微系統

《微系統》系統地介紹了微系統基本概念、發展背景及主要分類，重點介紹了電子元器件技術、集成技術、算法與架構、熱管理技術等微系統關鍵技術，全面總結了國內外微系統的*進展情況，分析了微系統的典型應用。微系統是融合微電子、微光子、MEMS、架構和算法五大基礎要素，採用系統設計的思想和方法，將傳感、通信、處理、執行和微能源等五大功能單元，以微納製造及工藝為基礎的系統級封裝集成在一起的具有多種功能的微裝置。當前，微系統技術正在向從平面集成到三維集成、從微機電/微光電集成到異質混合集成、從結構/電氣一體化集成到多功能一體化集成等方向發展，並正與生命科學、量子技術、微納前沿交織融合，成為聚集前沿科技創新發展的重要領域。 ^[1] 

目　錄

第一章　微系統概述------------------- １

一、認識微系統-------------------- ２

(一)什麼是系統? ----------------- ２

(二)什麼是微系統? ---------------- ３

二、微系統的發展背景和需求-------------- ８

(一)發展背景------------------- ８

(二)發展需求------------------- ９

三、微系統的分類------------------- １０

(一)信息處理微系統---------------- １１

(二)導航微系統------------------ １１

(三)射頻微系統------------------ １１

(四)光電微系統------------------ １１

第二章　微系統關鍵技術----------------- １３

一、微系統相關電子元器件技術------------- １６

(一)微電子技術------------------ １６

(二)光電子器件技術---------------- ２４

(三)微機電系統(MEMS)器件技術--------- ２６

(四)微能源器件技術---------------- ２８

二、集成技術--------------------- ２９

三、算法與架構-------------------- ３０

四、熱管理技術-------------------- ３１

五、微系統技術發展面臨的挑戰------------- ３３

(一)集成技術因工藝和外圍限制受影響-------- ３３

(二)散熱困難和可靠性降低------------- ３４

(三)檢測和測試資源的支持不能及時到位------- ３４

第三章　國外微系統發展舉措--------------- ３５

一、制定重大發展規劃引領技術創新與變革-------- ３６

(一)國際路線圖委員會發布新版國際器件與系統

路線圖-------------------- ３６

(二)美國製定“電子復興計劃” ----------- ４５

(三)歐盟制定“功率半導體和電子製造４?０”計劃--- ５２

(四)日本推出新型電力電子器件發展規劃------- ５３

二、設立有針對性的投資項目為技術發展提供支撐----- ５４

(一)先進處理器技術領域投資側重憶阻器及專用

技術研發------------------- ５５

(二)寬禁帶半導體器件領域注重應用技術研發----- ５９

(三)新材料器件領域投資集中在石墨烯前沿技術研究-- ６０

(四)國外新型電子材料研究領域投資規模不斷擴大--- ６１

第四章　國外微系統發展現狀--------------- ６３

一、先進處理器前沿技術在硬件研製和可行性架構開發

方面進步明顯------------------- ６４

(一)美國研製出世界首個集成硅光子學神經網絡硬件-- ６４

(二)澳大利亞推出世界首個硅基互補金屬氧化物半導體

量子計算芯片可行性架構------------ ６８

二、下一代存儲器前沿技術發展聚焦國防軍事應用和高性能

計算等領域-------------------- ７４

(一)美國開發出新型三維微型數字射頻存儲器----- ７４

(二)波蘭開發出世界首個基於化學反應原理的信息存儲

單元“化學比特” --------------- ７９

?Ⅳ? 微系統

(三)美國與IMEC合作研發電阻式隨機存取存儲器

工藝--------------------- ８０

(四)三星９６層第五代NAND存儲器芯片實現量產--- ８１

三、寬禁帶半導體器件前沿技術在異構集成代工工藝和晶體

管器件製造領域獲得突破-------------- ８２

(一)美國磷化銦和氮化鎵射頻裸芯片與硅互補金屬氧化物

半導體晶圓異構集成達到代工水平-------- ８２

(二)日本成功研製出全球首個金剛石基金屬氧化物半導體

場效應晶體管----------------- ８５

(三)美國開發出基於下一代電力電子半導體材料氧化鎵

全新耗盡/增強型場效應晶體管--------- ８７

四、新材料器件前沿技術在二維材料生長和先進器件開發等

方向成果顯著------------------- ８８

(一)美國開發出二硫化鉬二維材料多端子憶阻晶體管-- ８８

(二)美國開發出基於石墨烯的遠程外延技術------ ９１

(三)美國IBM 公司製造出先進碳納米管p溝道晶體管- ９３

五、特種功能器件前沿技術有望獲得大規模推廣和應用--- ９３

(一)新型可自愈封閉式相變存儲器問世-------- ９３

(二)美國範德堡大學開發出可自分解電路板------ ９６

第五章　國內微系統發展情況--------------- ９７

一、發展現狀--------------------- ９８

(一)我國出台促進微系統產業發展的規劃------- ９８

(二)我國企業突破微系統多項關鍵技術------- １００

(三)國內企業在部分微系統領域實現趕超------ １０２

(四)國內企業積極開拓微系統新應用領域------ １０２

二、國內微系統主要企業--------------- １０４

(一)中星測控:研發實力雄厚----------- １０４

(二)敏芯微電子:具有獨特技術---------- １０４

(三)歌爾聲學:高成長潛力仍存---------- １０５

(四)瑞聲科技:保持穩健發展----------- １０５

(五)青鳥元芯:老牌廠商蓄力待發--------- １０５

(六)深迪半導體:專注於陀螺儀的新秀------- １０６

(七)金山科技:數字化醫療設備龍頭-------- １０６

(八)寶雞秦明:軍工生產背景延續到商用------ １０７

(九)崑崙海岸:乘政策東風或發展利好------- １０７

第六章　微系統技術典型應用-------------- １０９

一、戰場感知與控制----------------- １１２

(一)遠程監視戰場感知傳感器系統--------- １１２

(二)微量化學品探測器-------------- １１４

(三)微流動控制----------------- １１５

(四)健康與使用狀態監控------------- １１８

二、慣性導航測量------------------ １１９

(一)MEMSIMU相關部件------------- １１９

(二)基於微系統的飛機姿態與航向指示系統----- １２２

三、微型飛行器------------------- １２４

(一)昆蟲飛行器----------------- １２６

(二)混合昆蟲微機電計劃------------- １２７

四、軍用射頻組件------------------ １２９

(一)射頻MEMS開關--------------- １３０

(二)射頻MEMS傳感與通信微組件--------- １３０

五、變形反射鏡和車載雷達-------------- １３２

(一)變形反射鏡----------------- １３２

(二)車載激光雷達---------------- １３３

六、微納衞星及其推進器--------------- １３４

(一)手機衞星------------------ １３４

(二)新型超小馬達---------------- １３５

(三)小型推進器----------------- １３６

七、新型光電集成芯片---------------- １３７

(一)二維光學相控陣列芯片------------ １３７

(二)太赫茲成像微芯片-------------- １３７

八、消費微系統領域----------------- １３９

(一)微傳感器提高汽車安全性----------- １４０

(二)微系統芯片提高電子產品能力--------- １４１

九、醫療微系統領域----------------- １４２

第七章　結束語-------------------- １４７

賈晨陽，高級工程師，長期從事國外導彈武器裝備與前沿技術領域情報研究工作，連續多年承擔導彈武器裝備和前沿技術領域省部級情報研究課題，公開發表多篇論文，公開出版多部專著，獲得兩次國防科技進步獎。