中国科学院院士毛军发: 异质集成将成后摩尔时代集成电路产业新方向

中国电子报|2021-06-09 17:09:35
作者:许子皓 来源:中国电子报、电子信息产业网

6月9日,世界半导体大会(WSCE2021)开幕论坛在南京举行。论坛上,中国科学院院士、上海交通大学党委常委、副校长毛军发发表了题为“半导体异质集成电路”的主题演讲。毛军发谈到,摩尔定律正面临极限挑战,这既是一个转折点,也是一个机遇。

毛军发在演讲中指出,芯片产业目前有两条主要发展路线:一是延续摩尔定律;二是绕道摩尔定律。如延续摩尔定律,将面临一系列挑战,分别是物理极限挑战、技术手段挑战、经济成本挑战。而绕道摩尔定律有很多途径,其中之一就是异质集成电路。

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毛军发表示,一些复杂的电子系统用任何单一的半导体工艺都难以实现,而半导体异质集成电路则可将不同工艺节点的化合物半导体器件或芯片、硅基低成本高集成器件芯片,与无源元件(含MEMS)或天线,通过异质键合成或外延生长等方式集成,从而解决这一问题。

毛军发在演讲中指出,异质集成特色很突出:一是可以融合不同半导体材料、工艺、结构元器件或芯片的优点;二是采用系统设计理念;三是应用先进技术,如芯粒(Chiplet);四是具有2.5维或3维高密度结构。其优点是:一是可实现强大的复杂功能、优异的综合性能,突破单一半导体工艺的性能极限;二是灵活性大、可靠性高、研发周期短、成本低;三是采用3维集成,因此能够实现小型化、轻质化;四是对半导体设备要求相对较低,不受EUV光刻机限制。因此,它成为超越摩尔定律的重要路线之一。

半导体异质集成电路中的特殊集成电路为毫米波异质集成电路,它是国际上半导体异质集成电路发展的重点方向,原因是它能满足很多需求,从5G、6G,到航天、导航等都需要毫米波技术。然而,毫米波异质集成电路的发展将面临很多挑战。首先是如何解决半导体异质集成电路多物理耦合与演变规律难题;其次是如何解决电特性、应力特性、热特性之间的相互矛盾;再次是由于不同的材料晶格、膨胀系数存在的差异,如何建立异质界面动力学;最后是如何掌握可测性原理。为此,毛军发提出打破集成电路传统“路”的思路,向场的演变、结合,进行多学科交叉研究。

毛军发表示,摩尔定律正面临极限挑战,转折点临近,半导体异质集成将成为电子系统集成技术发展的新途径、后摩尔时代集成电路发展的新方向、我国半导体集成电路产业发展的新机遇。

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