論集成電路發(fā)展的挑戰(zhàn)與機遇

1、論集成電路開展的挑戰(zhàn)與機遇摘要：集成電路的開展史就是微電子技術生成史,從晶體管到微處理器和光刻技術等,集成電路技術以尺寸縮小、集成度提升為開展路徑,必然受到材料、工藝和物理理論等挑戰(zhàn).但集成電路正面臨產(chǎn)業(yè)調(diào)整與市場的雙重機遇.關鍵詞：集成電路；挑戰(zhàn)；機遇目前,以數(shù)字化和網(wǎng)絡化為特征的信息技術正滲透和改造著各產(chǎn)業(yè)和行業(yè),深刻改變著人類生產(chǎn)生活方式以及經(jīng)濟、社會、政治、文化各領域.信息技術根源于集成電路技術的巨大開展,把人類社會在21世紀定格為信息社會.一、集成電路與摩爾預測集成電路就是將晶體管等有源元件和電阻、電容等無源元件,按電路集成",完成特定電路或功能的系統(tǒng),集成電路體積不斷減小

2、,制造工藝技術日益精細,可一次加工完成.集成電路的學科基礎是微電子學,微電子學脫胎于電子學和固體物理學的交叉技術學科,主要研究在半導體材料上構成微型電子電路、子系統(tǒng)及系統(tǒng).以微電子學開展起來集成電路技術,包括半導體材料及器件物理,集成電路及系統(tǒng)設計原理和技術,芯片加工工藝、功能和特性測試技術等.當下,集成電路技術已成信息社會開展基石,集成電路將信息獲取、傳遞、處理、存儲、交換等功能集成于芯片,芯片可低本錢大批量生產(chǎn),且功耗低體積小,迅速成為各產(chǎn)業(yè)、國防的技術基礎.摩爾于1964年總結集成電路開展歷程,對未來集成電路開展趨勢做出預測.即：集成電路單個芯片上集成元件數(shù),一般稱為集成電路的集成度,每

3、18個月增加一倍,即集成度每三年翻兩番,尺寸縮小2倍,集成電路芯片需求量也以相同速度增加,集成電路性能提升,價格下降.幾十年來,集成電路技術居然一直按摩爾定律指數(shù)增長規(guī)律開展壯大.二、集成電路高速開展集成電路技術伴隨物理、材料和技術成果而實現(xiàn)各階段的飛速發(fā)展.晶體管之前,電子管和電阻、電容等元件靠焊裝構成電路系統(tǒng).第一臺計算機連線和焊接點很多,電路系統(tǒng)體積大,可靠性差.電子裝備可靠性和小型化使"集成成為需求.人們開始將電阻、電容等無源元件和有源元件制做在同一塊半導體材料上.1958年9月實現(xiàn)第一個集成電路震蕩器演示實驗,標志著集成電路誕生,當時該實驗在錯晶體管根底上完成.第一塊集成電

4、路創(chuàng)造是一個技術創(chuàng)新,對物理學開展產(chǎn)生很大影響.平面技術創(chuàng)造是推動集成電路產(chǎn)業(yè)化的關鍵.包括氧化、擴散、薄膜生長和光刻刻蝕等在內(nèi)的平面技術,論重要性首推二氧化硅絕緣層的發(fā)現(xiàn).早期晶體管基區(qū)寬度不好控制,不易做薄,頻率提升受限制.1956年,科學家發(fā)現(xiàn)二氧化硅不僅具掩蔽作用,還是高頻損耗小、擊穿電場強度高的良好絕緣體.直到今天,二氧化硅仍是集成電路主要絕緣層材料.金屬-氧化物-半導體場效應晶體管(mos.fet)器件是目前超大規(guī)模集成電路根本電路形式.平面工藝的光刻技術是另一關鍵,光刻是一種精密外表加seli1alia一一sic_fts.e.ii.-a-aaHi-a一a_9iesrnf_i_in

5、_a一一.一論文發(fā)表專家一中國學木期刊網(wǎng)qikanwang.nel工技術.1957年首次引入到半導體工藝技術,將光刻技術和二氧化硅氧化掩蔽巧妙結合起來,實現(xiàn)精細晶體管和集成電路圖形結構1.這種結構使各元件連接不必再用焊接,而用真空蒸發(fā)金屬代替用光刻技術刻出電路完成元件互連.微處理器也是集成電路設計也具里程碑意義.第一臺微處理機由intel公司在1971年制造,開辟計算機應用和普及新紀元.微處理器之前,計算機只能被少數(shù)大型單位擁有,主要用在軍事、航空、航天、天氣預報、科學計算等方面2.微處理器創(chuàng)造帶動超大規(guī)模集成電路技術開展,帶動智能化電子產(chǎn)品開展,成為信息技術根底元件.集成電路工藝材料不斷發(fā)現(xiàn)

6、并開展,如鐵電存儲器是繼dram和rom之后新一代的半導體存儲器.光刻技術開展對尺寸按比例縮小起到關鍵作用,如euv光刻、電子束投影光刻、x射線光刻、離子束光刻、納米印制光刻等技術突飛猛進.銅互連技術的突破也是關鍵.三、集成電路面臨的技術挑戰(zhàn)伴隨著集成電路技術開展從一維模式向多維模式轉變,對物理學根底理論提出了挑戰(zhàn),也對物理學研究提出了新的更高要求.進入到納米尺度,集成電路技術面臨著系列物理限制的挑戰(zhàn),有來自于根本物理規(guī)律的物理極限,也有材料、技術、器件、系統(tǒng)和傳統(tǒng)理論方面物理挑戰(zhàn).一是根本物理規(guī)律挑戰(zhàn).計算機處理信息是一個進行布爾邏輯運算的過程,涉及到布爾邏輯間的轉換.計算機或集成電路處理信

7、息過程是一個物理過程,需滿足物理規(guī)律限制3.包括電磁學、量子力學測不準、熱力學限制.這些是不可逾越的集成電路技術的物理極限.二是材料方面的挑戰(zhàn).傳統(tǒng)微電子材料硅襯底、二氧化硅、多晶硅和金屬導電材料等無法滿足集成電路技術發(fā)展需要,需要尋找新材料.三是技術方面的挑戰(zhàn).傳統(tǒng)的集成電路的光學光刻工藝、離子注入工藝等快接近物理極限,器件無法進一步縮小,需尋找新工藝方法和途徑,包括新一代的替代光刻工藝等.四是器件方面的挑戰(zhàn).按摩爾定律預測,mos器件開關僅需少數(shù)幾個電子參與,mos器件經(jīng)典理論將不適用,須采用新器件結構和新器件工作原理.五是系統(tǒng)方面的挑戰(zhàn).包括互連延遲、系統(tǒng)散熱問題等挑戰(zhàn).在集成電路實現(xiàn)光

8、互連,尚有許多根底物理和技術問題需解決4.六是傳統(tǒng)物理理論的挑戰(zhàn).傳統(tǒng)微電子學理論的挑戰(zhàn).微電子學大局部理論根底是基于經(jīng)典物理理論,需利用量子力學理論等.上述來自理論與技術層面對集成電路的挑戰(zhàn),需要在多方面下功夫,首先應積極適應集成電路技術的多維開展模式.其次是通過克服在材料、技術、物理根底方面遇到的挑戰(zhàn),按特征尺寸按比例縮小途徑開展.其三是開展納米結構的自組裝技術等.其四是將納米低維材料與集成電路技術結合,開發(fā)新型納米電路.其五是研究量子器件,開展量子邏輯運算等.其六是將集成電路技術形成新學科和技術領域,提升處理信息和應用信息水平,提升社會信息化程度.四、集成電路面臨的機遇2021年,全球印

9、制電路產(chǎn)業(yè)走出金融危機影響,進入新一輪增長seli1alia一一sic_fts.e.ii.-a-aaHi-a一a_9iesrnf_i_in_a一一.一論文發(fā)表專家一中國學木期刊網(wǎng)qikanwang.nel期,中國是增長最快國家之一.作為電子信息產(chǎn)業(yè)根底和支撐產(chǎn)業(yè)的與集成電路密切相關的pcb產(chǎn)業(yè),我國表現(xiàn)出穩(wěn)固開展態(tài)勢,在全球所占分量快速攀升,產(chǎn)量、產(chǎn)值、利稅總額均大幅度增長.中國已成為全球最大的pcb生產(chǎn)國.隨著市場對集成電路與相關軟件的巨大需求,使得國家把此技術提升為國家戰(zhàn)略層面優(yōu)先開展成為可能,這也是集成電路技術面對的巨大機遇.我國集成電路產(chǎn)業(yè)快速開展,產(chǎn)業(yè)規(guī)模迅速擴張,技術水平不斷提升,

10、推動國家信息化建設.但與國際先進水平比,我國集成電路產(chǎn)業(yè)開展根底較薄弱,科技創(chuàng)新和開展水平不強,應用開發(fā)水平待提升,產(chǎn)業(yè)鏈待完善等.國家在不久前公布專門文件,全方位為集成電路產(chǎn)業(yè)提供政策.在財稅政策方面,集成電路設計企業(yè)從事信息系統(tǒng)集成、咨詢和運營維護,集成電路設計等業(yè)務,免征營業(yè)稅；對集成電路線寬小于0.25微米或投資額超過80億元的集成電路生產(chǎn)企業(yè),實行所得稅五免五減半優(yōu)惠政策；新辦集成電路設計企業(yè),享受企業(yè)所得稅兩免三減半優(yōu)惠政策.在投融資政策方面,地方政府設立集成電路企業(yè)開展的股權投資基金或創(chuàng)業(yè)投資基金,引導社會資金投資集成電路產(chǎn)業(yè)；建立貸款風險補償機制,積極推動集成電路企業(yè)利用知識產(chǎn)權等無形資產(chǎn)進行質押貸款.在研究開發(fā)政策方面,國家積極支持集成電路重大關鍵技術研發(fā),加快具有自主知識產(chǎn)權技術的產(chǎn)業(yè)化和推廣應用；重點支持高端芯片、集成電路裝備和工藝技術、集成電路關鍵材料、關鍵應用系統(tǒng)的研發(fā).5參考文獻：1陳仲武,厚膜集成電路絲網(wǎng)印刷工藝技術.電子工業(yè)專用設備,2002(1):51-53.2吳