微電子技術(shù)未來發(fā)展趨勢及挑戰(zhàn)

第十一章未來的趨勢與挑戰(zhàn)西南科技大學(xué)理學(xué)院2021.4.16微電子技術(shù)的四個開展方向主要內(nèi)容開展中的難題和挑戰(zhàn)半導(dǎo)體技術(shù)的運用開展趨勢1概述近30年來，集成電路技術(shù)不斷按照"摩爾定律"向前開展。集成電路工藝中的特征尺寸更小，集成密度更高，集成電路資料趨于多元化〔不再僅僅是硅基、二氧化硅和鋁引線等〕，集成的元件種類更多〔各種傳感器〕，集成的系統(tǒng)更為復(fù)雜、龐大，集成電路的功能更為完善和強大〔一個芯片就是一個獨立完好的系統(tǒng)--SOC〕，集成系統(tǒng)的功耗更低，成為半導(dǎo)體工業(yè)〔微電子工業(yè)〕根本開展趨勢。2德州儀器(TI)開發(fā)商大會2021年5月26日起在中國召開。在深圳的首場報告中，TI首席科學(xué)家方進(jìn)(GeneFrantz)和與會者分享了2020年半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)開展趨勢，論述科技將如何改動未來生活，并展現(xiàn)了一系列極富創(chuàng)意和前瞻性的嶄新思想，將群眾帶入2020年的未來科技世界。這是半導(dǎo)體科技界讓人充溢期望的一次盛宴。半導(dǎo)體技術(shù)運用的開展趨勢3半導(dǎo)體技術(shù)運用的開展趨勢方進(jìn)指出，隨著對視訊影像、車用電子、通訊設(shè)備、工業(yè)運用及醫(yī)療電子等相關(guān)運用的需求提升，全球DSP、微控制器和模擬元件的需求繼續(xù)以驚人的速度攀升，到2020年，全球嵌入式處置器市場將擁有突破300億美圓的市場商機，模擬市場那么有超越1000億美圓的市場規(guī)模。4綠色安裝、機器人技術(shù)、醫(yī)療電子等相關(guān)運用，將成為2020年驅(qū)動市場生長的主要動力。關(guān)于半導(dǎo)體科技未來開展趨勢，方進(jìn)以為，到2020年，集成電路(IC)技術(shù)將開展到非常精細(xì)的程度，在許多方面會產(chǎn)生革命性的變化半導(dǎo)體技術(shù)運用的開展趨勢5多核趨勢及靈敏的協(xié)處置器革命并行處置帶來半導(dǎo)體性能的疾速提升，未來IC產(chǎn)業(yè)通用性將變得極其重要，系統(tǒng)需求更多靈敏可編程的DSP核，并添加優(yōu)化的可編程的協(xié)處置器，以迎接未來創(chuàng)新運用所帶來的高效嚴(yán)峻挑戰(zhàn)。6低功耗節(jié)能時代到來半導(dǎo)體器件功耗將到達(dá)每18個月縮減一半，這使得永續(xù)設(shè)備成為能夠，某些情況下電池將被能源去除技術(shù)及能源存儲單元所替代。7SiP技術(shù)普及未來運用尖端的疊層裸片技術(shù)(SiP)進(jìn)展集成將與嵌入式片上系統(tǒng)(SoC)一樣普遍，SiP技術(shù)可以節(jié)省主板空間、減少組件數(shù)目，允許不同技術(shù)包集成，大大簡化開發(fā)時間和本錢。8“科學(xué)演進(jìn)與技術(shù)創(chuàng)新將大大改動人類的生活方式，人類將會從全方位體驗的科技革命中受害無窮。〞作為業(yè)界公認(rèn)的科技創(chuàng)新者，TI努力于一系列尖端科技運用的研發(fā)以提升人類生活質(zhì)量，包括：9綠色安裝TI不斷努力于環(huán)境維護(hù)與全球綠色工程相關(guān)產(chǎn)品的研發(fā)與投入，如替代能源、高效動力產(chǎn)品、優(yōu)化的照明方案和永續(xù)設(shè)備等。10機器人技術(shù)機器人技術(shù)將大幅提升工業(yè)消費的自動化和人類生活的便利化，TI在替代人類及肢體操作〔如眼睛、腿臂、器官等〕和人機交互直接接口方面進(jìn)展探求，使科技的提高與創(chuàng)新更好地效力于人類的消費與日常生活。11醫(yī)療電子革命人類對生活質(zhì)量提升的訴求，推進(jìn)醫(yī)療電子革命。各種自動化的醫(yī)療設(shè)備及視頻安裝，使人們不用親赴醫(yī)院就診。基于TI技術(shù)研發(fā)的各種醫(yī)療成像設(shè)備、超聲設(shè)備、自動延伸的心臟除顫器等手持醫(yī)療設(shè)備及遠(yuǎn)端視頻安裝，為人類的安康與新的醫(yī)療科技革命推波助瀾。1213與微電子技術(shù)相關(guān)的集成電路產(chǎn)業(yè)開展趨勢〔1〕器件尺寸不斷減少，目前器件特征尺寸已進(jìn)入納米量級。器件尺寸繼續(xù)減少將遇到很多物理問題和技術(shù)挑戰(zhàn)?！?〕集成度不斷提高，目前曾經(jīng)可以把整個電子系統(tǒng)或子系統(tǒng)集成在一個芯片里，構(gòu)成集成系統(tǒng)芯片SOC〔3〕與集成電路技術(shù)相關(guān)的新資料不斷涌現(xiàn)，高K柵介質(zhì)、低K互連介質(zhì)、新型化合物半導(dǎo)體資料等都成為目前的研討熱點?！?〕微電子與其他學(xué)科結(jié)合誕生新的交叉學(xué)科，也是21世紀(jì)的重要開展方向，例如集成光電子學(xué)、微機械電子學(xué)〔MEMS〕、納電子學(xué)等。14開展遇到的問題和挑戰(zhàn)器件尺寸繼續(xù)減少將遇到很多物理問題和技術(shù)挑戰(zhàn)，為理處理這些問題和挑戰(zhàn)，必需進(jìn)展新器件、新構(gòu)造、新工藝等研討。15微電子器件的特征尺寸繼續(xù)減少第一個關(guān)鍵問題：超淺結(jié)構(gòu)成隨著溝道的減小，會發(fā)生短溝道效應(yīng)為了得到低薄層淺結(jié)，必需采用高劑量低能量離子注入技術(shù)。100nm技術(shù)所需的結(jié)深大約為20~30nm,摻雜濃度為1×1020個/cm3.1617WavelengthandFrequencyofElectromagneticWaveRF:Radiofrequency;MW:Microwave;IR:infrared;andUV:ultraviolet18現(xiàn)今以及今后的光刻光源極度紫外光刻ExtremeUV(EUV)lithographyX射線光刻X-Raylithography電子束光刻Electronbeam(E-beam)lithography1920隨著柵長減少至130nm以下，柵氧化層厚度減小至2nm以堅持器件的性能。需求采用較厚的具有較低漏電流的高k介質(zhì)資料。二氧化硅介電常數(shù)3.9氮化硅7TiO260~1002122232425系統(tǒng)芯片與集成電路的設(shè)計思想和方法是不同的。這就要求微電子專業(yè)培育的人才不僅能從事IC設(shè)計，還能從事SOC設(shè)計，研討SOC的設(shè)計方法。SOC即是systemonachipSOC的實現(xiàn)存在兩個妨礙：設(shè)計的復(fù)雜性難以制造如：存儲器制造工藝與處置器相差很大26交叉學(xué)科任務(wù)難度大集成光電子學(xué)、微機械電子學(xué)〔MEMS〕、納電子學(xué)等。這些交叉學(xué)科涉及知識面很寬，知識構(gòu)造復(fù)雜，而且需求多知識多技藝的交融27總結(jié)〔1〕器件尺寸不斷減少，目前器件特征尺寸已進(jìn)入納米量級。器件尺寸繼續(xù)減少將遇到很多物理問題和技術(shù)挑戰(zhàn)?！?〕集成度不斷提高，目前曾經(jīng)可以把整個電子系統(tǒng)或子系統(tǒng)集成在一個芯片里，構(gòu)成集成系統(tǒng)芯片SOC〔3〕與集成電路技術(shù)相關(guān)的新資料不斷涌現(xiàn)，高K柵介質(zhì)、低K互連介質(zhì)、新型化合物半導(dǎo)體資料等都成為目前的研討熱點。〔4〕微電子與其他學(xué)科結(jié)合誕生新的交叉學(xué)科，也是21世紀(jì)的重要開展方向，例如集成