface-Emitting Laser 及其阵列是一种新型
的半导体激光器垂直腔面发射激光器与侧向出光的边发射
激光器在结构上有着很大的不同这种独特的器件结构易于实现二维平面阵列
使得其与光纤的耦合效率大为提高在较宽
的温度范围内易于得到单纵模工作微腔效应使得自发发射因子较普通边发射激光器
有几个量级的提高能够实现极低阈值或无阈值的激射
研制高密度大规模集成激光器面阵
与平面硅工艺完全兼容大规模制备这一现代工业的关键要求
目前研究机构研
究波长覆盖了从紫外到红外的各个波段在最近的两三年
0.85µm GaAs/AlGaAs及0.98µm InGaAs/GaAs系列的VCSEL已趋于成熟
２µm2腔面频率响应>40GHz以10Gb/s
速率传输今年美国Cielo 通讯
ｍ ＶＣＳＥＬ领域取得了成功ｍ工业用垂直腔面发射激光器
在集成面阵方面
３４ ＶＣＳＥＬ集成面阵
三
微光电子集成系统芯片从1991年开始研究
1990年星球大战计划停止
光交换技术
在DARPA的支持下
已筹建好世界上第一条带光输入/光输出窗口的微光电子超大规模集成电路
即CMOS-SEED智能象素
芯片
共包含4352个SEED光输入/光输出窗口器件２５６
美高速度数据传输
大容量自由空间光互连网络的多机群并行高性能计算机系统
1998年美国Honeywell研究中心已筹建好世界上第二条带光输入/光输出窗口
的微光电子超大规模集成电路
即CMOS-MSM/VCSEL智能象素芯片
将MSM/VCSEL微光子集成芯片倒装焊接在CMOS
集成电路芯片上
所构成的微光电子集成系统芯片为有源激光器件并
包括具有一定逻辑处理和智能控制功能的微电子电路并发射光信号
VCSEL 微光电子集成系统芯片有较大的优
势不需要外部偏置光源是比SEED微光电子集成系
统芯片等光无源集成系统芯片更加优越的智能光电子器件
成品率高可充分发挥光子集成器件和电子器件的性能
集成后的智能象素体积小性能价格比大大提高
HP公司的单信道智能象素Transceiver收发模块
可应用于高速并行光互连链路和ATM光交换系统中
结 语
以SEEDCMOS为基础器件的具有高速大容量高并行处理功能的微光电子集成系统芯片
具有重大的应用前景及很强的开拓性和探索性研究处于发展阶段
世界各大公司都在积极开展研究
从应用与市场角度看这类研究在发展计算技术和通讯技术方
面具有战略意义发展速度惊人应用需求量很大
由微光电子集成系统芯片构成的光互连