内容简介

微系统是融合微电子、微光子、MEMS、架构和算法五大基础要素，采用系统设计的思想和方法，将传感、通信、处理、执行和微能源等五大功能单元，以微纳制造及工艺为基础的系统级封装集成在一起的具有多种功能的微装置。当前，微系统技术正在向从平面集成到三维集成、从微机电/微光电集成到异质混合集成、从结构/电气一体化集成到多功能一体化集成等方向发展，并正与生命科学、量子技术、微纳前沿交织融合，成为聚集前沿科技创新发展的重要领域。本书系统地介绍了微系统基本概念、发展背景及主要分类，重点介绍了电子元器件技术、集成技术、算法与架构、热管理技术等微系统关键技术，全面总结了国内外微系统的最新进展情况，分析了微系统的典型应用。

作者简介

贾晨阳，高级工程师，长期从事国外导弹武器装备与前沿技术领域情报研究工作，连续多年承担导弹武器装备和前沿技术领域省部级情报研究课题，公开发表多篇论文，公开出版多部专著，获得两次国防科技进步奖。

前言

微系统由Microsystems (MTS)翻译而来，顾名思义，即轻小型系统。国内一般认为微系统是融合微电子、微光子、MEMS、架构和算法五大基础要素，采用系统设计的思想和方法，将传感、通信、处理、执行和微能源等五大功能单元，以微纳制造及工艺为基础的系统级封装集成在一起的具有多种功能的微装置。微系统是继集成电路之后的下一个基础性、战略性、先导性产业，是关注太空、海洋、战略预警和电磁的技术基础。20世纪60年代以来，微系统技术经历了从微器件的设想到微压力传感器的问世，逐步实现技术突破和制造工艺的改进，至今进入集成技术大力发展阶段，在信息、生物、航天、军事等领域已有广泛应用。美国等发达国家在20世纪末已将微系统技术列为现代前沿核心技术，并纳入国防科技攻关计划，掌握微系统技术对于国家保持技术领先优势具有重要意义。微系统技术和产业发展如今也受到我国各部门、相关高校和科研机构的高度重视和大力支持，深入研究势在必行。微系统具有高集成度、微小型化、低功耗、高可靠性、高效率等优点。未来，微系统技术上的新材料、新方法、新工艺等技术变革必将对军民两用的系统研发和制造带来颠覆性影响。

目录

第一章微系统概述-------------------1一、认识微系统--------------------2(一)什么是系统?-----------------2(二)什么是微系统?----------------3二、微系统的发展背景和需求--------------8(一)发展背景-------------------8(二)发展需求-------------------9三、微系统的分类-------------------10(一)信息处理微系统----------------11(二)导航微系统------------------11(三)射频微系统------------------11(四)光电微系统------------------11第二章微系统关键技术-----------------13一、微系统相关电子元器件技术-------------16(一)微电子技术------------------16(二)光电子器件技术----------------24(三)微机电系统(MEMS)器件技术---------26(四)微能源器件技术----------------28二、集成技术---------------------29三、算法与架构--------------------30四、热管理技术--------------------31五、微系统技术发展面临的挑战-------------33(一)集成技术因工艺和外围限制受影响--------33(二)散热困难和可靠性降低-------------34(三)检测和测试资源的支持不能及时到位-------34第三章国外微系统发展举措---------------35一、制定重大发展规划引领技术创新与变革--------36(一)国际路线图委员会发布新版国际器件与系统路线图--------------------36(二)美国制定“电子复兴计划”-----------45(三)欧盟制定“功率半导体和电子制造4?0”计划---52(四)日本推出新型电力电子器件发展规划-------53二、设立有针对性的投资项目为技术发展提供支撑-----54(一)先进处理器技术领域投资侧重忆阻器及专用技术研发-------------------55(二)宽禁带半导体器件领域注重应用技术研发-----59(三)新材料器件领域投资集中在石墨烯前沿技术研究--60(四)国外新型电子材料研究领域投资规模不断扩大---61第四章国外微系统发展现状---------------63一、先进处理器前沿技术在硬件研制和可行性架构开发方面进步明显-------------------64(一)美国研制出世界首个集成硅光子学神经网络硬件--64(二)澳大利亚推出世界首个硅基互补金属氧化物半导体量子计算芯片可行性架构------------68二、下一代存储器前沿技术发展聚焦国防军事应用和高性能计算等领域--------------------74(一)美国开发出新型三维微型数字射频存储器-----74(二)波兰开发出世界首个基于化学反应原理的信息存储单元“化学比特”---------------79(三)美国与IMEC合作研发电阻式随机存取存储器工艺---------------------80(四)三星96层第五代NAND存储器芯片实现量产---81三、宽禁带半导体器件前沿技术在异构集成代工工艺和晶体管器件制造领域获得突破--------------82(一)美国磷化铟和氮化镓射频裸芯片与硅互补金属氧化物半导体晶圆异构集成达到代工水平--------82(二)日本成功研制出全球首个金刚石基金属氧化物半导体场效应晶体管-----------------85(三)美国开发出基于下一代电力电子半导体材料氧化镓全新耗尽/增强型场效应晶体管---------87四、新材料器件前沿技术在二维材料生长和先进器件开发等方向成果显著-------------------88(一)美国开发出二硫化钼二维材料多端子忆阻晶体管--88(二)美国开发出基于石墨烯的远程外延技术------91(三)美国IBM公司制造出先进碳纳米管p沟道晶体管-93五、特种功能器件前沿技术有望获得大规模推广和应用---93(一)新型可自愈封闭式相变存储器问世--------93(二)美国范德堡大学开发出可自分解电路板------96第五章国内微系统发展情况---------------97一、发展现状---------------------98(一)我国出台促进微系统产业发展的规划-------98(二)我国企业突破微系统多项关键技术-------100(三)国内企业在部分微系统领域实现赶超------102(四)国内企业积极开拓微系统新应用领域------102二、国内微系统主要企业---------------104(一)中星测控:研发实力雄厚-----------104(二)敏芯微电子:具有独特技术----------104(三)歌尔声学:高成长潜力仍存----------105(四)瑞声科技:保持稳健发展-----------105(五)青鸟元芯:老牌厂商蓄力待发---------105(六)深迪半导体:专注于陀螺仪的新秀-------106(七)金山科技:数字化医疗设备龙头--------106(八)宝鸡秦明:军工生产背景延续到商用------107(九)昆仑海岸:乘政策东风或发展利好-------107第六章微系统技术典型应用--------------109一、战场感知与控制-----------------112(一)远程监视战场感知传感器系统---------112(二)微量化学品探测器--------------114(三)微流动控制-----------------115(四)健康与使用状态监控-------------118二、惯性导航测量------------------119(一)MEMSIMU相关部件-------------119(二)基于微系统的飞机姿态与航向指示系统-----122三、微型飞行器-------------------124(一)昆虫飞行器-----------------126(二)混合昆虫微机电计划-------------127四、军用射频组件------------------129(一)射频MEMS开关---------------130(二)射频MEMS传感与通信微组件---------130五、变形反射镜和车载雷达--------------132(一)变形反射镜-----------------132(二)车载激光雷达----------------133六、微纳卫星及其推进器---------------134(一)手机卫星------------------134(二)新型超小马达----------------135(三)小型推进器-----------------136七、新型光电集成芯片----------------137(一)二维光学相控阵列芯片------------137(二)太赫兹成像微芯片--------------137八、消费微系统领域-----------------139(一)微传感器提高汽车安全性-----------140(二)微系统芯片提高电子产品能力---------141九、医疗微系统领域-----------------142第七章结束语--------------------147