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SiGe半导体在微电子技术发展中的重要作用.txt我不奢望什么，只希望你以后的女人一个不如一个。
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第 38 卷第 1 期2008 年 2 月微电子学Microelect ronicsSi Ge 半导体在微电子技术发展中的重要作用谢孟贤1 , 古妮娜2( 1. 电子科技大学微电子与固体电子学院 , 成都 610054 ; 2. 台积电 ( 上海) 有限公司 , 上海 201616)( 1 . S chool of M icroelect ronics an d S oli d S t ate Elect ronics , Uni v . Elec. S ci. an d Technol . of Chi na , Chen g d u 610054 , P. R. Chi na;istics in f requency and speed imp rovement . Important f unction of Si Ge semico nducto r in technology develop ment of using st rain) is emp hasized specifically. Moreover , t he current develop ment of Si Ge devices and ICs is discussed. 2520 EEACC : 1 引言势的半导体材料。
尽管最早采用的是 Ge ,并且其他某些半导体材料也许具有较高的载流子迁移率、较大的载流子饱和漂移速度和较宽的禁带宽度 , 但由于 Si 的许多优良特性 ,特别是能方便地形成极其有用的绝缘膜—— 2 膜 ,而且在 Si 工艺中也能够方—SiO 便地使用另一种很有价值的绝缘膜——Si3 N 4 膜 , —在整个微电子技术中 ,Si 器件的应用超过了 97 % 。
新型半导体材料有哪些特点
在当今科技发展迅速的时代，半导体材料扮演着至关重要的角色。
随着科学技
术的不断进步，新型半导体材料的研究和应用也得到了极大的提升。
新型半导体材料相对于传统材料有许多独特的特点，下面将会一一介绍。
特点一：带宽可调性
新型半导体材料具有较大的带宽可调性，这意味着它们的带隙能够通过调控材
料的结构和成分来实现。
这一特点使得这些材料在不同应用场合具有更大的灵活性。
特点二：高载流子迁移率
相比传统半导体材料，新型半导体材料具有更高的载流子迁移率。
这使得它们
在高频电子器件和高功率器件中表现更加出色，能够提供更高的性能。
特点三：热稳定性优异
新型半导体材料通常具有更好的热稳定性，可以在更高的温度下运行而不失效。
这种热稳定性优异的特点使得这些材料在一些高温环境下的应用有着巨大的优势。
特点四：光学特性优良
许多新型半导体材料具有优良的光学特性，例如高光电转换效率、发光强度高等。
这些特点使得这些材料在光电子学领域有着广泛的应用前景。
特点五：环保性好
随着人们对环境保护意识的不断提升，新型半导体材料也更注重环保性。
这些
材料通常采用的制备工艺更加绿色环保，减少了对环境的污染，符合现代社会的可持续发展需求。
综上所述，新型半导体材料具有诸多独特的特点，包括带宽可调性、高载流子
迁移率、热稳定性优异、光学特性优良和环保性好等。
这些特点使得新型半导体材料在未来的科技发展中将会有着更加广泛的应用和发展前景。
第二代半导体的发展现状与趋势-概述说明以及解释1.引言1.1 概述第二代半导体指的是采用铜铟镓硒（CIGS）、氮化镓（GaN）、碳化硅（SiC）等材料制备的半导体器件。
与传统硅基半导体相比，第二代半导体具有更高的电导率、更低的漏电流和更高的工作温度等优势。
本文旨在探讨第二代半导体的发展现状与趋势，为读者提供关于这一领域的最新动态和未来发展方向。
1.2 文章结构本文将首先介绍第二代半导体的基本概念和特点，包括其与第一代半导体的区别和优势。
接着将详细分析目前第二代半导体在各个领域的发展现状，包括材料、器件、应用等方面的最新进展。
最后，我们将展望第二代半导体的未来发展趋势，探讨其在新兴技术领域的应用前景，为读者提供一个全面了解和认识第二代半导体的途径。
通过本文的阐述，读者将对第二代半导体的发展现状和未来发展趋势有一个清晰的认识，为进一步深入研究和应用提供一个参考框架。
1.3 目的本文旨在对第二代半导体的发展现状与趋势进行深入探讨，以全面了解这一领域的最新发展动态。
通过分析第二代半导体的定义、特点、发展现状以及未来发展趋势，可以帮助读者更好地了解该领域的重要性和潜在机遇。
同时，本文也旨在为相关领域的研究者、企业和投资者提供有价值的参考和启发，以促进第二代半导体技术的进一步发展和应用。
希望通过此文的撰写，能够为促进第二代半导体领域的发展做出一定的贡献，推动其在未来科技创新和产业发展中的重要作用。
2.正文2.1 第二代半导体的定义与特点第二代半导体是指相对于第一代半导体材料而言的一类新型半导体材料，具有一些独特的特点。
第一代半导体主要是指硅材料，而第二代半导体则包括了多种新型材料，如化合物半导体、氮化镓、碳化硅等。
第二代半导体的特点主要包括以下几点：1. 带宽较大：第二代半导体具有比传统硅材料更宽的带隙，可以实现更高的频率运行，具有更高的功率密度和更低的功耗。
2. 更高的载流子迁移率：第二代半导体材料具有更高的载流子迁移率，可以提高器件的工作速度和性能。
半导体材料与微电子器件性能关联分析随着科技的不断发展，微电子器件在现代社会中扮演着非常重要的角色。
而半导体材料作为微电子器件的核心材料之一，对于微电子器件的性能具有重要的影响。
本文将深入探讨半导体材料与微电子器件性能之间的关联。
首先，我们需要了解半导体材料的基本特性。
半导体材料的特点在于其具备介于导体和绝缘体之间的电导率。
与导体相比，半导体材料的电导率较低；而与绝缘体相比，半导体材料的电导率则较高。
这种特性使得半导体材料成为微电子器件的理想选择。
半导体材料中最常见的一类是硅（Si）材料。
硅材料具有良好的半导体特性，广泛应用于微电子制造中。
此外，氮化镓（GaN）等材料也在近年来得到了广泛关注。
不同的半导体材料具有不同的物理和电学特性，因此在微电子器件中的应用也有所不同。
半导体材料的性能与微电子器件的性能息息相关。
首先，半导体材料的能带结构对其导电性能起到了关键的影响。
能带结构决定了半导体中电子和空穴的分布状态。
当半导体材料被施加电场或加热时，电子和空穴会在能带内进行移动，从而产生电流。
因此，能带结构直接影响了半导体材料的导电性能。
其次，半导体材料的掺杂水平对微电子器件的性能也具有重要的影响。
掺杂是指向半导体材料中引入杂质原子，以改变其导电性能。
根据掺杂类型的不同，可以分为N型掺杂和P型掺杂。
N型掺杂是向半导体材料中引入多余的电子，增加其导电性能；P型掺杂则是引入多余的空穴，也会改变半导体材料的导电性能。
适当的掺杂水平可以提高微电子器件的导电性能和性能稳定性。
另外，半导体材料的载流子迁移率也对微电子器件的性能起到重要作用。
载流子迁移率是指电子或空穴在半导体材料中的移动速度。
它反映了半导体材料中的载流子注入效果以及电流的传输能力。
如果载流子迁移率较高，电流将更顺畅地通过半导体材料，微电子器件的性能将得到显著提升。
此外，半导体材料还需要具备良好的热稳定性和机械性能。
在实际应用中，微电子器件会受到高温、环境湿度等外界因素的影响。
SiGe半导体在微电子技术发展中的重要作用SiGe半导体是一种由硅和锗元素组成的复合材料，具有优异的电子特性和热特性，被广泛应用于微电子技术领域。
SiGe半导体在微电子技术发展中扮演着重要的角色，它不仅可以提高集成电路器件的性能和功能，还可以实现更高的工作频率和更低的功耗。
本文将探讨SiGe半导体在微电子技术中的重要作用。
SiGe半导体在集成电路器件中具有很高的迁移率。
迁移率是衡量半导体材料导电性能的重要指标，它决定了器件的响应速度和工作频率。
由于SiGe材料中的锗原子相对较大，可以有效地提高电子在半导体中的迁移率，从而提高集成电路器件的工作速度。
在高频和射频应用中，SiGe材料可以实现更高的工作频率和更快的信号处理速度，因此在通信、雷达、无线电频率识别等领域有着广泛的应用。
SiGe半导体在集成电路器件中还可以实现更低的功耗。
功耗是衡量集成电路器件能耗的重要指标，在移动设备、智能穿戴、传感器等电子产品中，低功耗技术是十分重要的。
由于SiGe材料具有较低的能隙和较高的迁移率，可以实现更低的静态功耗和动态功耗，相比于传统的硅材料，SiGe材料能够在保持性能的前提下降低功耗，为电子产品的节能和续航提供了可能。
SiGe半导体在微电子技术中还具有很大的可塑性。
由于SiGe材料可以通过外延生长、掺杂等工艺实现在硅基片上的制备，因此可以与传统的硅工艺相兼容，且可以方便地实现集成电路的多种功能和器件的多种集成。
在射频前端模块、光电器件、传感器、微波器件等领域，SiGe材料可以实现不同性能和功能的集成，且在制备工艺上更加灵活和成本更低。
SiGe半导体还可以应用在光电器件领域。
由于SiGe材料的热特性和光学性能优异，利用其独特的能隙特性可以实现在半导体中的光电子器件，如SiGe光电二极管、光电探测器、光发射器等。
在光通信、光电子集成、光电传感等领域，SiGe光电子器件已经成为了一个研究热点和发展趋势，并且在实际应用中已经取得不少成功的实验成果。
硅的载流子迁移率一、前言硅是半导体材料中最常见的一种，其载流子迁移率是影响半导体器件性能的重要参数之一。
本文将从硅的基本结构、载流子迁移率的定义和影响因素、测量方法和应用等方面对硅的载流子迁移率进行全面详细的介绍。
二、硅的基本结构硅是周期表中第14族元素，原子序数为14，属于非金属。
在自然界中以二氧化硅（SiO2）的形式存在，是地壳中含量最多的元素之一。
硅晶体具有面心立方结构，每个晶格点上有一个原子，晶体中每个原子都与四个相邻原子成共价键连接。
三、载流子迁移率的定义和影响因素1.定义载流子迁移率（Mobility）指单位电场下载流子在半导体材料中运动所需时间与自由电荷密度之比。
其单位为cm2/Vs。
2.影响因素（1）掺杂浓度：掺杂浓度越高，杂质离子与主体晶格相互作用增强，使得载流子受到散射而降低迁移率。
（2）晶体质量：晶体缺陷、杂质等会影响载流子的迁移。
（3）温度：温度升高时，晶格振动增大，相应地，散射作用增强，迁移率降低。
（4）电场强度：电场强度越大，载流子受到的阻力越大，迁移率降低。
四、测量方法1.霍尔效应法该方法是通过测量半导体材料中的霍尔电压和磁场来确定载流子迁移率。
该方法测量精度高，但需要专门的实验设备和技术。
2.四探针法该方法是通过在半导体材料中加入一定电流后测量其电阻率来计算载流子迁移率。
该方法简单易行，但对半导体材料样品要求较高。
五、应用硅的载流子迁移率是影响半导体器件性能的重要参数之一。
在集成电路制造中，为了提高器件性能和稳定性，需要控制硅片中掺杂浓度、晶格缺陷等因素对载流子迁移率的影响。
在太阳能电池、光伏发电等领域也需要对硅的载流子迁移率进行研究和控制。
六、总结本文从硅的基本结构、载流子迁移率的定义和影响因素、测量方法和应用等方面对硅的载流子迁移率进行了全面详细的介绍。
希望能够为读者提供有关硅材料及其应用领域的知识。
微电子器件中的载流子输运特性分析微电子器件是现代科技中的重要组成部分，它们广泛应用于各个领域，如通信、计算机和医疗等。
而微电子器件中的载流子输运特性是决定其性能的关键因素之一。
本文将对微电子器件中的载流子输运特性进行分析。
首先，我们需要了解什么是载流子。
在微电子器件中，载流子是指电荷携带者，可以是电子或空穴。
电子是带负电荷的粒子，而空穴则是带正电荷的“缺陷”。
在半导体器件中，载流子的输运是通过电场和浓度梯度来实现的。
在微电子器件中，载流子的输运特性主要包括迁移率、扩散和复合等。
迁移率是指载流子在电场作用下的移动速度，它决定了载流子在器件中的传输效率。
扩散是指由于浓度梯度而引起的载流子的自由运动，它使得载流子在器件中能够均匀分布。
复合是指正负载流子之间的相互结合，它会导致载流子数量的减少。
在分析微电子器件中的载流子输运特性时，我们需要考虑材料的性质和器件的结构。
半导体材料的能带结构对载流子的输运有着重要影响。
例如，对于N型半导体，其导带中存在大量的自由电子，因此电子是主要的载流子。
而对于P型半导体，其价带中存在大量的空穴，因此空穴是主要的载流子。
此外，半导体材料的掺杂浓度也会影响载流子的输运特性。
在器件结构方面，常见的微电子器件包括二极管、晶体管和集成电路等。
这些器件的设计和制造过程中需要考虑载流子的输运特性。
例如，在二极管中，通过在P型和N型半导体之间形成P-N结，可以实现电流的单向导通。
而在晶体管中，通过控制基极电流可以调节集电极和发射极之间的电流放大倍数。
在集成电路中，通过将多个晶体管和其他元件集成在一起，可以实现复杂的功能。
除了材料和器件结构的影响，温度也是影响微电子器件中载流子输运特性的重要因素之一。
随着温度的升高，载流子的迁移率会降低，扩散会增加，从而影响器件的性能。
因此，在设计微电子器件时需要考虑温度对载流子输运特性的影响。
总结起来，微电子器件中的载流子输运特性是决定其性能的关键因素之一。
SiGe半导体在微电子技术发展中的重要作用
SiGe半导体是一种由硅和锗组成的复合材料，具有高迁移率的特点，是微电子技术发展中的重要材料之一。
SiGe半导体可以应用于多种领域，包括集成电路、光电子器件、射频设备等，具有广泛的应用前景和重要的经济价值。
SiGe半导体在集成电路中发挥着重要作用。
由于SiGe半导体具有比纯硅更高的电子迁移率，可以提高电子传输速度和晶体管的开关速度，从而使集成电路的工作频率更高。
SiGe半导体还减少电子的散射效应，提高了器件的工作效率和可靠性。
在高性能的通信和计算设备中，使用SiGe半导体可以提高集成电路的性能和功耗比，实现更快和更高效的数据处理能力。
SiGe半导体在光电子器件中也具有广泛的应用。
SiGe半导体具有较小的能隙，可以实现在可见光和红外光波段的光电转换。
这使得SiGe半导体在光通信、光纤传感和光储存等领域具有广泛的应用前景。
由于SiGe半导体具有较高的迁移率和较低的本征层间散射，可实现高速光电转换器件的设计与制备。
SiGe半导体可以提高光电转换效率，促进光学设备的微型化和集成化，实现光通信和光电子器件的高速传输和高灵敏度检测。
SiGe半导体还在射频设备领域发挥着重要作用。
由于SiGe半导体具有高电子迁移率和低电阻率等特点，可用于设计和制造高频率射频器件，如功率放大器、低噪声放大器和混频器等。
在无线通信领域，使用SiGe半导体制造的射频器件可以提高接收和发射信号的灵敏度和功率，实现更远的通信距离和更高的通信速度。
SiGe半导体还能够抵抗高温和辐射等环境的影响，适用于航天和卫星通信等高要求的应用场景。
电路中的材料科学和纳米技术电路作为现代科技的基础，起到了连接各种电子设备的重要作用。
而在电路的设计和制造过程中，材料科学和纳米技术的应用也扮演着关键角色。
本文将探讨电路中的材料科学和纳米技术的重要性和应用。
1. 材料科学在电路中的应用在电路的设计和制造过程中，材料的选择和性能对于电路的性能和稳定性具有重要影响。
材料科学的发展为电路技术提供了更多的选择和改进。
下面将从导体材料、绝缘材料和半导体材料三个方面来介绍材料科学在电路中的应用。
1.1 导体材料导体材料在电路中扮演着传递电流的重要角色。
传统的电路导体材料主要是金属，如铜和铝。
然而，随着电路尺寸的减小和高频电路的需求，金属导体材料的电阻和电流密度问题日益突出。
因此，材料科学家们开始研发新型导体材料，以提高电路的性能。
其中，碳纳米管是一种具有优异电导率的导体材料。
碳纳米管不仅具有高强度和高导电性能，而且还可以在纳米尺度上制备出来，适用于微型电路的制造。
此外，金属纳米线也被广泛用于制备柔性电子，具有高电导和良好的柔性。
1.2 绝缘材料绝缘材料在电路中起到隔离电流和保护电路的作用。
常用的绝缘材料有氧化铝、二氧化硅等。
然而，传统的绝缘材料在高频电路和微型电路中存在着导致信号衰减和互联问题的缺陷。
为了克服这些问题，研究人员开始研发新型的绝缘材料。
纳米介电材料是一种应用广泛的绝缘材料，其具有较低的损耗和较高的介电常数。
纳米介电材料可以在微细尺度上制备，并具有良好的绝缘性能。
由于其优异的性能，纳米介电材料被广泛应用于高频电路和微电子器件中。
1.3 半导体材料半导体材料在电路中扮演着控制电流的关键角色，是制造各种集成电路的基础。
早期的半导体材料主要是硅和锗。
然而，随着电路尺寸的减小和性能需求的提升，纳米技术为半导体材料的研发和应用提供了新的思路。
纳米材料、量子点和石墨烯等新型半导体材料被广泛研究和应用。
这些材料具有特殊的电子能带结构和电子传输特性，在电路中具有重要的应用潜力。
增强载流子迁移率是新一代微电子器件和电路发展的重要方向
（作者：Xie Meng-xian，电子科技大学微固学院)
（1）集成电路发展状况：
作为微电子技术的主体——集成电路，它的发展已经经历了若干个重要阶段，从小规模、中规模，到大规模、乃至超大规模、特大规模等。
微电子技术的这种长足的进步，在很大程度上就是在不断努力地缩短场效应器件的沟道长度，这主要是通过改善微电子工艺技术、提高加工水平来实现的。
尽管现在沟道长度已经可以缩短到深亚微米、乃至于纳米尺寸了，但是要想再继续不断缩短沟道长度的话，将会受到若干因素的限制，这一方面是由于加工工艺能力的问题，另一方面是由于器件物理效应（例如短沟道效应、DIBL效应、热电子等）的问题。
因此，在进一步发展微电子技术过程中，再单只依靠缩短沟道长度就很不现实、甚至也可能了，则必须采用新的材料、开发新的工艺和构建新的器件结构，才能突破因缩短沟道所带来的这些限制。
实际上，从集成电路的发展趋势来看，大体上可以划分为三大阶段：
①K时代（Kbit，KHz）：微细加工的时代（不断缩短有效尺寸）～“微米时代”；
②M时代（Mbit，MHz）：结构革命的时代（不断改进器件和电路结构）～“亚微米时代”；
③G时代（Gbit，GHz）：材料革命的时代（不断开发新材料、新技术）～“10纳米时代”。
现在已经开始进入G时代，因此，在不断开发新技术的同时，特别值得注意的是新材料的开发；不仅要开发新型的半导体材料（例如宽禁带半导体、窄禁带半导体、大极性半导体等），而且也要开发各种新型的辅助材料（例如高K、低K介质材料，Cu电极材料，新型表面钝化材料等）。
器件和电路研究者应该多加注意新材料的开发应用；而新材料研究者应该多加注意往器件和电路的应用上下功夫。
在新的材料和工艺技术方面现在比较受到重视的是高介电常数（高K）材料和Cu互连技术。
当沟道长度缩短到一定水平时，为了保持栅极的控制能力，就必须减小栅极氧化层厚度（一般，选取栅氧化层厚度约为沟道长度的1/50），而这在工艺实施上会遇到很大的困难（例如过薄的氧化层会出现针孔等缺陷）；因此就采用了高介电常数的介质材料（高K材料）来代替栅极氧化物，以减轻制作极薄氧化层技术上的难度。
另外，沟道长度缩短带来芯片面积的减小，这相应限制了金属连线的尺寸，将产生一定的引线电阻，这就会影响到器件和电路的频率、速度；因此就采用了电导率较高一些的Cu来代替Al作为连线材料，以进一步改善器件和电路的信号延迟性能。
可见，实际上所有这些高K材料和Cu互连等新技术的采用都是不得已而为之的，并不是从半导体材料和器件结构本身来考虑的。
显然，为了适应器件和电路性能的提高，最好的办法是另辟途径，应该考虑如何进一步发挥半导体材料和器件结构的潜力，并从而采用其他更有效的技术措施来推动集成电路的发展。
现在已经充分认识到的一种有效的技术措施就是着眼于半导体载流子迁移率的提高（迁移率增强技术）。
（2）迁移率增强技术：
迁移率（μ）是标志载流子在电场作用下运动快慢的一个重要物理量，它的大小直接影响到半导体器件和电路的工作频率与速度。
对于双极型晶体管而言，高的载流子迁移率可以缩短载流子渡越基区的时间，使特征频率（f T）提高，能够很好的改善器件的频率、速度和噪音等性能。
对于场效应晶体管而言，提高载流子迁移率则具有更加重要的意义。
因为MOSFET的最大输出电流——饱和漏极电流I DS可表示为：
I DS= (WμC ox/2L) (V GS－V T)2
式中的W/L为晶体管栅极的宽长比，C ox为单位面积栅电容（等于εox/t ox，t ox是栅氧化层厚度），V GS为栅-源电压，V T为增强型MOSFET的开启电压。
可见，在场效应晶体管中，增强沟道中载流子的迁移率μ与缩短沟道长度L具有同样的效果，都可以大大增大输出电流，并从而提高器件的驱动能力，因而可提高器件的工作速度。
特别有必要强调的是，对于提高大规模集成电路的速度而言，增强载流子迁移率的措施往往是一种必不可少的手段。
因为信号在集成电路中传输的延迟时间τd是与信号的逻辑电压摆幅V m和载流子迁移率μ成反比的，即有
τd∝C L/(μV m)
式中的C L是负载门扇出的输入电容与寄生电容之和。
而逻辑门开关工作所耗散的能量（为P d×τd）则必须大于转换C L的状态的能量，即等于C L所存储的能量，故有
P d×τd = C L V m2/2
即开关能量与逻辑电压摆幅的平方成正比。
这就表明，减短信号传输的延迟时间和降低开关能量，在对逻辑电压摆幅的要求上是矛盾的。
因此，为了保证集成电路能够稳定地工作，不致因发热而受到影响，就应当适当地降低逻辑电压摆幅；但与此同时，为了保证集成电路又具有较高的工作速度，那就只有提高载流子的迁移率来减短信号传输的延迟时间了。
所以，超高速场效应逻辑集成电路必须要具有较高的载流子迁移率才能得以实现。
实际上，对于沟道长度缩小到65nm数量级的VLSI而言，电路的功耗就已经成为了一个限制其性能的重要因素。
当然，如果对于工作速度没有特别的要求，只是为了提高集成度的话，那么降低功耗则是考虑的主要问题。
但是，实际上往往在降低功耗的同时，还必须提高速度。
因此，现在人们所采取的各种新型器件结构、新型材料和新型工艺技术，多数情况下都是为了增强载流子的迁移率，以降低逻辑电压摆幅，来避免功耗的这种限制。
对于ULSI的基本器件——CMOS而言，增强载流子的迁移率，特别是提高空穴的迁移率具有更加重要的意义。
由于Si中空穴的迁移率比电子的约小2.5倍，所以就造成Si-CMOS 技术中产生出两大问题：一是在设计CMOS时，为了保证通过PMOSFET和NMOSFET电流的一致性，就必须把PMOSFET的栅极宽度增大2.5倍，这就必将导致芯片面积增大；二是Si-CMOS器件及其电路的最高工作频率和速度将要受到其中PMOSFET性能的限制。
因此，在发展射频CMOS集成电路和特大规模CMOS集成电路中，设法提高半导体中空穴的迁移率是微电子研究领域中的一项前沿性课题。
值得指出，增强载流子迁移率的措施是从本质上提高了半导体材料的性能，因此它不仅对于短沟道FET具有重要的意义，而且对于通常的器件也同样具有重要的价值。
总之，增强载流子迁移率对于进一步提高微电子器件和电路的性能是非常重要而甚至是必须的。
所以，可以说，增强载流子迁移率是新一代微电子器件和电路发展的一个重要方向。
至于如何增强载流子的迁移率，现在已经逐渐发展出了多种技术，例如应变晶体技术、超薄体技术等。
现在应变硅技术已经进入了LSI的试用阶段。
不过，总的来说，增强载流子迁移率的技术还很不完善和成熟，是今后微电子技术需要大力研发的一个重要方面。
