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 未来的趋势与挑战,西南科技大学理学院,2013.4.16,0,微电子技术的四个发展方向,主要内容,发展中的难题和挑战,半导体技术的应用发展趋势,1,概 述,近,30,年来，集成电路技术一直按照,摩尔定律,向前发展。集成电路工艺中的特征尺寸更小，集成密度更高，集成电路材料趋于多元化（不再仅仅是硅基、二氧化硅和铝引线等），集成的元件种类更多（各种传感器），集成的系统更为复杂、庞大，集成电路的功能更为完善和强大（一个芯片就是一个独立完整的系统,-SOC,），集成系统的功耗更低，成为半导体工业（微电子工业）基本发展趋势。,2,德州仪器,(TI),开发商大会,2012,年,5,月,26,日起在中国召开。,在深圳的首场报告中，,TI,首席科学家方进,(Gene Frantz),和与会者分享了,2020,年半导体产业发展趋势，阐述科技将如何改变未来生活，并展示了一系列极富创意和前瞻性的崭新思想，将大众带入,2020,年的未来科技世界。这是半导体科技界让人充满期望的一次盛宴。,半导体技术应用的发展趋势,3,半导体技术应用的发展趋势,方进指出，随着对视讯影像、车用电子、通讯设备、工业应用及医疗电子等相关应用的需求提升，全球 DSP、微控制器和模拟元件的需求持续以惊人的速度攀升，到2020年，全球嵌入式处理器市场将拥有突破300亿美元的市场商机，模拟市场则有超过1000亿美元的市场规模。,4,绿色装置、机器人技术、医疗电子等相关应用，将成为,2020,年驱动市场成长的主要动力。,关于半导体科技未来发展趋势，方进认为，到,2020,年，集成电路,(IC),技术将发展到非常精细的程度，在许多方面会产生革命性的变化,半导体技术应用的发展趋势,5,多核趋势及灵活的协处理器革命,并行处理带来半导体性能的疾速提升，未来,IC,产业通用性将变得极其重要，系统需要更多灵活可编程的,DSP,核，并增加优化的可编程的协处理器，以迎接未来创新应用所带来的高效严峻挑战。,6,低功耗节能时代到来,半导体器件功耗将达到每,18,个月缩减一半，这使得永续设施成为可能，某些情况下电池将被能源清除技术及能源存储单元所替代。,7,SiP,技术普及,未来使用尖端的叠层裸片技术,(SiP),进行集成将与嵌入式片上系统,(SoC),一样普遍，,SiP,技术能够节省主板空间、减少组件数目，允许不同技术包集成，大大简化开发时间和成本。,8,“,科学演进与技术创新将大大改变人类的生活方式，人类将会从全方位体验的科技革命中受益无穷。”作为业界公认的科技创新者，,TI,致力于一系列尖端科技应用的研发以提升人类生活质量，包括：,9,绿色装置,TI,一直致力,于,于环境保,护,护与全球,绿,绿色工程,相,相关产品,的,的研发与,投,投入，如,替,替代能源,、,、高效动,力,力产品、,优,优化的照,明,明方案和,永,永续设施,等,等。,10,机器人,技,技术,机器人,技,技术将,大,大幅提,升,升工业,生,生产的,自,自动化,和,和人类,生,生活的,便,便捷化,，,，,TI,在替代,人,人类及,肢,肢体操,作,作（如,眼,眼睛、,腿,腿臂、,器,器官等,）,）和人,机,机交互,直,直接接,口,口方面,进,进行探,索,索，使,科,科技的,进,进步与,创,创新更,好,好地服,务,务于人,类,类的生,产,产与日,常,常生活,。,。,11,医疗电,子,子革命,人类对,生,生活质,量,量提升,的,的诉求,，,，推动,医,医疗电,子,子革命,。,。各种,自,自动化,的,的医疗,设,设备及,视,视频装,置,置，使,人,人们不,必,必亲赴,医,医院就,诊,诊。基,于,于,TI,技术研,发,发的各,种,种医疗,成,成像设,备,备、超,声,声设备,、,、自动,延,延伸的,心,心脏除,颤,颤器等,手,手持医,疗,疗设备,及,及远端,视,视频装,置,置，为,人,人类的,健,健康与,新,新的医,疗,疗科技,革,革命推,波,波助澜,。,。,12,13,与微电,子,子技术,相,相关的,集,集成电,路,路产业,发,发展趋,势,势,（,1,）器,件,件尺寸,不,不断缩,小,小，目,前,前器件,特,特征尺,寸,寸已进,入,入纳米,量,量级。,器,器件尺,寸,寸继续,缩,缩小将,遇,遇到很,多,多物理,问,问题和,技,技术挑,战,战。,（,2,）集,成,成度不,断,断提高,，,，目前,已,已经可,以,以把整,个,个电子,系,系统或,子,子系统,集,集成在,一,一个芯,片,片里，,形,形成集,成,成系统,芯,芯片,SOC,（,3,）与,集,集成电,路,路技术,相,相关的,新,新材料,不,不断涌,现,现，高,K,栅介质,、,、低,K,互连介,质,质、新,型,型化合,物,物半导,体,体材料,等,等都成,为,为目前,的,的研究,热,热点。,（,4,）微,电,电子与,其,其他学,科,科结合,诞,诞生新,的,的交叉,学,学科，,也,也是,21,世纪的,重,重要发,展,展方向,，,，例如,集,集成光,电,电子学,、,、微机,械,械电子,学,学（,MEMS,）、纳,电,电子学,等,等。,14,发展遇,到,到的问,题,题和挑,战,战,器件尺,寸,寸继续,缩,缩小将,遇,遇到很,多,多物理,问,问题和,技,技术挑,战,战，为,了,了解决,这,这些问,题,题和挑,战,战，必,须,须进行,新,新器件,、,、新结,构,构、新,工,工艺等,研,研究。,15,微电子,器,器件的,特,特征尺,寸,寸继续,缩,缩小,第一个,关,关键问,题,题：,超浅结,形,形成,随着沟,道,道的减,小,小，会,发,发生短,沟,沟道效,应,应为了,得,得到低,薄,薄层浅,结,结，必,须,须采用,高,高剂量,低,低能量,离,离子注,入,入技术,。,。,100nm,技术所,需,需的结,深,深大约,为,为,2030nm,掺杂浓,度,度为,110,20,个,/cm,.,16,17,Wavelength andFrequencyofElectromagnetic Wave,RF:Radiofrequency;MW:Microwave;,IR:infrared;andUV:ultraviolet,18,现今以,及,及今后,的,的光刻,光,光源,极度紫,外,外光刻,Extreme UV(EUV)lithography,X,射线光,刻,刻,X-Raylithography,电子束,光,光刻,Electronbeam(E-beam)lithography,19,20,随着栅,长,长缩小,至,至,130nm,以下，,栅,栅氧化,层,层厚度,减,减小至,2nm,以保持,器,器件的,性,性能。,需,需要采,用,用较厚,的,的具有,较,较低漏,电,电流的,高,高,k,介质材,料,料。,二氧化,硅,硅,介,介电,常,常数,3.9,氮化硅,7,TiO260100,21,22,23,24,25,系统芯,片,片与集,成,成电路,的,的设计,思,思想和,方,方法是,不,不同的,。,。这就,要,要求微,电,电子专,业,业培养,的,的人才,不,不仅能,从,从事,IC,设计，,还,还能从,事,事,SOC,设计，,研,研究,SOC,的设计,方,方法。,SOC,即是,systemonachip,SOC,的实现,存,存在两,个,个障碍,：,：,设计的,复,复杂性,难以制,造,造,如：存,储,储器制,造,造工艺,与,与处理,器,器相差,很,很大,26,交叉学,科,科工作,难,难度大,集成光,电,电子学,、,、微机,械,械电子,学,学（,MEMS,）、纳,电,电子学,等,等。,这些交,叉,叉学科,涉,涉及知,识,识面很,宽,宽，知,识,识结构,复,复杂，,而,而且需,要,要多知,识,识多技,能,能的融,合,合,27,总,结,结,（,1,）器,件,件尺寸,不,不断缩,小,小，目,前,前器件,特,特征尺,寸,寸已进,入,入纳米,量,量级。,器,器件尺,寸,寸继续,缩,缩小将,遇,遇到很,多,多物理,问,问题和,技,技术挑,战,战。,（,2,）集,成,成度不,断,断提高,，,，目前,已,已经可,以,以把整,个,个电子,系,系统或,子,子系统,集,集成在,一,一个芯,片,片里，,形,形成集,成,成系统,芯,芯片,SOC,（,3,）与,集,集成电,路,路技术,相,相关的,新,新材料,不,不断涌,现,现，高,K,栅介质,、,、低,K,互连介,质,质、新,型,型化合,物,物半导,体,体材料,等,等都成,为,为目前,的,的研究,热,热点。,（,4,）微,电,电子与,其,其他学,科,科结合,诞,诞生新,的,的交叉,学,学科，,也,也是,21,世纪的,重,重要发,展,展方向,，,，例如,集,集成光,电,电子学,、,、微机,械,械电子,学,学（,MEMS,）、纳,电,电子学,等,等。,28,由于发,展,展趋势,带,带来一,系,系列的,挑,挑战,第一个,关,关键问,题,题：超,浅,浅结形,成,成,第二个,关,关键技,术,术层次,：,：微细,加,加工,第三个,关,关键技,术,术：互,联,联问题,第四个,关,关键技,术,术,新型器,件,件结构,新型材,料,料体系,高,K,介质,金属栅,电,电极,低,K,介质,SOI,材料,29,THANKYOU!,30,谢谢观,看,看,/,欢迎下,载,载,BYFAITHI MEANAVISIONOFGOODONECHERISHES ANDTHEENTHUSIASMTHAT PUSHESONETOSEEKITSFULFILLMENTREGARDLESSOFOBSTACLES.BY FAITH IBYFAITH,