微电子技术未来发展趋势及挑战

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,第十一,章,章,未,未来的,趋,趋势与,挑,挑战,西南科,技,技大学,理,理学院,2013.4.16,0,微电子,技,技术的,四,四个发,展,展方向,主要内,容,容,发展中,的,的难题,和,和挑战,半导体,技,技术的,应,应用发,展,展趋势,1,概,述,述,近,30,年来，,集,集成电,路,路技术,一,一直按,照,照,摩尔定,律,律,向前发,展,展。集,成,成电路,工,工艺中,的,的特征,尺,尺寸更,小,小，集,成,成密度,更,更高，,集,集成电,路,路材料,趋,趋于多,元,元化（,不,不再仅,仅,仅是硅,基,基、二,氧,氧化硅,和,和铝引,线,线等）,，,，集成,的,的元件,种,种类更,多,多（各,种,种传感,器,器），,集,集成的,系,系统更,为,为复杂,、,、庞大,，,，集成,电,电路的,功,功能更,为,为完善,和,和强大,（,（一个,芯,芯片就,是,是一个,独,独立完,整,整的系,统,统,-SOC,），集,成,成系统,的,的功耗,更,更低，,成,成为半,导,导体工,业,业（微,电,电子工,业,业）基,本,本发展,趋,趋势。,2,德州仪,器,器,(TI),开发商,大,大会,2012,年,5,月,26,日起在,中,中国召,开,开。,在深圳,的,的首场,报,报告中,，,，,TI,首席科,学,学家方,进,进,(GeneFrantz),和与会,者,者分享,了,了,2020,年半导,体,体产业,发,发展趋,势,势，阐,述,述科技,将,将如何,改,改变未,来,来生活,，,，并展,示,示了一,系,系列极,富,富创意,和,和前瞻,性,性的崭,新,新思想,，,，将大,众,众带入,2020,年的未来科,技,技世界。这,是,是半导体科,技,技界让人充,满,满期望的一,次,次盛宴。,半导体技术,应,应用的发展,趋,趋势,3,半导体技术,应,应用的发展,趋,趋势,方进指出，,随,随着对视讯,影,影像、车用,电,电子、通讯,设,设备、工业,应,应用及医疗,电,电子等相关,应,应用的需求,提,提升，全球DSP、,微,微控制器和,模,模拟元件的,需,需求持续以,惊,惊人的速度,攀,攀升，到2020年，,全,全球嵌入式,处,处理器市场,将,将拥有突破300亿美,元,元的市场商,机,机，模拟市,场,场则有超过1000亿,美,美元的市场,规,规模。,4,绿色装置、,机,机器人技术,、,、医疗电子,等,等相关应用,，,，将成为,2020,年驱动市场,成,成长的主要,动,动力。,关于半导体,科,科技未来发,展,展趋势，方,进,进认为，到,2020,年，集成电,路,路,(IC),技术将发展,到,到非常精细,的,的程度，在,许,许多方面会,产,产生革命性,的,的变化,半导体技术,应,应用的发展,趋,趋势,5,多核趋势及,灵,灵活的协处,理,理器革命,并行处理带,来,来半导体性,能,能的疾速提,升,升，未来,IC,产业通用性,将,将变得极其,重,重要，系统,需,需要更多灵,活,活可编程的,DSP,核，并增加,优,优化的可编,程,程的协处理,器,器，以迎接,未,未来创新应,用,用所带来的,高,高效严峻挑,战,战。,6,低功耗节能,时,时代到来,半导体器件,功,功耗将达到,每,每,18,个月缩减一,半,半，这使得,永,永续设施成,为,为可能，某,些,些情况下电,池,池将被能源,清,清除技术及,能,能源存储单,元,元所替代。,7,SiP,技术普及,未来使用尖,端,端的叠层裸,片,片技术,(SiP),进行集成将,与,与嵌入式片,上,上系统,(SoC),一样普遍，,SiP,技术能够节,省,省主板空间,、,、减少组件,数,数目，允许,不,不同技术包,集,集成，大大,简,简化开发时,间,间和成本。,8,“,科学演进与,技,技术创新将,大,大大改变人,类,类的生活方,式,式，人类将,会,会从全方位,体,体验的科技,革,革命中受益,无,无穷。”,作,作为业界公,认,认的科技创,新,新者，,TI,致力于一系,列,列尖端科技,应,应用的研发,以,以提升人类,生,生活质量，,包,包括：,9,绿色装置,TI,一直致力于,环,环境保护与,全,全球绿色工,程,程相关产品,的,的研发与投,入,入，如替代,能,能源、高效,动,动力产品、,优,优化的照明,方,方案和永续,设,设施等。,10,机器人技术,机器人技术,将,将大幅提升,工,工业生产的,自,自动化和人,类,类生活的便,捷,捷化，,TI,在替代人类,及,及肢体操作,（,（如眼睛、,腿,腿臂、器官,等,等）和人机,交,交互直接接,口,口方面进行,探,探索，使科,技,技的进步与,创,创新更好地,服,服务于人类,的,的生产与日,常,常生活。,11,医疗电子革,命,命,人类对生活,质,质量提升的,诉,诉求，推动,医,医疗电子革,命,命。各种自,动,动化的医疗,设,设备及视频,装,装置，使人,们,们不必亲赴,医,医院就诊。,基,基于,TI,技术研发的,各,各种医疗成,像,像设备、超,声,声设备、自,动,动延伸的心,脏,脏除颤器等,手,手持医疗设,备,备及远端视,频,频装置，为,人,人类的健康,与,与新的医疗,科,科技革命推,波,波助澜。,12,13,与微电子技,术,术相关的集,成,成电路产业,发,发展趋势,（,1,） 器件尺,寸,寸不断缩小,，,，目前器件,特,特征尺寸已,进,进入纳米量,级,级。器件尺,寸,寸继续缩小,将,将遇到很多,物,物理问题和,技,技术挑战。,（,2,） 集成度,不,不断提高，,目,目前已经可,以,以把整个电,子,子系统或子,系,系统集成在,一,一个芯片里,，,，形成集成,系,系统芯片,SOC,（,3,） 与集成,电,电路技术相,关,关的新材料,不,不断涌现，,高,高,K,栅介质、低,K,互连介质、,新,新型化合物,半,半导体材料,等,等都成为目,前,前的研究热,点,点。,（,4,） 微电子,与,与其他学科,结,结合诞生新,的,的交叉学科,，,，也是,21,世纪的重要,发,发展方向，,例,例如集成光,电,电子学、微,机,机械电子学,（,（,MEMS,）、纳电子,学,学等。,14,发展遇到的,问,问题和挑战,器件尺寸继,续,续缩小将遇,到,到很多物理,问,问题和技术,挑,挑战，为了,解,解决这些问,题,题和挑战，,必,必须进行新,器,器件、新结,构,构、新工艺,等,等研究。,15,微电子器件,的,的特征尺寸,继,继续缩小,第一个关键,问,问题：,超浅结形成,随着沟道的,减,减小，会发,生,生短沟道效,应,应为了得到,低,低薄层浅结,，,，必须采用,高,高剂量低能,量,量离子注入,技,技术。,100nm,技术所需的,结,结深大约为,2030nm,掺杂浓度为,110,20,个,/cm.,16,17,WavelengthandFrequencyof Electromagnetic Wave,RF: Radiofrequency;MW:Microwave;,IR: infrared; and UV: ultraviolet,18,现今以及今,后,后的光刻光,源,源,极度紫外光,刻,刻,Extreme UV(EUV) lithography,X,射线光刻,X-Raylithography,电子束光刻,Electron beam (E-beam) lithography,19,20,随着栅长缩,小,小至,130nm,以下，栅氧,化,化层厚度减,小,小至,2nm,以保持器件,的,的性能。需,要,要采用较厚,的,的具有较低,漏,漏电流的高,k,介质材料。,二氧化硅,介,介电,常,常数,3.9,氮化硅,7,TiO260100,21,22,23,24,25,系统芯片与,集,集成电路的,设,设计思想和,方,方法是不同,的,的。这就要,求,求微电子专,业,业培养的人,才,才不仅能从,事,事,IC,设计，还能,从,从事,SOC,设计，研究,SOC,的设计方法,。,。,SOC,即是,system ona chip,SOC,的实现存在,两,两个障碍：,设计的复杂,性,性,难以制造,如：存储器,制,制造工艺与,处,处理器相差,很,很大,26,交叉学科工,作,作难度大,集成光电子,学,学、微机械,电,电子学（,MEMS,）、纳电子,学,学等。,这些交叉学,科,科涉及知识,面,面很宽，知,识,识结构复杂,，,，而且需要,多,多知识多技,能,能的融合,27,总,结,结,（,1,） 器件尺,寸,寸不断缩小,，,，目前器件,特,特征尺寸已,进,进入纳米量,级,级。器件尺,寸,寸继续缩小,将,将遇到很多,物,物理问题和,技,技术挑战。,（,2,） 集成度,不,不断提高，,目,目前已经可,以,以把整个电,子,子系统或子,系,系统集成在,一,一个芯片里,，,，形成集成,系,系统芯片,SOC,（,3,） 与集成,电,电路技术相,关,关的新材料,不,不断涌现，,高,高,K,栅介质、低,K,互连介质、,新,新型化合物,半,半导体材料,等,等都成为目,前,前的研究热,点,点。,（,4,） 微电子,与,与其他学科,结,结合诞生新,的,的交叉学科,，,，也是,21,世纪的重要,发,发展方向，,例,例如集成光,电,电子学、微,机,机械电子学,（,（,MEMS,）、纳电子,学,学等。,28,由于发展趋,势,势带来一系,列,列的挑战,第一个关键,问,问题：超浅,结,结形成,第二个关键,技,技术层次：,微,微细加工,第三个关键,技,技术：互联,问,问题,第四个关键,技,技术,新型器件结,构,构,新型材料体,系,系,高,K,介质,金属栅电极,低,K,介质,SOI,材料,29,THANKYOU!,30,