8-5：微电子技术 - tpedutw.PDFVIP

高級中學物理（下冊） 第八章 電子學 §8-5：微電子技術 P19 §8-5：微電子技術 一、 微電子技術： １. 積體電路： (1) 積體電路是將電路所需的電子零件連同金屬接線(金線或鋁線)，全部整合製作 在一個很小的矽(或鍺)晶片內。這個小晶片實際上就是一個完整的電路，稱為 IC。 (2) 1958 年，美國科學家基爾比在美國德州儀器公司成功的製作出第一個積體電 路。基爾比 因此獲得 2000 年諾貝爾物理獎。 ２. 微電子技術： (1) 由於積體電路所涉及的尺度非常微小，常以微米(μ m)為單位，所以又稱為微 電子技術。 (2) 利用微電子技術，可以將上百萬個電晶體，容納在一小片長寬在幾毫米到幾十 毫米的小矽晶片內，可具有多樣的功能。 (3) 積體電路的製作是在一塊大面積的晶圓上，同時製成許多性能和結構完全相同 的小晶片，因此 IC 可以進行大量生產而使成本大為降低。 二、 積體電路的製作過程： １. 晶圓材料： (1) 製作積體電路的基礎材料為高純度的矽(或鍺)晶棒，晶圓材料廠將矽原料熔解 後，做成矽結晶棒，長度約為 1m，常見直徑尺寸有 4 吋、6 吋、8 吋及 12 吋。 高級中學物理（下冊） 第八章 電子學 §8-5：微電子技術 P20 (2) 再將矽晶棒切成厚度約為 mm 的薄片狀，這些薄片表面經磨光後，形 成厚度均勻，像鏡子一樣的矽晶圓。 ２. 晶圓製造： (1) 薄膜生長： (2) 微影： (3) 蝕刻： (4) 摻雜擴散： 重複以上的步驟，按需要疊加層數，構成三維的電路結構。當前所製出的最複 雜的積體電路甚至加到二十多層。在特留的空隙處，蒸鍍金屬(常用鋁)，作為 電極或連接導線之用。一片晶圓可以同時製作出上百個完全相同的晶片。將晶 圓上的小晶片一一切割分離，並焊接金屬導線(使用線徑為 0.025mm 的鋁線或 金線)。 ３. 封裝測試：晶圓經過以上的製造過程之後，經由 n 測試，把功能異常之晶片剔除後， 將晶圓切割成一顆顆的晶粒。由於晶粒小而脆弱，需用導線架承載，並將導線引出 焊接，最後以環氧樹脂材料加以密封包裝，才製成我們常見的積體電路。 ４. 良率：一片晶圓的良率是判斷晶圓製程技術的重要指標。 晶圓良率的定義為：良率 良好晶片數目 ×100% 晶圓上的晶片總數 三、 微電子技術的影響： 微電子技術是電子工業的一次大革命，它影響了我們日常生活的各個層面，使人類的 高級中學物理（下冊） 第八章 電子學 §8-5：微電子技術 P21 生活面貌完全改觀，已經為人類生活帶來巨大的變化。 １. 積體電路具有尺寸小、功能多、價格低廉、可靠性高以及方便利用等特點。 ２. 在科學研究上，使科學家得以在空間嚴格受到限制的人造衛星或太空船，裝上能執 行多種任務的複雜電子系統。 ３. 在軍事上，飛彈也是由於應用了積體電路，才能具有精確的、可靠的導向能力，使 它成為現代戰爭中的利器。 ４. 在工業上，各種感應或控制元件以及機器人等都是利用 IC 來製作，使生產得以自動 化。 ５. 在生活上的應用，處處可見，例如掌上型計算機、電子錶、收音機、電視機、手機、