半导体技术的纳米技术

纳米技术有很多种，基本上可以分成两类，一类是由下而上的方式或称为自组装的方式，另一类是由上而下所谓的微缩方式。前者以各种材料、化工等技术为主，后者则以半导体技术为主。

以前我们都称 IC 技术是「微电子」技术，那是因为晶体管的大小是在微米（10-6米）等级。但是半导体技术发展得非常快，每隔两年就会进步一个世代，尺寸会缩小成原来的一半，这就是有名的摩尔定律（Moore’s Law）。

大约在 15 年前，半导体开始进入次微米，即小于微米的时代，尔后更有深次微米，比微米小很多的时代。到了 2001 年，晶体管尺寸甚至已经小于 0.1 微米，也就是小于 100 纳米。因此是纳米电子时代，未来的 IC 大部分会由纳米技术做成。但是为了达到纳米的要求，半导体制程的改变须从基本步骤做起。每进步一个世代，制程步骤的要求都会变得更严格、更复杂。

芯片现在都是采用光刻技术制作出来的半导体集成电路，所谓纳米芯片指的是集成电路的特征尺寸为多少多少纳米。特征尺寸越小，芯片的集成度越高，芯片运算能力越强，但是耗电量和发热量也随之增大。现在半导体技术的发展，芯片的特征尺寸基本上都是一百纳米以下了。

注意这里的特征尺寸指的是工艺能精确控制的最小的结构尺寸，并不是说这个芯片就这么大。

光刻的工艺是现在基板（一般是单晶硅）上面铺上一层光刻胶，然后在掩膜板的遮挡下进行曝光，然后把胶洗掉，再沉积硅，再涂胶，再曝光，再洗胶，再沉积。如此一层一层循环往复，制成多层复杂的半导体集成电路。

现代集成电路的工艺大致是这样的：矿物——单晶硅晶体（圆柱体）——单晶硅晶体切片——打磨抛光——镀导电层、绝缘层——激光蚀刻电子元件——打磨掉多余半导体材料——焊接引脚封装。晶体管实际上就是利用半导体材料（单晶硅）的材料特性，使电流通过时产生放大、单向通过等等一系列的电效应。通过激光蚀刻单晶硅，便形成三极管、二极管等等微小的电子元件。电子元件的尺寸决定于激光束的粗细和控制精度。激光束越细、控制精度越高，那么电子元件的集成度越高，单位面积的电子元件数量越多。单晶硅晶体的粗细决定了生产效率，批量生产其直径最大已经能做到12英寸，那么一张晶元上同时能生产的芯片数量越多，生产成本就越低。除去研发费用，这就是为什么芯片价格越来越便宜。

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