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科普天地
集成微系统建模仿真关键技术概述
文/集成微系统建模仿真专委会
一、 引言
“ 集成微系统” 概念最早由美国 ＤＡＲＰＡ 提出，其核心理念是“ 基于半导体物理和微纳科学技
术，实现微纳电子学、微纳光子学、ＭＥＭＳ ／ ＮＥＭＳ、架构、算法（ 五大技术） 的深度融合与集成，构成具
备传感、处理、执行、通信和能源功能（五大功能） 的集成微系统”。 集成微系统技术与追求线宽减
小的摩尔定律不同，通过定制完成“从原子到产品、从材料到系统” 的多样性与多功能集成，实现从
“晶体管→集成电路→微系统→集成微系统” 的新一代技术革命，在小型化、集成化、智能化、频谱
开发等应用中具有重大应用价值［ １］ 。
图 １ 集成微系统的内涵图
集成微系统是多学科交叉的前沿技术，建模与仿真、微纳工艺、精密测试三大方面相辅相成。
其中建模与仿真是其研究基础，需要从微纳层次的原子尺度出发，结合设计与微纳工艺，模拟仿真
电子学、光子学、ＭＥＭＳ ／ ＮＥＭＳ，实现按需求从微观定制系统，获得先进新颖的系统功能，衍生出射
频毫米波太赫兹波微系统、ＭＥＭＳ ／ ＮＥＭＳ 微系统、智能传感微系统、计算与信号处理微系统、量子与
光电微系统、高电压微系统、生物微系统等颠覆性的新功能微系统。 同时研究环境因素影响集成
微系统性能的“ 原子－材料－器件－系统” 的跨尺度建模和仿真方法，提升系统综合性能。
由于整个体系具有多材料、多尺度、多因素、长时间等特点，导致了集成微系统的建模与仿真
十分困难，面临的主要科学技术挑战包括：材料上包括硅、化合物半导体、金属、有机复合材料等；
空间尺度上从原子尺度纳米级，到微米器件，到毫米以上的微系统，再到大尺度的集成微系统；各
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